автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Разработка алгоритмов автоматизированного формирования последовательности оперативных переключений в РЭС

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

На правах рукописи

И

СИПАЧЕВА ОЛЬГА ВЯЧЕСЛАВОВНА

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ФОРМИРОВАНИЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ОПЕРАТИВНЫХ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЙ В РЭС

Специальность: 05.14.02 - Электрические станции (электрическая часть), сети, электроэнергетические системы и управление ими

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук,

доцент Пономаренко И.С.

МОСКВА - 1998

ВВЕДЕНИЕ

Содержание

5

1.СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ФОРМИРОВАНИЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ ОПЕРАТИВНЫХ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЙ В

ЭЭС................................................................... 8

1.1. Системы управления оперативными переключениями.......................9

1.2. Экспертные системы для предприятий электрических сетей.................10

1.3. Тренажеры оперативных переключений для РЭС.......................... 14

1.4. Модели представления знаний.......................................... 17

1.4.1. Продукции.................................................. 17

1.4.2. Семантические сети........................................... 18

1.4.3. Фреймы..................................................... 19

1.4.4. Логика предикатов............................................20

1.4.5. Объектно-ориентированный формализм..........................21

1.5. Комплексный подход к представлению знаний в энергосистемах.............22

1.6. Выводы............................................................ 25

2. ТИПОВЫЕ СХЕМЫ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ И ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ИМИ.................................................... 26

2.1. Типовые схемы распределительных сетей.................................26

2.1.1. Схемы низкого напряжения центров питания......................28

2.1.2. Схемы питающей сети......................................... 29

2.1.3. Схемы распределительной сети..................................30

2.1.4. Нагрузки сети................................................. 32

2.2. Номенклатура работ оперативно-диспетчерского персонала РЭС............. 33

2.2.1. Общие положения о переключениях.............................. 33

2.2.2. Оперативные переключения при выполнении плановых работ........ 38

2.2.3. Оперативные переключения при повреждениях в сети...............41

2.3. Общая структурная схема системы формирования последовательности оперативных переключений для АСДУ РЭС.......................................... 43

2.4. Выводы............................................................ 45

3. ФОРМАЛИЗАЦИЯ ПРАВИЛ ОПЕРАТИВНЫХ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЙ В РЭС......48

3.1. Информационная модель системы формирования последовательностей оперативных переключений....................................................... 48

3.2. Формализация данных о схеме распределительной сети.....................52

3.3. Информационная модель оборудования сетевого района.................... 59

3.4. Формализация правил переключений в ячейках присоединений линий, силовых трансформаторов и другого оборудования................................... 68

3.5. Описание правил переключений и разработанных баз знаний по переключениям отдельных КА и устройств РЗиА........................................... 75

3.6. Выводы............................................................ 83

4. АЛГОРИТМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ФОРМИРОВАНИЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ОПЕРАТИВНЫХ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЙ В РЭС.....................84

4.1. Перенос делений в распределительных сетях..............................85

4.2. Алгоритмы переключений в радиальной нерезервируемой сети..............96

4.3. Реализация модели принятия решения для переключений в распределительных сетях ................................................................... 97

4.4 Выбор наилучшего варианта последовательности переключений.............101

4.5. Оптимизация последовательности ОП по времени переездов оперативно-выездной бригады............................................................... 105

4.6. Выводы........................................................... 109

5. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМОВ ОПЕРАТИВНЫХ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЙ В РЭС.......................................................... 111

5.1. Типовые переключения в распределительной сети........................111

5.2. Подготовка схемы сети к отключению распределительной линии............114

5.3. Подготовка схемы сети к отключению секции РП или луча ТП.............. 117

5.4. Подготовка схемы сети к отключению питающей линии (ПКЛ)..............119

5.5. Описание структуры выходных данных и макроязыка оперативных действий для системы формирования последовательностей ОП.............................123

5.6. Этапы работы алгоритмов автоматизированного формирования последовательностей переключений для плановых и аварийных переключений................125

5.7. Выводы............................................................135

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................136

Список литературы..................................................... 138

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1. Примеры бланков переключений, полученных по разработанным алгоритмам ................................................................ 143

Приложение 2. Описание объектов и атрибутов информационной модели системы

формирования последовательностей ОП в РЭС...............................164

Приложение 3. Данные для баз знаний по правилам переключений..............172

Приложение 4. Расчет допустимости выполнения транзитных операций в РЭС ... .177

ВВЕДЕНИЕ

Современная система электроснабжения (СЭС) представляет собой сложный объект с точки зрения оперативного управления в нормальных и особенно в аварийных режимах. Неправильные действия при производстве оперативных переключений приводят к авариям, отказам и несчастным случаям, которые составляют более половины всех случаев аварийности в электроэнергетике. Оперативные переключения (ОП) в цепях первичной и вторичной коммутации выполняются оперативно-диспетчерским персоналом, обеспечивают изменение оперативного состояния оборудования, ведение режима работы сети, ликвидацию аварийных ситуаций.

