автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Система-советчик по оперативной проработке ремонтных заявок на электрооборудование для энергообъединений

Открытое акционерное общество Научно-исследовательский институт электроэнергетики ОАО «ВНИИЭ»

СИСТЕМА-СОВЕТЧИК ПО ОПЕРАТИВНОЙ ПРОРАБОТКЕ РЕМОНТНЫХ ЗАЯВОК НА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЭНЕРГООБЪЕДИНЕНИЙ

Специальность 05.14.02. - «Электростанции и

электроэнергетические системы»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи УДК 621.311: 658.284

Буковников Юрий Владимирович

Москва - 2004 г.

Работа выполнена в ОАО «Научно-исследовательский институт электроэнергетики» (ОАО «ВНИИЭ»), г. Москва.

Научный руководитель -

доктор технических наук Любарский Юрий Яковлевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Терешко Олег Александрович

кандидат технических наук Лондер Михаил Исаакович

Ведущая организация -

ОАО «СО-ЦДУ ЮС России»

Защита состоится 8 февраля 2005г. в 1400 часов на заседании

диссертационного совета Д512.002.01 при ОАО «Научно-исследовательский

институт электроэнергетики» (ОАО «ВНИИЭ») по адресу: г. Москва, Каширское шоссе,д.22, корп. 3.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью

организации, просим направлять на имя ученого секретаря

Диссертационного Совета Д512.002.01 по адресу 115201, г. Москва, Каширское шоссе, д.22, корп.З, ОАО «ВНИИЭ».

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке ОАО «ВНИИЭ»

Автореферат разослан декабря 2004 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 512.002.01 доктор технических наук, профессор

ГГ"?/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Рассмотрение ремонтных заявок и принятие решения по ним (проработка заявок) является одной из важнейших практических задач, постоянно решаемых персоналом диспетчерских управлений. Главной целью проработки ремонтных заявок является обеспечение необходимой надежности работы энергообъединения при изменении состава работающего оборудования. Режимная проработка заявок выполняется в службах электрических режимов энергообъединений за несколько дней до возможного вывода или ввода оборудования, а результаты этой проработки (решения по заявкам, режимные ограничения) используются дежурными диспетчерами. Проработка заявок в службах является очень ответственной и трудоемкой операцией (крупным диспетчерским управлениям требуется прорабатывать до сотни заявок в день). Принятие решения по ремонтной заявке является сложной технико-экономической задачей, определяемой условиями надежности, устойчивости и экономичности работы энергосистемы. В данной работе экономические аспекты при принятии решений не рассматриваются. Возможности использования для определения устойчивости расчетных программ (расчет установившегося режима) ограничены из-за трудоемкости ручного ввода исходных данных для каждой заявки и учетом уже принятых ограничений по другим заявкам. Поэтому в практике оперативных служб расчеты выполняются только для некоторых заявок, а последующая «массовая» проработка заявок производится путем достаточно сложных логических выводов специалистов технологов с привлечением большого объема данных (топология сети, режимные инструкции, данные по противоаварийной автоматике и др.). Для поддержки и автоматизации работы служб энергообъединений целесообразна разработка методов, алгоритмов и программного обеспечения, на сколько возможно, облегчающей проработку ремонтных заявок и использования информации полученной в результате.

Наиболее полно данный класс задач решается в экспертной системе оперативного рассмотрения ремонтных заявок (ЭСОРЗ). Хотя на данный момент времени ряд структурных и технологических недостатков не позволяют, использовать его возможности в полном объеме, они связанны с изменением технической оснащенности энергообъединений и расширением круга решаемых задач.

Из технологических недостатков можно выделить отсутствие диспетчерских функций у системы-советчика таких как:

• Онлайновая проработка заявок на случай изменения условий (получение аварийной заявки, смещение даты вывода или ввода оборудования) после предварительной проработки заявок, которая может повлиять на устойчивость и надежность работы энергообъединения.

• Мониторинг состояния сети. Сравнивая информацию, полученную из оперативного управляющего информационно комплекса (ОУИК) с информацией находящейся в базе данных системы-советчика можно выявлять на не соответствие установившегося режима.

Существует также ряд технических недостатков, таких как отсутствие:

• Автоматического или полуавтоматического ввода информации из системы хранения информации по заявкам в систему проработки заявок.

• Многопользовательской работы в системе-советчике.

• Возможности взаимодействия других программных комплексов с системой-советчиком. Современные информационные системы имеют открытую архитектуру, позволяющую осуществлять обмен информацией.

Цели и задачи работы. Целью работы является дальнейшее развитие теории и практики использования систем-советчиков для автоматизации проработки

>4|*|#Гя1 „) «*

заявок в диспетчерских службах энергообъединений. Конкретно в работе решаются следующие основные задачи.

1) Разработка концепции автоматизации проработки заявок дежурными диспетчерами энергообъединений.

2) Развитие возможностей систем-советчиков и разработка метода интеграции в информационную среду энергообъединений.

Эти проблемы взаимосвязаны: интеграция систем хранения данных и знаний позволит использовать результаты работы систем-советчиков в других подсистемах АСДУ, а также привлечь к проработке ремонтных заявок оперативную информацию, необходимую, в частности, для «диспетчерской» проработки заявок.

Основные методы исследований. Для решения поставленных задач использовались: практический опыт диспетчеров энергообъединений, практика внедрения экспертных систем в энергообъединения, теория построения компиляторов, теория систем управления базами данных, практические исследования производительности систем управления базами данных (СУБД), объектно-ориентированное программирование, принципы построения оптимизаторов СУБД.

При решении ряда задач автором учтены результаты ранее проводимых экспериментальных исследований в области разработки и применения методов оптимизации запросов, также учтен опыт построения инструментальной системы малой информационной модели интеллектуальных решений (МИМИР1).

