Архитектура Экспертной Системы Диагностики Неисправностей для Защиты Энергетических Установок
C.C. Kontogiannis Ph.D. student A.N.Safacas Professor Dr.Ing.
Electromechanical Energy Conversion Laboratory Dept. of Electrical & Computer Engineering University of Patras
Источник: ICEM-2002. Old St. Jan Conference Center, Brugge, Belgium, Conference Record N 9.
Эта статья описывает базовую архитектуру "HELMOS", экспертная система основана на знаниях, которая применяется для диагностики неисправностей и детального мониторинга генераторов и распределительных подстанциях энергетических установок.
Работа каждого рубильника и выключателя записывается в цифровом регистраторе (DFR) дефекта станции. Все текущие значения напряжения измеряются установленными трансформаторами тока и напряжения соответственно. Эти сигналы поступают на имеющуюся вычислительную систему и впоследствии используются для оценки состояния генератора и подстанции.
Оцененное состояние сравнивается с измеренным для того, чтобы обнаружить любой дефект, который мог бы указать на возникновение аварийной ситуации. Сложный алгоритм выполняется в течение цикла сканирования программы, объединяющего сохраненное знание опытного оператора. Умно разработанная система мониторинга представляет выбранную информацию в диспетчерской, что помогает даже не очень хорошо обученному персоналу распознать сигналы, свидетельствующие об аварийной ситуации в любой момент, когда они появляются.
1.ВВЕДЕНИЕ
Программы искусственного интеллекта (AI) разрабатываются и используются в информатике, с первых дней возникновения цифровых компьютеров. Хотя только в течение последних двух десятилетий промышленность воспользовалась преимуществом тех специальных особенностей, которые делают искусственный интеллект таким уникальным в моделировании и изображении знания, также как и имитации хода мыслей человека. Непрерывное развитие вычислительной техники и низкая стоимость современных микропроцессоров, с одной стороны, и инструментальных программных средств, недавно разработанных, с другой стороны, привели к значительному расширению приложений искусственного интеллекта в области электрических энергетических систем и электроники.
Экспертные системы среди других - это самая популярная техника искусственного интеллекта в промышленности. Согласно работающей группе D10 подкомиссии [1] по защите линии электропередач, экспертная система (ES) - это компьютерная программа, которая использует знание и процедуры вывода, чтобы разрешить проблемы, которые обычно решаются с помощью человеческого опыта. Главными компонентами ES являются: а) двигатель вывода, b) база данных, c) пользовательский интерфейс. Экспертная система включает в себя управляющий вид программирования. Они в настоящий момент используются во многих приложениях в области энергетических систем и электронике. Несколько систем для краткосрочного или долгосрочного прогнозирования нагрузки были уже введены, основываясь на технологии ES [2],[3]. Интеллектуальная SCADA и автономные учебные системы для неопытных операторов - это другое приложение, где часто используются ES [4],[5]. Все эти независимые приложения, тем не менее, не критические для энергетической ошибкоустойчивости и стабильности электроэнергетической системы. Все больше и больше приложений в настоящее время использует экспертная система для мониторинга и/или управления в реальном времени, и оказалось, что искусственный интеллект является общей практикой в промышленной автоматике. Относительно категории мониторинга и контроля в реальном времени, много приложений было уже предложено, сосредоточиваясь большей частью на мнении топологии и диагностике неисправностей на распределительных подстанциях [6],[7],[8], и на диагностике неисправностей и для сетей [9] передачи.
Экспертные системы в основном имитируют проблему, решающую поведение экспертов, используя знание проблемной области, приобретенное через интерактивный опрос в течение этапа приобретения знаний. Экспертная система, основанная на знаниях, как она была упомянута, выходит за пределы своих функций в том смысле, что она обогащает стратегию решения проблем методами, которые обычно не используются человеком [1]. Предложенная система разрабатывается для защиты генераторов и распределительных подстанций на ЭС. Особенно в слабых связывающихся энергетических системах, действие установок с установленной мощностью может иметь большую важность для стабильности и эффективности целой системы. Неуправляемый дефект может иметь существенное влияние на проблему обеспечения энергией значительной сети электропередачи. Кроме этого, повреждение на генераторе, привело бы к финансовым расходам. Однако, о таких неуправляемых дефектах уже сообщалось в прошлом и это может привести даже к человеческим жертвам. Система разрабатывается, чтобы немедленно определить и сообщить об аварийных ситуациях, которые могут быть связаны с поломкой механического или электрического отказа оборудования, или поломками электронного оборудования, или даже ошибки, которые могут допускаться человеком.
2. ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ
Распределяющие подстанции - это точки, связывающие ЭС с электрической сетью. Состояние всех компонентов (автоматические выключатели, разъединители, реле защиты, и т.п.) подстанции контролируется и записывается цифровым регистраторам (DFR) Дефекта, в то время как электрические значения каждого автоматического выключателя, шины, трансформатора и генератор измеряются установленными трансформаторами тока и напряжения. С точки зрения оператора аварийная ситуация возникает, когда контролируемое значение превышает заранее определенный верхний или нижний уровень, активизируя аварийную световую и звуковую сигнализацию на панели управления. Опытный оператор управлял бы этой ситуацией, прежде всего, проверив показания панели управления, пробуя определить местоположение поломки, согласно теоретическому состоянию оборудования и значению тока в точках измерения. Эта процедура может занять некоторое время особенно, когда операторы находятся в стрессовой ситуации. С другой стороны, процесс вывода может быть самой сложной задачей, когда данные ввода или измерения неправильны. Например, раньше сообщалось о поломке очень сложной для диагностики, после взрыва на трансформаторе напряжения и когда обходной выключатель вышел из строя и привел к короткому замыканию, подавая на генератор несбалансированную нагрузку. В данном случае сообщили о неправильном положение переключателя, и оператор не мог легко обнаружить правильный путь тока.
Время между появлением дефекта и его распознаванием и восстановлением может быть критическим для оборудования и персональной безопасности.
 |
| Рис.1 - Основная диаграмма строения системы |
ЛИТЕРАТУРА
[1] Working Group D10 of the line Protection Subcommittee, Power System Relaying Committee:, "Potential applications of expert systems to power system protection", IEEE Transactions on Power Delivery, vol9, No2 April 1994.
[2] M.S Kandil-N.E.Hasanien, "Long-Term Load Forecasting for fast Developing utility using a knowledge based expert system", IEEE Transactions on Power Systems, vol7, No2, May 2002.
[3] D.J.Sobaj, J.H.Douglas, "A system engineering based approach for power market operations and monitoring", ISAP03 vol2,29-33, Lemnos August 2003.
[4] S.Islam-N.Chowdhury, "A case based windows graphic package for the education and training of power system restoration", IEEE Transactions on Power Systems, vol16, No2, May 2001.
[5] M.Negnevitsky "A knowledge based tutoring system for teaching fault analysis", IEEE Transactions on Power Systems, vol13, No1, May 1998.
[6] M.Kezunovic, Z.Ren-D.R.Sevcik, J.Lucey "An expert system for automated analysis of circuit breaker operation", ISAP03, Lemnos August 2003.
[7] H.Lee, B.AhnY.Park "A fault diagnosis expert system for distribution substations", IEEE Transactions on Power Systems, vol15, No1,January 2000.
[8] H.Lee, D.Park, B.shin, Y.Park, J.Park, S.Venkata "A fuzzy expert system for the integrated fault diagnosis" IEEE Transactions on Power Delivery, vol5, No2 April 2000.
[9] E.Styvaktakis, M.Bollen, I.Gu "Expert system for classification and analysis of power system events", IEEE Transactions on Power Delivery, vol7, No2 April 2002.
[10] Y.Liu, N.Schulz, "Knowledge based system for distribution system outage locating using comprehensive information", IEEE Transactions on Power Systems, vol17, No2,May 2002.
[11] J.Tan, P.Crossley, D.Kirschen, J.Goody-J.Downes: "An expert system for the backup protection of a transmission network", IEEE Transactions on Power Delivery, vol5, No2 April 2000.
[12] J.Tan, P.Crossley, P.McLaren, I.hall, J.Farrell, P.Gale:"Sequential tripping strategy for a transmission network backup protection expert system", IEEE Transactions on Power Delivery, vol17, No1 Jan 2002.
[13] J.Tan, P.Crossley, P.McLaren, I.hal, -J.Farrell, P.Gale, "Application of a wide area backup protection expert system to prevent cascading outages" , IEEE Transactions on Power Delivery, vol17, No1 Jan 2002.