ЭКСПЕРТНЫЕ СИСТЕМЫ-СОВЕТЧИКИ ДЛЯ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ В ЭЭС
1 ЭКСПЕРТНЫЕ СИСТЕМЫ-СОВЕТЧИКИ ДЛЯ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ В ЭЭС Ю.Я. Любарский, Ю.В. Быковников, А.Е. Гикинская Постановка задачи. Спектр решений по управлению в энергосистемах, которые должен принимать оперативный персонал, весьма широк. В данной работе выделяется класс оперативных решений, относящихся к текущему состоянию электросети. К этому классу относятся следующие типы решений: мониторинг текущего состояния оборудования энергосистем на основе онлайнового анализа топологии электросети и сопоставления результатов этого анализа с информацией по действующим (открытым) заявкам на вывод в ремонт элементов оборудования; принятие решений по выводу в ремонт (отключению) элементов оборудования; практически эти решения связаны с оперативной проработкой ремонтных заявок, которая включает выявление условий разрешения заявок, «развязывание» конфликтов между заявками и т.п.; онлайновая диагностика нештатных (в том числе аварийных) ситуаций в электросети и выработка планов мероприятий по устранению этих ситуаций. Перечисленные выше типы оперативных решений характеризуются актуальностью, высокой трудоемкостью для персонала, который должен принимать их в условиях дефицита времени, при неполной оперативной информации, оперируя большими объемами нормативной информации. Последствия почти неизбежных в таких условиях «человеческих» ошибок могут быть весьма тяжелыми. Поэтому необходима разработка компьютерных информационных систем поддержки оперативных решений по управлению в энергосистемах, которые, работая в режиме диалога с персоналом, обеспечат разгрузку персонала и предотвратят ошибочные решения. В настоящее время не существует «традиционных» (основанных на формальных аналитических моделях) методов решения перечисленных выше задач. Наряду с этим имеется практический опыт высококвалифицированного оперативного персонала по решению задач; данный опыт может быть преобразован в систему эвристических правил. Сочетание подобных условий является классическим показанием для использования технологии экспертных систем для создания информационных систем поддержки оперативных решений. Успешность использования такой технологии в значительной степени определяется наличием у разработчиков инструментальных экспертных систем (экспертных систем-оболочек), ориентированных на решение данного класса задач, а также наличием в составе коллектива разработчиков «инженеров по знаниям». В рассматриваемой работе указанные предпосылки полностью выполняются: в лаборатории экспертных систем ВНИИЭ разработана инструментальная экспертная система МИ- МИР, ориентированная на энергетические информационные задачи. Эта система многократно использовалась для построения на ее базе прикладных экспертных систем поддержки принятия оперативных решений. В состав работ по созданию и внедрению информационных экспертных систем поддержки принятия решений по управлению в электросетях вошли системы для решения всех перечисленных типов задач. Существенно, что речь идет о комплексном решении этих задач. В частности, состояние оборудования, определяемое на основе онлайнового топологического анализа электросети, сопоставляется с состоянием оборудования, определяемым на основе информации по ремонтным заявкам. Такое сопостав- 146
2 ление, помимо достоверизации информации о состоянии оборудования, позволяет выделить нештатные ситуации в электросети для их дальнейшего анализа (выявление причин нештатного отключения оборудования). При нештатном отключении оборудования экспертная система обеспечит автоматическое открытие и проработку аварийной заявки на соответствующий элемент оборудования (при этом может быть скорректирован план штатных отключений). Кроме того, информация об открытых ремонтных заявках позволяет устранить неполноту оперативной информации о состояниях коммутационных аппаратов в электросетях (в частности, учет перевода присоединений в сетях кв на резервные системы шин, учет включения «ремонтных перемычек», учет перевода присоединений на питание через обходные выключатели и др.). Тем самым, обеспечивается достоверная исходная информация для топологического анализа электросети даже при неполноте телесигнализаций (что, к сожалению, характерно для отечественных электросетей). 