Научная новизна. Разработана концепция «диспетчерской» проработки ремонтных заявок, учитывающую проверку условий открытия (закрытия)

1 МИМИР-2 - текущая версия инструментальной оболочки, МИМИР-3 - разработанная автором ее новая версия

заявок в схемно-режимной ситуации, отличающейся от ситуации, предполагаемой при предварительной проработке заявок в службе режимов, реализованы следующие функции:

• Мониторинг текущего состояния сети.

• Контроль режимных параметров энергообъединения

• Фиксация нештатных изменений состояния оборудования

• Диспетчерское закрытие заявок

• Диспетчерское открытие заявок

Разработана инструментальная система, имеющая следующий ряд особенностей:

• хранение базы знаний интеллектуальной системы в СУБД поддерживающих стандартный язык запросов SQL2

• преобразование ограниченных естественно-языковых вопросов в SQL-запросы (разработаны методы оптимизации обработки SQL-запросов для локальных и корпоративных СУБД для обеспечения необходимой производительности систем-советчиков);

• поддержка он-лайн взаимодействия экспертной системы с информационной средой энергообъединения.

Практическая значимость работы и ее реализация.

1. Новая версия ЭСОРЗ, содержащая элементы диспетчерской проработки, внедряется в использование в службе электрических режимов СО-ЦДУ ЕЭС РФ;

2. ОДУ Урала внедряет новую систему анализа топологии сети построенную на базе новой инструментальной системы.

2 SQL (Structured Query Language) - стандартизованный язык запросов к реляционным базам данных 6

Апробация результатов работы. Результаты работы были доложены и обсуждены на:

- втором специализированном научно-техническом семинаре «Современные методы и программные средства анализа и планирования электропотребления, балансов мощности и электроэнергии» (г. Москва, 2004 г);

- второй научно-технической конференции молодых специалистов электроэнергетики (г. Москва, 2003 г.);

- конференции «Управление электроэнергетическими системами - новые технологии и рынок» (Сыктывкар 2004г).

- конференции «Инновации в энергетических технологиях». (Москва 2001 г).

Публикации. Основные положения и результаты работы опубликованы в 4 статьях[ 1,4-6].

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и трех приложений. Объем работы включает 125 страниц текста,20 рисунков, 6 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы ее цели, отражена научная новизна и практическая ценность полученных результатов, дается общая характеристика работы.

В первой главе проведен обзор технологии проработки ремонтных заявок в энергообъединениях. При необходимости вывести оборудование в ремонт (или ввести его в работу из ремонта) оперативный персонал соответствующего энергопредприятия инициирует передачу данных (заявка)

на эту работу для иерархически вышестоящего диспетчерского управления. На каждом иерархическом уровне диспетчерского управления заявка обрабатывается персоналом оперативных служб с целью определения:

• возможности разрешения заявки,

• условий разрешения заявки.

Процедуре передачи ремонтных заявок предшествует периодическое планирование ремонтов (долгосрочное, краткосрочное). Заявки, соответствующие этим ранее составленным планам, имеют категорию плановых заявок. При оперативном управлении в энергосистемах может возникнуть необходимость отклонения от плана - такие заявки имеют категорию внеплановых. Наконец, вывод в ремонт оборудования может быть обусловлен последствиями некоторой аварийной ситуации (например, короткого замыкания в электросети). Поэтому имеется еще одна важная категория заявок - аварийные заявки.

Каждая заявка содержит временные характеристики, которые упрощенно можно представить следующим образом:

• планируемое время начала работ (Тпн),

• планируемое время окончания работ (Тпк),

• фактическое время начала работ (время открытия Тфн),

• фактическое время окончания работ (время закрытия Тфо),

• время аварийной готовности Таг (время, потребное для перехода от

ремонтной схемы к рабочей при аварийной необходимости).

Когда работы по заявке начинаются, заявка должна перейти в состояние открытой (действующей), причем этот перевод осуществляет дежурный диспетчер. Соответственно, при окончании работ по заявке диспетчер инициирует закрытие заявки.

Для диспетчерского управления важны также следующие категории: задержанная на открытие заявка (неоткрытая заявка при Т>Тпн, где Т -текущее время) и задержанная на закрытие заявка (открытая заявка при Т>Тпк).

Если ремонтные работы по открытой заявке по объективным причинам не могут закончиться в установленные заявкой сроки, открывается новая заявка на продление работ (со ссылкой на продлеваемую открытую заявку).

Работа с заявками (рассматривается уровень энергообъединения) является сложным процессом, в котором участвует персонал оперативных служб, руководство энергообъединения, дежурный диспетчерский персонал.

Состав оперативных служб, в которых прорабатывается заявка (и принимаются «частные» решения), зависит от категории оборудования, указанного в заявке. Например, заявки на линии передач прорабатываются службой оптимизации электрических режимов (СОЭлР), службой релейной защиты и автоматики (СРЗА), диспетчерской службой (ДС); заявки на вывод устройств релейной защиты - СРЗА и ДС. В настоящее время уже на данном этапе возникают сложности в автоматизации проработки заявок так как само оборудование, передаваемое в заявке является текстом, причем разные энергообъединения имеют совершенно разные способы описания оборудования. Значение этого поля надо распознавать по специальным справочникам, чтобы поставить в соответствие конкретное оборудование из схемы.

При проработке аварийных заявок может возникнуть необходимость их проработки только дежурными диспетчерами (при поступлении аварийных заявок в ночную смену или в выходные дни). Часто процесс проработки заявки имеет итеративный характер, так что «частные» решения некоторых (или всех) служб могут отменяться руководством, которое инициирует пересмотр заявки в службах.