Каждый энергообъект является уникальным и характеризуется только ему одному присущими свойствами: схемой электрических соединений, функциональными особенностями, спецификой эксплуатации и т.п. Кроме того, электрическая сеть характеризуется рассредоточенностью объектов и людей на большой территории. Из большого перечня задач, решаемых диспетчером в повседневной деятельности, составление бланков переключений (БП) является одной из наиболее часто встречающихся. Разделяют плановые и аварийные переключения. Плановые предусмотрены планом-графиком работ, аварийные производятся при повреждении сети. При выполнении коммутационных операций является обязательным составление индивидуальных бланков переключений. Порядок операций, записанных в БП, должен соответствовать состоянию оперативной схемы перед началом ОП. Наряду с индивидуальными существуют и типовые бланки и карты переключений, которые применимы в случае, когда схема сети полностью соответствует нормальной эксплуатационной схеме. В случае отличие реальной схемы от схемы типового бланка, переключения по этому бланку производить нельзя.

Следует подчеркнуть, что специфические для диспетчерского труда условия, порожденные огромной ответственностью за результаты деятельности и дефицитом времени могут создать трудности даже там, где ситуация довольна проста. При сложных переключениях число операций может достигать нескольких десятков, велика вероятность накопления ошибок. Для подготовки ремонтной схемы существуют различные варианты последовательностей переключений перехода в новое коммутационное состояние. При составлении БП возникает необходимость анализа возможных вариантов переключений и выбора более оптимальной последовательности действий. Автомати-

зированное составление последовательности оперативных переключений позволит избавить персонал от рутинной работы, избежать ошибок и выбрать более оптимальный вариант перехода в новое коммутационное состояние.

Разработанные автоматизированные системы управления и контроля за производством ОП, экспертные системы, тренажеры оперативных переключений (ТОП) предназначены в основном для высоковольтных распределительных устройств 110-500 кВ одного энергообъекта. Системы и тренажеры ОП для сети энергообъектов, предполагающие сопряжение интеллектуальных тренажерных систем с программами расчета установившегося режима электросети находятся в стадии разработки.

В настоящее время не существуют автоматизированные системы формирования бланков переключений, ориентированных на работу в распределительных сетях, что делает разработку подобной системы, как одной из задач автоматизированной системы диспетчерского управления (АСДУ) распределительных электрических сетей (РЭС), особенно актуальной. Основными требованиями к разработке автоматизированной системы формирования БП для РЭС являются:

1. Независимость от топологии, состава оборудования и коммутационного состояния сети.

2. Возможность легко вносить изменения в базу данных по порядку проведения

ОП.

3. Анализ возможности выполнения переключений:

• предупреждение потребителей, которые останутся без напряжения на время ОП;

• согласование операций по переводу участка сети на другой центр питания с вышестоящей диспетчерской службой (ЦДП, ОДС);

• восстановление автоматики, сработавшей в сети в результате оперативных переключений.

4. Возможность выбора варианта перехода сети из одного коммутационного состояния в другое, используя критерии актуальные для диспетчера в конкретной ситуации.

Отсутствие типовых БП в распределительных сетях, обусловленное постоянным изменением схемы сети вследствие плановых ремонтов и повреждения оборудования и линий, требует составление индивидуальных бланков. В каждом конкретном случае необходимо заново анализировать схему и принимать решения. Однотипность решае-

мых задач, их массовый характер определяют целесообразность разработки автоматизированной системы формирования БП с применением для этой цели методов искусственного интеллекта.

В диссертационной работе разрабатывается автоматизированная система формирования последовательностей ОП на основе информационной базы знаний по правилам оперативных переключений, единой информационной базы по оборудованию РЭС и модели искусственного интеллекта, моделирующей логику принятия решений диспетчером при составлении бланков переключений.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ФОРМИРОВАНИЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ОПЕРАТИВНЫХ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ ВЭЭС

Правильный выбор последовательности действий при оперативных переключениях в электрической сети - основа безопасного выполнения работ и бесперебойного питания потребителей. Эффективным средством повышения качества производственной деятельности является создание автоматизированных систем поддержки принятия решений, снабженные программными средствами искусственного интеллекта, способных адекватно отражать логическую структуру мышления человека, накапливать профессиональный опыт и технические знания.