1. Мониторинг состояния оборудования Экспертная система, осуществляющая мониторинг состояния оборудования, выполняет следующие функции: онлайновый анализ топологии электросети; автоматическая коррекция топологической модели сети на основе информации об открытых заявках; комплексный контроль состояния оборудования. Ниже кратко рассматривается каждая из этих функций Онлайновый анализ топологии электросети Исходная оперативная информация: телесигнализации состояний коммутационных аппаратов (в частности, выключателей) электросети, нормативная информация оперативные схемы подстанций электросети (на основе этой информации экспертная система формирует топологическую модель), система правил топологического анализа. Результат выполнения функции: определение и фиксация сетевых событий (отключения ВЛ и силовых трансформаторов, снятие напряжения с ВЛ и систем шин, разрыв транзитных связей, отделение участков электросети, разделение схем подстанций и др. события). Представление результатов: для пользователя результаты анализа топологии представляются в виде текстового Журнала сетевых событий (для каждого события фиксируется время, тип события, наименования энергообъекта и оборудования); кроме того, формируется Набор признаков для отображения результатов анализа топологии на схемах сети и подстанций Коррекция топологической модели Исходная информация: информация об открытых заявках, телесигнализации, топологическая модель электросети, система правил коррекции топологической модели. Результат выполнения функции: скорректированная топологическая модель, используемая при топологическом анализе, Набор признаков для отображения схем подстанций (выполнение функции компенсирует неполноту телесигнализаций) Комплексный контроль состояния оборудования Исходная информация: результаты анализа топологии, информация об открытых заявках. Результат выполнения функции: текстовый Журнал нештатных событий, набор признаков состояния оборудования; пользователь (при соответствующих правах) должен иметь возможность подтверждения выявленных системой нештатных событий (по- 147
3 сле такого подтверждения будет осуществляться дальнейший анализ нештатных событий) Общая структура экспертной системы мониторинга состояния оборудования В состав экспертной системы входят следующие функциональные модули: база знаний БЗ (разделы БЗ - База оборудования, База заявок, База схем); набор «сценариев», реализующих правила экспертной системы; набор сервисных сценариев для обеспечения контроля функционирования экспертной системы, а также контроль и коррекцию содержимого БЗ Апробация Экспертная система для онлайнового топологического анализа прошла успешную апробацию в ОДУ средней Волги (принята в опытную эксплуатацию), осуществляется разработка аналогичной системы для Мосэнерго. 2. Советчик по выводу в ремонт оборудования Экспертная система, осуществляющая информационную поддержку решений по отключению элементов оборудования, выполняет следующие основные функции: автоматическая «режимная» проработка ремонтных заявок на вывод элементов электротехнического и коммутационного оборудования; автоматическая «релейная» проработка заявок на электротехническое оборудование и устройства релейной защиты; автоматический учет нештатных отключений оборудования. Ниже кратко рассматривается каждая из этих функций Автоматическая «режимная» проработка ремонтных заявок Исходная информация: оперативная информация множество заявок (как нерассмотренных, так и разрешенных и открытых), нормативная информация оперативные схемы подстанций электросети, данные по контрольным сечениям, режимные инструкции, система правил режимной проработки заявок. Результат выполнения функции: рекомендации по решению (отказать, перенести, разрешить) с обоснованием для пользователей предлагаемого решения (в частности, при «конфликтах» между заявками) и условиями разрешения заявок (режимные ограничения на время заявки и на время коммутаций) и списками оборудования, теряемого при разрешении заявки (в том числе и при возможных коротких замыканиях при