Работа с заявками очень трудоемка, она практически ежедневно занимает значительное количество оперативного персонала и руководителей электрических станций, ПЭС, энергосистем, энергообъединений. «Человеческие» ошибки, неизбежные при неавтоматизированной, («ручной») проработке заявок, чреваты очень тяжелыми последствиями. Поэтому автоматизация оперативной работы с ремонтными заявками является весьма актуальной задачей. Эта автоматизация осуществляется по следующим направлениям:

• создание автоматизированных систем передачи и редактирования информации по заявкам (АСПРЗ),

•создание систем-консультантов, автоматизирующих процедуры оперативной проработки заявок в оперативных службах (ЭСОПЗ).

Системы типа ЭСОПЗ разрабатывались ВНИИЭ; при этом наибольшее развитие (и применение) получила экспертная система для «режимной» проработки ремонтных заявок ЭСОРЗ (разработка ВНИИЭ использование в службах СОЭлР ЦДУ и ОДУ Центра).

Во второй главе обосновано применения технологии интеллектуальных систем на базе МИМИР для решения задач проработки заявок в энергообъединениях. Существующие информационные системы типа АСПРЗ обеспечивают поддержку оперативного персонала энергообъединений при просмотре заявок, редактировании заявок, пересылке информации по заявкам. Уровень такой поддержки необходим, но явно недостаточен, так как наиболее трудоемкие операции, связанные с принятием решений по заявкам (разрешить или отказать) и с определением условий разрешения заявок, выполняются «вручную».

Наряду с системами-советчиками другим «традиционным» средством поддержки проработки заявок оперативным персоналом является использование программных комплексов для расчета установившегося режима УР в энергообъединениях. Это обусловлено тем, что режимные ограничения, 10

накладываемые при разрешении заявок на вывод оборудования в ремонт, как правило, являются условиями существования УР.

Существует целый ряд комплексов для расчета УР, разработанных рядом организаций (АНАРЕЗ, РАСТР, КОСМОС, ЭРА, и др.). Ежедневное использование этих программных комплексов для проработки ремонтных заявок на данный момент затруднено из-за трудоемкости ввода данных и используется лишь в отдельных сложных ситуациях, а также для предварительных расчетов режимных ограничений для ремонтных схем использующихся в системе-советчике. Использование этих программ для проработки пакета заявок связано со значительными трудозатратами персонала. Это происходит по следующим причинам:

- значительное количество данных, необходимых для работы расчетных комплексов, персонал должен вводить вручную;

- определение «границ» существования УР в расчетных комплексах является, в определенном смысле, исследовательской работой, связанной с реализацией так называемых «траекторий утяжеления» режима;

- для режимной проработки заявок недостаточно определить условия существования УР при отключении по заявкам ряда элементов оборудования (то есть ограничения «на время заявки»), но рассмотреть «потери» оборудования при возможных коротких замыканиях из-за коммутаций при вводе и выводе оборудования по заявке (ограничения «на время переключения» и «на время операций с ВЛ»); расчетные комплексы способны рассматривать режимы при коротких замыканиях, но точки этих замыканий нужно вводить вручную, предварительно определив «в уме», в каких именно узлах нужно задавать замыкания.

Вместе с тем, в оперативных службах энергообъединений (конкретно - в службе электрических режимов) работа с заявками основана на достаточно определенных логических правилах. Количество этих правил весьма велико, многие из них имеют эвристический характер; «ручная» работа персонала по

этим правилам требует привлечения очень большого количества объема информации (множество заявок с их приоритетами, характеристиками и состояниями, топология электросети, режимные инструкции, противоаварийная автоматика и др.). Работа с множеством заявок часто носит комбинаторный характер («конфликты» между заявками, пересмотр ранее принятых решений и пр.). Количество одновременно прорабатываемых заявок в службе энергообъединения может быть весьма велико (от нескольких десятков до сотен). Трудоемкость «ручной» проработки заявок может приводить к «человеческим» ошибкам, которые в свою очередь, могут привести к тяжелым последствиям при реализации ошибочных решений по заявкам. В связи с этим автор считает что, на данный момент времени имеет смысл автоматизировать проработку заявок созданием интеллектуальной системы, имитирующей рассуждения технолога диспетчерских служб энергообъединений. Наиболее подходящим инструментом для создания таких систем является МИМИР, сочетающая в себе функции "понимания" вопросов на ограниченном естественном языке (ОЕЯ-вопрос). Логические вывод обеспечивается специализированными программами-рассуждениями (ПР), представляющими собой модели алгоритмов рассуждений, сообщенных экспертами. Так как система-советчик ЭСОРЗ реализовала в себе большой набор необходимых, но недостаточных функций для службы режимов, имеет смысл использовать накопленный опыт в данной области и построить новую версию системы ЭСОРЗ, устранив все выявленные недостатки и включив новые функции, расширяющие возможности системы.

В третьей главе рассмотрены недостатки существующей версии МИМИР и описана новая версия инструментальной системы. В связи с постоянным ростом производительности аппаратного обеспечения компьютерных систем, а также переходом на новые операционные системы, требования к современным программным комплексам постоянно растут. Хотя до сих пор существует большой список промышленных задач, реализованных и поставленных в эксплуатацию достаточно давно, существует необходимость 12

обновления программного обеспечения для соответствия новым стандартам, принятым в энергообъединениях.

Преимущества системы МИМИР следующие

- использование универсальной модели представления знаний (семантические сети)

- аналогичные задачи уже были решены с помощью этой инструментальной системы, следовательно, можно использовать накопленный опыт и базу знаний предыдущей разработки.

Хотя стоит отметить, что с момента последнего программного обновления инструментальной системы МИМИР прошло много лет, за которые многие концепции и решения, существовавшие только на бумаге, стали широко используемыми в сфере информационных технологий. На этапе внедрения системы-советчика ЭСОРЗ в ЦДУ ЕЭС России, а также при разработке других программ, построенных на этой инструментальной системе, был обнаружен целый ряд недостатков, не позволявших на тот момент времени использовать все преимущества современных операционных систем и информационных комплексов.