Проблема принятия решений связана с решением задачи достижения цели. Но она же понимается и как проблема, связанная с выбором конкретной альтернативы из нескольких имеющихся, при наличии информации о состоянии объекта управления (схемы распределительной сети) и системы решающих правил, критериев и с учетом собственных знаний и опыта диспетчера, инструкций. Решение этой проблемы может трактоваться как логическая последовательность этапов. На первом этапе оценивается состояние сети: топология, нагрузки, состояние коммутационной аппаратуры и релейной защиты и автоматики. Этот этап предшествует выработке решения. На втором этапе определяется желаемое состояние схемы электроснабжения. В случае плановых переключений конечное состояние известно, при ликвидации аварийных ситуаций в сети устанавливается некоторая цель, которую надо достичь, а именно определить и отключить поврежденный участок сети, восстановить по возможности питание всех потребителей. Третий - этап выработки решения состоит в определении всех возможных способов или путей достижения цели, перехода в желаемое состояние. Четвертый - этап собственно принятия решения заключается в выборе из нескольких альтернатив решений наилучшей. Результат этого этапа - строгая однозначная последовательность действий. Пятый - этап реализации решения, т.е. выполнения переключений по схеме. Шестой - этап оценки полученных результатов, которая при необходимости позволяет корректировать определение цели, критерии эффективности или модель проблемной области.

Применяемые в настоящее время средства вычислительной техники делают возможным создание объективной модели текущего состояния схемы электрической сети и осуществление целенаправленного воздействия на оперативный персонал с це-

лью коррекции его мыслительной модели. Для решения поставленной задачи необходима разработка моделей проблемной области и поиска решения, а также средств диалогового взаимодействия с пользователем. Ослабление влияния субъективных факторов на принятие персоналом управляющего решения является одной из задач автоматизации переключений.

1.1. Системы управления оперативными переключениями

На Пермской ГРЭС были созданы системы логического управления (ЛУ) и контроля (ЛК) за производством ОП на базе АСУ ТП подстанции 220-500 кВ [8, 12]. Объектами логического управления являются присоединения и системы шин подстанций. Функции ЛУ и ЛК переключениями выполняются системой с помощью алгоритмов логического управления. Процесс создания алгоритма включает в себя составление технологической программы переключательных операций на основании бланков переключений по вводу в работу и выводу в ремонт объектов ЛУ и формирование входного и выходного алфавита математической модели последовательного автомата с конечным числом состояний, синтез структурной (или функциональной) схемы автомата, программирование алгоритма. Логическое управление реализуется способами программного логического управления (ГОГУ) для плановых переключений и ситуационного логического управления (СЛУ), предполагающего действия по обеспечению нормального режима в зависимости от ситуации в первичных и вторичных цепях схем электрических соединений. Для организации СЛУ требуется формирование системой управления переключениями объективной модели ситуации в электроустановке по результатам процедур диагностирования, осуществляемого методами распознавания образов в пространстве признаков [9].

Логический контроль (ЛК) является автоматической машинной деятельностью по логическому анализу правильности сформированной системой ЛУ команды с блокированием управляющих воздействий при нарушении последовательности операций или несоблюдением логической непротиворечивости команды [10]. В системе переключений функции управления и блокирования должны быть разделены. Для построения алгоритмов АСУ, анализа структуры подсистем ПЛУ, СЛУ и ЛК использовались Е-сетевые модели, являющиеся расширением аппарата сетей Петри.

Результаты исследований в области управления ОП были обобщены и в [12] предложен подход к построению теории переключений в электроустановках, сформулированы аксиомы, теоремы, следствия из теорем, предложены методы формализации

процессов переключений: алгоритмический и формально-системный. В основе обоих способов формализации заложено понятие формальной системы. В процессе формализации теории переключений были выявлены проблемы, учет которых необходим при практическом применении. Использование алгоритмического подхода потребовал учета проблемы неразрешимости. А проблема, связанная с применением формально-системной концепции может быть сформулирована как невозможность полной формализации содержательно определенной теории переключений. Таким образом, моделирование системы переключений связано с определенными трудностями и ограничениями, накладываемыми объективными законами дискретной математики. Однако наличие неразрешимости в дискретной математике не означает невозможности решения конкретной задачи. Практически частные случаи любой проблемы разрешимы. Невозможность полной формализации - объективный факт, который нельзя устранить, но можно обойти путем раздробления теории переключений на формализуемые фрагменты. Можно построить эффективные алгоритмические модели для любой сложной программы переключений конкретной электроустановки (ЭУ), формализовать типовые программы для всех видов схем ЭУ.

1.2. Экспертные системы для предприятий электрических сетей

На основе инструментальной экспертной системы (ЭС) МИМИР (малая информационная модель интеллектуальных решений), разработанной во ВНИИЭ, созданы информационные системы: экспертная система БЛАНК, тренажеры оперативных переключений (ТОП), экспертные системы обработки ремонтных заявок. В [31] отмечается, что отечественные автоматизированные системы диспетчерского управления (АСДУ) прошли в своем развитии следующие этапы:

- построение формальных моделей (ФМ) для локальных задач управления технологическими процессами (расчет установившихся режимов, статической и динамической устойчивости и т.д.) и создание на базе этих моделей автономных программных компле