коммутациях, выполнение которых необходимо для реализации заявки). Решения и определенные системой режимные условия автоматически вносятся в Базу заявок Автоматическая «релейная» проработка заявок Исходная информация: оперативная информация множество заявок (как нерассмотренных, так и разрешенных и открытых), нормативная информация данные о размещении и типах устройств релейной защиты, «релейные» инструкции, система правил релейной проработки заявок. Результат выполнения функции: рекомендации по решению (отказать, перенести, разрешить) с обоснованием для пользователей предлагаемого решения (в частности, при «конфликтах» между заявками) и «релейными» условиями разрешения заявок. Решения и определенные системой релейные условия автоматически вносятся в Базу заявок Автоматический учет нештатных отключений Исходная информация: нештатные отключения, фиксируемые функцией Мониторинга состояния оборудования (см. раздел 4 настоящей Записки). Результат выполнения функции: автоматическое формирование аварийных заявок на нештатно отключенное оборудование и инициирование проработки этих заявок функциями режимной и 148
4 релейной проработки заявок (разделы 5.1 и 5.3). После подтверждения пользователем эти аварийные заявки автоматически прорабатываются. При этом могут возникнуть конфликты с разрешенными плановыми заявками, которые «развязываются» в пользу аварийных заявок, как более приоритетных; таким образом, нештатные отключения изменяют последовательность плановых отключений Общая структура экспертной системы-советчика по выводу оборудования В состав экспертной системы входят следующие функциональные модули: база знаний БЗ (разделы БЗ - База оборудования, База заявок, База устройств релейной защиты, База схем, База устройств противоаварийной автоматики, База режимных инструкций, База релейных инструкций); набор «сценариев», реализующих правила экспертной системы; набор сервисных сценариев для обеспечения контроля функционирования экспертной системы, а также контроль и коррекцию содержимого БЗ Апробация Экспертная система по режимной проработке заявок (ЭСОРЗ) постоянно эксплуатируется в ОДУ Центра (служба оптимизации электрических режимов), ведется работа по внедрению этой системы в СО-ЦДУ ЕЭС. Экспертная система по релейной проработке заявок (СЭЗАР) была успешно апробирована в службе релейной защиты Днепроэнерго. 3. Ситуационная диагностика Назначение этой экспертной системы информационная помощь персоналу, управляющему энергосистемами и сетевыми предприятиями, в оперативной диагностике обнаруженных при мониторинге изменений состояния оборудования. Диагностика нештатных ситуаций включат в себя: определение типа нештатных ситуаций (например, короткое замыкание в какомто элементе оборудования); выявление отказов коммутационных аппаратов и устройств РЗА в процессе развития нештатной ситуации с воссозданием ретроспективы процесса развития нештатной ситуации (последовательность срабатываний РЗА, коммутаций, отказов коммутационных аппаратов и РЗА); выработка плана ликвидации нештатной ситуации. Входной оперативной информацией для системы ситуационного анализа является: а) телесигнализации состояний коммутационных аппаратов (главным образом, выключателей); б) телесигнализации срабатываний устройств РЗА; в) данные о работе РЗА и переключениях, а также об изменениях электрических параметров, получаемые от микроэлектронных регистраторов событий, установленных на подстанциях. Характерным недостатком систем автоматизации отечественных энергосистем является существенная неполнота информации двух последних видов (телесигнализация состояний РЗА и регистраторы событий имеются только на небольшом числе подстанций). В практике управления отечественными электросетями информация о срабатываниях РЗА передается с подстанций по телефону, что замедляет анализ ситуаций и может приводить к «человеческим» ошибкам. Экспертная система, используя в качестве входной оперативной информации телесигнализацию выключателей, может автоматически производить анализ, определяя наиболее вероятные типы нештатных ситуаций. 149