Недостатки существующей версии инструментальной системы:

• необходимость написания дополнительных программ по экспорту и импорту данных для каждого внедрения

• невозможность многопользовательского режима использования экспертной системы

• невозможность запуска нескольких экземпляров программ-рассуждений (ПР)

• невозможность использования данных из базы знаний другими приложениями

• невозможность разграничения доступа к ЭС

Систематизируя полученные данные, автор пришел к выводу, что в основе многих приводимых недостатков лежат архитектурные особенности, не позволяющие расширить возможности МИМИР-систем. Поэтому вместо использовавшегося ранее цикла взаимодействия ПР и информационной среды энергообъединения рис 1

Рис 1. Взаимодействие МИМИР-2

в новой архитектуре необходимо убрать издержки на реализацию дополнительных программ при каждом новом внедрении МИМИР-систем. Автор предлагает использовать следующий принцип "погружения" базы знаний в ИС энергообъединения.

Рис 2. Взаимодействие МИМИР-3 и ИС энергообъединения

Для реализации необходимой функциональности требуется не только разработать структуру данных для хранения базы знаний, но и реализовать

функции вопросного программирования. Цикл внутреннего взаимодействия МИМИР-2 систем приведен на рис 3.

Рис 3. Архитектура МИМИР-2

Именно из-за такого построения системы возникло большинство проблем при дальнейшем развитии системы, так как разработчиками использовались нестандартные закрытые методы хранения знаний системы, а также не построены автономные способы взаимодействия с системой. В новой архитектуре автор предлагает использовать более стандартные средства взаимодействия из-за чего архитектура системы становиться понятной и открытой.

Текст ОЕЯ

Транслятор SQL-Запрос

запросов (DLL)

\

Произвольная

СУБД Поддерживающ ая SQL-92

Программа рассуждение

1нтерпретаци

я

Транслятор ответов

(DLL)

:тандартизирован ный ответ

Рис 4. Архитектура МИМИР-3

При таком подходе становятся доступными следующие функции:

• запроса и изменения данных на ОЕЯ

• запроса и изменения данных на SQL

• изменения и расширения трансляции запросов

• изменения и расширения интерпретации запросов

• экспорта и импорта данных без дополнительного программного обеспечения

Запрос на ОЕЯ к базе данных (БД) МИМИР-системы - это команда либо на поиск информации, удовлетворяющей определенным условиям (выраженным в запросе), либо на изменение содержимого БД. Все виды ОЕЯ-вопросов можно по степени их сложности разбить на три класса: элементарные вопросы, простые вопросы, сложные вопросы.

Элементарный вопрос имеет вид

ВОЭУ?

Здесь ВО - вопросная область (имя семантической группы), ЭУ -элементарное условие. Ответом на элементарный вопрос является множество всех элементов семантической группы ВО, связанных хотя бы с одним элементом той семантической группы, подмножество которой задает ЭУ. Простой вопрос содержит несколько элементарных условий: ВО ЭУ1 ЭУ2 ЭУЗ...?

Здесь ВО - вопросная область, ЭУ1, ЭУ2, ЭУЗ ... - элементарные условия. Элементарные условия следуют друг за другом через пробелы. Ответом на простой вопрос является подмножество таких элементов семантической группы ВО, каждый из которых связан хотя бы с одним элементом каждого из подмножеств, указываемых элементарными условиями

ЭУ1, ЭУ2, ЭУЗ ____ Множество, являющееся ответом на простой вопрос (2),

есть пересечение всех множеств, являющихся ответами на элементарные вопросы

ВО ЭУ1 ? ВО ЭУ2 ?

ВОЭ УШ

Сложный вопрос получается из любого вопроса, простого или сложного, подстановкой простого вопроса на место последнего элементарного условия в исходном вопросе. Подставленный простой вопрос отделяется от предшествующей части исходного вопроса запятой. Последовательность таких подстановок порождает цепочку вложенных подвопросов. В общем, виде сложный вопрос можно записать так:

ВО1ЭУ11ЭУ12ЭУ13...,

ВО2ЭУ21ЭУ22ЭУ23...,

.................................>

ВОЗЭУМЭУШЭУШ...?

Семантика сложного вопроса: вычисляется ответ на последний простой подвопрос, результат подставляется в исходный вопрос как элементарное

условие, и этим количество подстановок простых подвопросов в исходном сложном вопросе уменьшается на единицу. Эта редукция повторяется до тех пор, пока не получится простой вопрос.

Понятие простого вопроса формализует структуру простого вопросительного предложения. Понятие сложного вопроса формализует структуру сложноподчиненного вопросительного предложения, придаточные предложения в котором являются простыми вопросами.

Перевод любого ОЕЯ-вопросов в SQL-запрос в общем виде может быть представлен следующим образом

Select distinct sgl_elem from Q as Qi,Q as Q2,... Q as Q„

where Qi.sgl =N1 and Qj.sg2 = N2... and Qn.sg2=N2n

and Q1.sg2_elemin (Pi)... and Q„ sg2_elemin (P„) and Qi.sgl_elem =Gi and Qi.sgl_elem =Gn

где

п - количество вложенных запросов,

Ql-.Q» - реляционные таблица вида со столбцами (sgl, Sg2, sgl_elem,sg2_elem),

константы являющиеся номерами семантических групп,

Pi..Pn-{полное множество | набор констант | пустое множество}, Gi..G„-{ Q, sgl_elem | Q, sg2_elem} 0<i<n+l.

Особое внимание следует уделить обеспечению приемлемой скорости выполнения ОЕЯ-запросов, так как основные затраты времени при логическом выводе в МИМИР-системах приходятся на их обработку. Поэтому механизм интерпретации ОЕЯ-вопросов должен быть "интеллектуальным", т.е. обладать средствами анализа и выбора оптимального метода интерпретации в зависимости от характера запроса и используемой СУБД. Так как современные серверные реляционные БД содержат в качестве компонента оптимизатор, то автор ограничился разработкой методов оптимизации для настольных систем.

При использовании промышленной СУБД используются подсказки уже встроенному оптимизатору варьируемые для разных серверов баз данных.

В четвертой главе рассматривается экспертная система для режимной проработки заявки.

На Рис 5 изображена общая структура экспертной системы ЭСОРЗ для режимной проработки ремонтных заявок

Экспорт Импорт

Ввод и стирание заявок

База данных

Заявки Топология Автоматика Инструкции

Рис.5. Общая структура системы проработки заявок

«Центральную» часть схемы занимает База данных, где хранятся знания системы по следующим разделам:

- заявки и их характеристики;

- топология электросети (объекты, оборудование, выключатели, параметры);

- противоаварийная автоматика (ПА) и ее характеристики;

- режимные инструкции (события, ограничения);

- результаты проработки заявок (решения, ограничения параметров, коммутации).

Блок сопряжения с информационной системой «Заявки», обеспечивает:

- ввод в ЭСОРЗ знаний о заявках и их характеристиках;

- вывод из ЭСОРЗ (в систему «Заявки») результатов проработки заявок.

Основная функция ЭСОРЗ - «проработка заявок», это процедура, в ходе которой автоматически рассматриваются заявки, определяются их приоритеты, выявляются «конфликты» между заявками (для разрешения этих конфликтов может привлекаться пользователь-технолог), определяются условия разрешения заявок («набор ограничений»), определяются «коммутации», переключения, которые необходимо произвести для выполнения работ по заявкам, вырабатываются рекомендации для решений по заявкам («разрешить», «отказать»), отображаются протоколы проработки и итоговых результатов проработки.

Мониторинг заявок - важная функция поддержки деятельности пользователей, обеспечивающая удобный просмотр информации по заявкам.

Сервисные функции - необходимый компонент ЭСОРЗ. Эти функции должны обеспечить для пользователей ЭСОРЗ удобный ввод, отображение и коррекцию знаний системы. Необходимо отметить, что сервисные функции используются не только на этапе создания системы (или адаптации ЭСОРЗ к конкретному энергообъединению), но и на протяжении всей «жизни» системы. Действительно, на протяжении эксплуатации системы постоянно возникает необходимость скорректировать ТС или иные разделы знаний системы (коррекция топологии схем подстанций, данных по ПА, данных по режимным инструкциям).

В пятой главе излагается новая концепция онлайновой проработки заявок

При режимной проработке заявок в службах электрических режимов энергообъединений, производится, в основном, заблаговременно (за несколько дней до срока открытия или закрытия заявок). Поэтому проработка заявок в оперативных службах относится к категории задач планирования (оперативного планирования).

Вместе с тем, существует, по крайней мере, не менее важная категория проработки заявок - мониторинг и проработка заявок дежурным диспетчером в режиме онлайнового управления энергообъединением. Специфика онлайновой работы с заявками осознается диспетчерским персоналом.

В настоящее время не существует систем-советчиков дежурного диспетчера по проработке заявок. Специфика онлайнового диспетчерского управления не позволяет использовать для этих целей системы ЭСОРЗ без изменений. Вместе с тем, использование имеющейся в ЭСОРЗ информации при дополнении ЭСОРЗ рядом новых функций позволяет создать «диспетчерскую» версию ЭСОРЗ.

Для этого необходимо определить те функции оперативного диспетчерского управления, которые связаны с использованием информации по ремонтным заявкам.

К таким функциям диспетчерского управления можно отнести:

• Мониторинг текущего состояния сети

• Контроль режимных параметров энергообъединения

• Фиксация нештатных изменений состояния оборудования

• Диспетчерское открытие и закрытие заявок

Мониторинг текущего состояния сети (для текущего или для определенного заданного времени) необходим:

- для ретроспективного анализа «прошедших» режимов сети (в частности,

при определении причин возникновения аварийных ситуаций);

- для анализа предстоящих коммутационных состояний сети (например, при планировании операций по реконфигурации сети),

- для контроля текущего коммутационного состояния электросети (определение «нештатных» отключений в коммутационной схеме, контроль пределов режимных параметров).

Контроль режимных параметров и выявление нештатных (не определенных заявками) изменений положений коммутационных аппаратов.

При проработке в ЭСОРЗ ремонтных заявок формируется множество ограничений режимных параметров и множество коммутаций для вывода оборудования в ремонт. Режимными параметрами являются, в основном, перетоки активной мощности в контролируемых сечениях. В результате анализа информации из ОИК и заданных ограничений и коммутаций диспетчер может выявлять несоответствие их в реальном режиме времени.

Определение режимных условий закрытия и открытия заявок;

Найденные в ЭСОРЗ «продолжительные» ограничения распространены на все время заявки, а ограничения вида «на время переключений» и «на время операций» «привязаны» к относительно небольшим интервалам времени (до 30 минут) «близким к моменту открытия к моменту закрытия определенной заявки. Поэтому «эффект наложения» ограничений по синхронным заявкам справедлив только для «продолжительных» ограничений. Следовательно, изменение порядка проработки заявок в ЭСОРЗ может влиять на коммутационные ограничения, набираемые при проработке заявок. Кроме того, в алгоритмах ЭСОРЗ содержится методическая неточность: при проработке заявки не различаются коммутационные ограничения при открытии и при закрытии заявки. В сущности, все коммутационные ограничения отнесены в ЭСОРЗ к времени открытия заявки. Вместе с тем, коммутационные ограничения при открытии и при закрытии заявки, в общем случае, различны. Вероятность появления этого различия тем выше, чем больше интервал времени от открытия до закрытия заявки (для

определенности здесь имеются в виду заявки на вывод в ремонт оборудования).