5 3.1. Определение типа нештатных ситуаций Исходная информация: телесигнализации состояния выключателей; Нормативная информация: оперативные схемы подстанций, информация об РЗА, установленных на подстанциях (тип РЗА, блокировки, воздействия на выключатели, временные уставки), система правил оперативного анализа ситуации. Результат выполнения функции: протокол анализа ситуации текст, содержащий исходную информацию для анализируемой ситуации, возможные варианты диагностики (тип ситуации, отказы выключателей и РЗА) Воссоздание ретроспективы процесса Исходная и нормативная информация та же, что и в п Результат выполнения функции: пользователь выбирает вариант диагностики ситуации (см. п. 3.1), система генерирует текст ретроспективы развития ситуации: множество событий с указанием относительного (отсчитанного от начального «повреждения») времени события, тип события (срабатывание РЗА, переключение выключателя, отказ срабатывания выключателя, отказ РЗА) Выработка плана ликвидации нештатной ситуации На основе общей структуры инструкций по ликвидации аварий система автоматически вырабатывает план ликвидации конкретной нештатной ситуации, включающий необходимые действия с устройствами РЗА и необходимые переключения выключателей Общая структура экспертной системы по ситуационной диагностике В состав экспертной системы входят следующие функциональные модули: база знаний БЗ (разделы База оборудования, База устройств релейной защиты, База схем, База устройств противоаварийной автоматики); набор «сценариев», реализующих правила экспертной системы; набор сервисных сценариев для обеспечения контроля функционирования экспертной системы, а также контроль и коррекцию содержимого БЗ Апробация Экспертная система, выполняющая указанные выше функции, была успешно апробирована в одном из сетевых предприятий Мосэнерго. Заключение Рассмотренные выше экспертные системы для поддержки оперативных решений по управлению в энергосистемах рассчитаны на функционирование в специфических отечественных условиях при существенной неполноте оперативной информации (практически отсутствует оперативная информация о срабатываниях РЗА, существенна неполнота информации о состояниях отделителей и разъединителей на подстанциях). Именно поэтому в развитых странах нет систем, пригодных для решения рассмотренных задач в «наших» условиях. Универсальность разработанной ВНИИЭ инструментальной оболочки МИМИР позволяет рассчитывать на то, что после систем поддержки оперативных решений на базе этой оболочки в дальнейшем могут быть построены системы поддержки других типов решений (например, детальное планирование ремонтных операций с учетом ограниченности имеющихся ресурсов инструментов, ремонтных бригад и пр.). ЛИТЕРАТУРА 1. Кучерова О.М., Кучеров Ю.Н. Технология моделирования электрических режимов в принципиальных схемах сложных ЭЭС // Изв. Академии наук. Энергетика, С Филатов А.А. Обслуживание электрических подстанций оперативным персоналом. М.: Энергоатомиздат,
6 3. Любарский Ю.Я., Моржин Ю.И. Отечественные оперативно-информационные комплексы АСДУ энергосистемами // Электрические станции, С Любарский Ю.Я. Интеллектуальные информационные системы. М.: Наука, c. 5. Интеллектуальные информационные системы в управлении эксплуатацией электроэнергетического комплекса // В.Ф. Дьяков, Ю.Я. Любарский, Ю.И. Моржин и др. М.: МЭИ, Любарский Ю.Я., Скородумова Н.В. Интеллектуальная система советчик диспетчера ПЭС по анализу нештатных ситуаций в электрической сети // Вестник ВНИИЭ-97. М.: ЭНАС, Об авторах. Любарский Юрий Яковлевич, 1938 г.р. В 1961 г. окончил Московский энергетический институт. В 1997 г. защитил докторскую диссертацию. С 1961 г. работает в ОАО ВНИИЭ. Имеет четыре опубликованные монографии. Заведующий лабораторией экспертных систем для энергетики. Область научных интересов экспертные системы, диспетчерское управление энергообъединениями. Гикинская Александра Евгеньевна, 1977 г.р. В 1999 г. окончила Амурский государственный университет. Научный сотрудник ОАО ВНИИЭ. Область научных интересов экспертные системы, диспетчерское управление энергообъединениями. Быковников Юрий Владимирович, 1980 г.р. В 2001 г. окончил Московский государственный университет. Научный сотрудник ОАО ВНИИЭ. Область научных интересов экспертные системы, диспетчерское управление энергообъединениями. 151