Таким образом, в диспетчерской проработке заявок нужно перед закрытием заявки снова прорабатывать эту заявку для определения коммутационных ограничений. Найденное множество должно автоматически сравниваться с множеством, полученным при проработке заявки в службе электрических режимов. О несовпадении этих множеств должно сообщаться диспетчеру. Описанная функция системы-советчика может быть названа «диспетчерской проработкой заявки».

Заключение

Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. Разработана новая концепция онлайновой проработки заявок в оперативных службах энергообъединений, ставшая необходимой в недавнем прошлом и уже востребованная в российский энергообъединениях

2. Для решения задачи комплексной автоматизации проработки заявок была разработана новая инструментальная система МИМИР-3, позволяющая разрабатывать и эффективней интегрировать системы-советчики в информационную среду энергообъединений.

3. Разработан транслятор с ограниченного естественного языка на язык реляционных баз данных стандарта SQL. Разработан оптимизатор запросов для выбранной структуры базы данных поддерживающей хранений базы знаний интеллектуальных систем на базе семантических сетей для локальных и корпоративных Баз данных, а также выработаны предложения по оптимизации производительности для них.

4. Реализованы и внедрены несколько проектов использующих инструментарий МИМИР-3 не только в области проработки ремонтных

заявок, что показывает состоятельность и насущную необходимость предложенных методов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Буковников Ю.В., Гикинская А.Е., Любарский Ю.Я. Советчик диспетчера для обработки заявок по выводу оборудования в ремонт // Современные методы и программные средства анализа и планирования электропотребления, балансов мощности и электроэнергии. Сборник докладов второго специализированного научно-технического семинара. М.: НЦ ЭНАС, 2004.

2. Буковников Ю.В. Принципы построения новой версии инструментальной оболочки экспертных систем, ориентированных на задачи АСДУ энергосистемами. // Материалы второй научно технической конференции молодых специалистов электроэнергетики. Сборник докладов. М. НЦ ЭНАС, 2003г.

3. Любарский Ю.Я., Буковников Ю.В., Гикинская А.Е. Экспертные системы-советчики для оперативного управления в электроэнергетических системах // Управление электроэнергетическими системами - новые технологии и рынок. Материалы научно-технической конференции, г. Сыктывкар, Уральское отделение РАН, 2004.

4. Любарский Ю.Я., Горбунова Л.М., Буковников Ю.М. Экспертная система-консультант по проработке ремонтных заявок в оперативных службах энергообъединений // Управление режимами единой энергосистемы России. Сборник докладов. М.: НЦ ЭНАС, 2002.

5. Любарский Ю.Я., Буковников Ю.В. Моделирование рассуждений специалистов-технологов в АСДУ энергообъединениями (на примере задач' проработки ремонтных заявок) // Инновации в энергетических технологиях. Сборник докладов юбилейной научно-практической конференции посвященной 50-летию ИПКгосслужбы. М. :"Агро-принт" 2002 г.

6. Буковников Ю.В., Головинский ИА, Любарский Ю.Я. Интеграция экспертных систем в информационную среду диспетчерских управлений энергообъединениями // Электричество №2 2005 г. (в печати)

Подписано к печати 24.12.2004 г. Формат 60x84 1/16. Бумага офисная. Усл. печ. л. 1,25. Тираж 80 экз. Заказ № 23

Отпечатано в ОАО «ВНИИЭ». 115201 Москва, Каширское шоссе, д.22, корп.З.

Р--622

Введение.

Глава I. Технология проработай ремонтных заявок в энергообъединениях.

1.1. Работа с ремонтными заявками. Основные понятия и категории.

1.2. Проблемы автоматизации работы с заявками. Состояние вопроса.

1.3 Информационные системы для автоматизированной проработки ремонтных заявок.

1.4. Существующие реализации в области автоматизации проработки заявок.

1.5. Выводы по главе 1.

Глава II. Метод интеллектуальных систем для проработки ремонтных заявок

2.1. Обоснование применения интеллектуальных систем для решения задач проработки заявок в энергообъединениях.

2.2. Общая структура экспертных систем.

2.3. Структура интеллектуальной системы со специализированным логическим выводом (метод МИМИР).

2.4. Построение прикладных систем на базе инструментальной системы МИМИР.

2.5. Выводы по главе 2.

Глава III. Инструментальная система МИМИР-3.

3.1 Преимущества и недостатки инструментальной системы МИМИР.

3.2 Новая архитектура системы.

3.3 Структура данных Базы знаний МИМИР-3.

3.4. Трансляция ОЕЯ-запросов в SQL-запросы.

3.5 Выбор Оптимального плана выполнения запроса.

3.6 Выводы по главе 3.

Глава IV. Интеллектуальная система для режимной проработки заявок.

4.1. Общая структура системы режимной проработки заявок.

4.2. Структура знаний системы.

4.3. Сервисные функции ЭСОРЗ.

4.3.1. Сервис топологии сети.

4.3.2. Сервис для автоматики.

4.4.Проработкаремонтных заявок.

4.5.Мониторинг заявок.

4.6. Выводы по главе 4.

5.1. Работа с заявками в оперативном диспетчерском управлении.

5.2. Мониторинг коммутационных состояний электросети.

5.2.1. Мониторинг «прошедших» режимов.

5.2.2. Мониторинг «предстоящих» состояний сети.

5.2.3. Мониторинг текущего состояния сети.

5.2.4. Контроль режимных параметров.

5.3. Фиксация нештатных изменений состояния оборудования.

5.4. Диспетчерское закрытие заявок.

5.5. Диспетчерское открытие заявок.

5.6. Выводы по главе V.

Актуальность работы. Рассмотрение ремонтных заявок и принятие решения по ним (проработка заявок) является одной из важнейших практических задач, постоянно решаемых персоналом диспетчерских управлений. Главной целью проработки ремонтных заявок является обеспечение необходимой надежности работы энергообъединения при изменении состава работающего оборудования. Режимная проработка заявок выполняется в службах электрических режимов энергообъединений за несколько дней до возможного вывода или ввода оборудования, а результаты этой проработки (решения по заявкам, режимные ограничения) используются дежурными диспетчерами. Проработка заявок в службах является очень ответственной и трудоемкой операцией (крупным диспетчерским управлениям требуется прорабатывать до сотни заявок в день). Принятие решения по ремонтной заявке является сложной технико-экономической задачей, определяемой условиями надежности, устойчивости и экономичности работы энергосистемы. В данной работе экономические аспекты при принятии решений не рассматриваются. Возможности использования для определения устойчивости расчетных программ (расчет установившегося режима) ограничены из-за трудоемкости ручного ввода исходных данных для каждой заявки и учетом уже принятых ограничений по другим заявкам. Поэтому в практике оперативных служб расчеты выполняются только для некоторых заявок, а последующая «массовая» проработка заявок производится путем достаточно сложных логических выводов специалистов технологов с привлечением большого объема данных (топология сети, режимные инструкции, данные по противоаварийной автоматике и др.). Для поддержки и автоматизации работы служб энергообъединений целесообразна разработка методов, алгоритмов и программного обеспечения, на сколько возможно, облегчающей проработку ремонтных заявок и использования информации полученной в результате.

Наиболее полно данный класс задач решается в экспертной системе оперативного рассмотрения ремонтных заявок (ЭСОРЗ). Хотя на данный момент времени ряд структурных и технологических недостатков не позволяют, использовать его возможности в полном объеме, они связанны с изменением технической оснащенности энергообъединений и расширением круга решаемых задач.

Из технологических недостатков можно выделить отсутствие диспетчерских функций у системы-советчика таких как:

Онлайновая проработка заявок на случай изменения условий (получение аварийной заявки, смещение даты вывода или ввода оборудования) после предварительной проработки заявок, которая может повлиять на устойчивость и надежность работы энергообъединения.

Мониторинг состояния сети. Сравнивая информацию, полученную из оперативного управляющего информационно комплекса (ОУИК) с информацией находящейся в базе данных системы-советчика можно выявлять на не соответствие установившегося режима.

Существует также ряд технических недостатков, таких как отсутствие:

Автоматического или полуавтоматического ввода информации из системы хранения информации по заявкам в систему проработки заявок.

Многопользовательской работы в системе-советчике.

Возможности взаимодействия других программных комплексов с системой-советчиком. Современные информационные системы имеют открытую архитектуру, позволяющую осуществлять обмен информацией.

Цели и задачи работы. Целью работы является дальнейшее развитие теории и практики использования систем-советчиков для автоматизации проработки заявок в диспетчерских службах энергообъединений. Конкретно в работе решаются следующие основные задачи.

• Разработка концепции автоматизации проработки заявок дежурными диспетчерами энергообъединений.

• Развитие возможностей систем-советчиков и разработка метода интеграции в информационную среду энергообъединений.

Эти проблемы взаимосвязаны: интеграция систем хранения данных и знаний позволит использовать результаты работы систем-советчиков в других подсистемах АСДУ, а также привлечь к проработке ремонтных заявок оперативную информацию, необходимую, в частности, для «диспетчерской» проработки заявок.

Основные методы исследований. Для решения поставленных задач использовались: практический опыт диспетчеров энергообъединений, практика внедрения интеллектуальных систем в энергообъединения, теория построения компиляторов, теория систем управления базами данных, практические исследования производительности систем управления базами данных (СУБД), объектно-ориентированное программирование, принципы построения оптимизаторов СУБД.

При решении ряда задач автором учтены результаты ранее проводимых экспериментальных исследований в области разработки и применения методов оптимизации запросов, также учтен опыт построения инструментальной системы малой информационной модели интеллектуальных решений (МИМИР1).

Научная новизна. Разработана концепция «диспетчерской» проработки ремонтных заявок, учитывающую проверку условий открытия (закрытия) заявок в схемно-режимной ситуации, отличающейся от ситуации,

1 МИМИР-2 • текущая версия инструментальной оболочки, МИМИР-3 - разработанная автором ее новая версия предполагаемой при предварительной проработке заявок в службе режимов, реализованы следующие функции:

Мониторинг текущего состояния сети.

Контроль режимных параметров энергообъединения

Фиксация нештатных изменений состояния оборудования

Диспетчерское закрытие заявок

Диспетчерское открытие заявок

Разработана инструментальная система, имеющая следующий ряд особенностей: хранение базы знаний интеллектуальной системы в СУБД поддерживающих стандартный язык запросов SQL2 преобразование ограниченных естественно-языковых вопросов в SQL-запросы (разработаны методы оптимизации обработки SQL-запросов для локальных и корпоративных СУБД для обеспечения необходимой производительности систем-советчиков); поддержка он-лайн взаимодействия экспертной системы с информационной средой энергообъединения.

2 SQL (Structured Query Language) - стандартизованный язык запросов к реляционным базам данных

Практическая значимость работы и ее реализация.

1. Новая версия ЭСОРЗ, содержащая элементы диспетчерской проработки, внедряется в использование в службе электрических режимов СО-ЦДУ ЕЭС РФ;

2. ОДУ Урала внедряет новую систему анализа топологии сети построенную на базе новой инструментальной системы.

Апробация результатов работы. Результаты работы были доложены и обсуждены на:

- втором специализированном научно-техническом семинаре «Современные методы и программные средства анализа и планирования электропотребления, балансов мощности и электроэнергии» (г. Москва, 2004 г);

- второй научно-технической конференции молодых специалистов электроэнергетики (г. Москва, 2003 г.);

- конференции «Управление электроэнергетическими системами - новые технологии и рынок» (Сыктывкар 2004г).

- конференции «Инновации в энергетических технологиях». (Москва 2001 г).

Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. Разработана новая концепция онлайновой проработки заявок в оперативных службах энергообъединений, ставшая необходимой в недавнем прошлом и уже востребованная в российский энергообъединениях

2. Для решения задачи комплексной автоматизации проработки заявок была разработана новая инструментальная система МИМИР-3, позволяющая разрабатывать и эффективней интегрировать системы-советчики в информационную среду энергообъединений.

3. Разработан транслятор с ограниченного естественного языка на язык реляционных баз данных стандарта SQL. Разработан оптимизатор запросов для выбранной структуры базы данных поддерживающей хранений базы знаний интеллектуальных систем на базе семантических сетей для локальных и корпоративных Баз данных, а также выработаны предложения по оптимизации производительности для них.

4. Реализованы и внедрены несколько проектов использующих инструментарий МИМИР-3 не только в области проработки ремонтных заявок, что показывает состоятельность и насущную необходимость предложенных методов.

Таким образом, подводя итог всей работе, можно утверждать, что поставленная цель по созданию для автоматизированной системы оперативного управления электроэнергетической системой по оперативному планированию ремонтов для оперативных служб энергообъединений достигнута.

Заключение

1. Попов Э.В. Экспертные системы. - М:, Наука, 1987

2. Поспелов Д.А. Моделирование рассуждений М: Радио и связь, 1989

3. Ю.Я. Любарский. Интеллектуальные информационные системы. М.: Наука, 1990.

4. Дж. Р.Грофф Энциклопедия SQL Питер Пресс; Киев: BHV: 2003 год

5. К. Дж. Дейт Введение в системы баз данных, 7-е издание -Москва -Санкт-Петербург -Киев : Вильяме 2001

6. Дьяков А.Ф., Любарский Ю.Я., Моржин Ю.И., Орнов В.Г., Семенов В.А., Цветков Е.В. Интеллектуальные системы для оперативного управления в энергообъединениях. М.: Издательство МЭИ, 1995.

7. Баринов В.А., Гамм А.З., Кучеров Ю.Н., Орнов В.Г., Руденко Ю.Н., Семенов В.А., Тимофеев В.А., Тихонов Ю.А., Цветков Е.В. Автоматизация диспетчерского управления в электроэнергетике. М.: Издательство МЭИ, 2000.

8. Войтов О.Н., Воронин В.Н., Гамм А.З. Автоматизированная система оперативно-диспетчерского управления электроэнергетическими системами. Новосибирск: Наука, 1986.

9. Дьяков А.Ф., Окин А.А, Семенов В.А. Диспетчерское управление мощными энергообъединениями. М.: Издательство МЭИ, 1996.

10. Инновации в энергетических технологиях / Под ред. O.A. Терешко. М.: ИПКгосслужбы. ВИПКэнерго. 2002.

11. Кучеров Ю.Н. Применение методологии искусственного интеллекта для моделирования ЭЭС // Проблема разработки и внедрения экспертных систем: Материалы Всесоюзной конференции М., 1989.

12. Буковников Ю.В. Принципы построения новой версии инструментальной оболочки экспертных систем, ориентированных на задачи АСДУ энергосистемами. // Материалы второй научно технической конференции молодых специалистов электроэнергетики

13. Любарский Ю.Я. Выразительные возможности языка диалога в автоматизированных системах диспетчерского управления // Известия АН. Техническая кибернетика. 1982. №5. С. 154-165.

14. Любарский Ю.Я. Представление знаний об объекте управления в диспетчерских информационных системах // Программирование. 1978. №1. С. 4150.

15. Любарский Ю.Я., Гикинская А.Е. Принципы построения экспертной системы диспетчерского экспресс-анализа ситуации в электросети. М.: НЦ ЭНАС, 2004.

16. Любарский Ю.Я., Горбунова Л.М., Буковников Ю.М. Экспертная система-консультант по проработке ремонтных заявок в оперативных службах энергообъединений // Управление режимами единой энергосистемы России. М.: НЦ ЭНАС, 2002.

17. Любарский Ю.Я., Моржин Ю.И. Отечественные оперативно-информационные комплексы АСДУ энергосистемами // Электрические станции. 2001. №12.

18. Ю.Любарский Ю.Я., Орнов В.Г. Диалоговые системы в диспетчерском управлении энергообъединениями. М.: Энергоатомиздат, 1987.

19. Любарский Ю.Я., Портной М.Г., Рабинович P.C. Экспертная система оперативного рассмотрения ремонтных заявок для АСДУ энергообъединениями // Электричество. 1991. №2. С. 22-28.

20. Митюшкин К.Г., Орнов В.Г. Сети сбора информации на базе микропроцессоров. Обзорная информация. М.: Информэнерго, 1985.

21. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации (РД 34.20.501-95). М.: СПО ОРГРЭС, 1996.

22. Сипачева О.В. Разработка алгоритмов автоматизированного формирования последовательности оперативных переключений в РЭС: Дис. к.т.н. М.: 1998.

23. Типовая инструкция по переключениям в электроустановках. М.: СПО Союзтехэнерго, 1985.

24. Управление режимами Единой энергосистемы России / Под ред. В.И. Решетова. М.: НЦ ЭНАС, 2002.

25. Richard D. Christie, Ivar Wangensteen. The Energy Market in Norway and Sweden: the Spot and Futures Markets // IEEE Power Engineering Review 1998.

26. Palermo P.J.,Bulley R.A.,Woodward T.R. The effects of coordinated operation on energy exchanges, system operation and operation and data exchange requirements: a comparison of methods used in the USA//CIGRE 1992.

27. Phill Pletham Experts Speculate on Blackout Causes and Possible Remedies // Electricity Today June, 2003.

28. BlackOut 03 System Configuration // ISO New York independent system operator 27 August, 2003.

29. American SuperConductor Corporation. Annual Report april, 2003

30. The changing Structure of the Electric Power Industry: an Update EIA Energy Information Administration, 1996. USA.