RUS | ENG ||
ДонНТУ>
Портал магістрів ДонНТУ
Шатковський Сергій Валерійович
Факультет: Електротехнічний
Кафедра електричних систем
Спеціальність «Електричні системи і мережі»
Тема випускної роботи: «Експертна система діагностування блоків теплових електричних станцій»
Керівник: Заболотний Іван Петровмч
Консультант: Гришанов Сергій Олександрович
Про автора
Реферат з теми випускної роботи
Вступ
Сучасні енергетичні об'єкти – досить складні і дорогі комплекси. Підвищення експлуатаційної надійності таких комплексів нерозривно зв'язано з розробкою сучасних засобів і систем технічного діагностування [1–2].
Аналіз сучасного стану діагностичного забезпечення в електроенергетиці України дозволяє відзначити ряд проблем, що стримують його розвиток. Ці проблеми зв'язані як з методологічним і апаратним забезпеченням, так і алгоритмічно–програмним забезпеченням. Так документами по експлуатації устаткування регламентований ряд заходів для визначення його технічного стану. Однак у більшості випадків вони не розроблялися як єдина система з чіткими взаємозалежними окремими операціями, спрямованими на формування діагностичних висновків і рішень.
Навіть нове електроенергетичне обладнання, що вводиться в експлуатацію, недостатньо оснащується засобами технічного контролю. Існуючі ж засоби не є в строгому сенсі системами діагностики, оскільки їхня основна функція полягає у вимірі, первинній обробці і відображенні окремих параметрів. Діагностичний висновок дається персоналом.
В існуючій схемі обробки інформації відсутня можливість усебічного кількісного аналізу причин зниження надійності, з одного боку, і оцінки внеску різних факторів у її підвищення – з іншої [3–11].
Найбільш важливим результатом застосування експертних систем на електростанціях є можливість скорочення витрат на виробництво електроенергії. З цією метою розроблялися і найперші експертні системи для енергетики. Це стало можливим після створення інформаційних технологій.
В останні роки все чіткіше виявляються основні розходження між системами керування і контролю складного енергетичного обладнання і системами їхньої діагностики.
Досвід застосування експертних систем показав, що найбільшу ефективність вони можуть принести в тих випадках, коли використовують оперативну інформацію в процесі роботи обладнання й інтегровані в автоматизовану систему керування ТЕС [12].
Мета і задачі роботи
Метою роботи є удосконалювання інструментальної оболонки і баз знань експертної системи діагностики стану електрообладнання блоків ТЕС у виді комплексу програм і створення прикладних експертних систем.
Актуальність та научна новизна
Експертні системи діагностики різноманітного обладнання достатньо широко поширені в різних сферах діяльності, в тому числі і в електротехніці.
Основна кількість таких систем проводить звичайний моніторинг, а інші можуть видати інформацію не тільки про об’єкти що контролюються, а ще й констатують те чі інше пошкодження.
Новизна експертної системи турбогенератора, яку ми розробляємо і вдосконалюємо в тому, що окрім перечислених вище особливостей вона має ще одну сутечу перевагу, яка складається в видачі користувачеві не тільки результатів моніторингу і факту несправності чи ненормальності режиму роботи, а ще і варіантів вирішення проблемної ситуації. Це дає диспетчерові електростанції додаткову підтримку в прийнятті рішень щодо виконання оперативних дій.
Також ця експертна система може працювати в режимі симулятора, що є дуже важливим, так як її можна використовувати для тренувань персоналу, для чого в базу даних експертної системи заносяться різноманітні ситуації, що потім моделюються.
Огляд розробок по данній темі
Розробки по даній темі ведуться на кафедрі ЕСИС ДонНТУ. Також на кафедрі виконана магістерська робота Пушного В.И. «Моделювання експертних систем діагностики і управління режимами роботи електричних систем», в якій представлені алгоритми розбору ситуацій і механізм структуризації бази знань
Розробка експертних систем для енергетики активно ведеться як в Україні так і за кордоном. В США та ЄС такі системи вже давно працюють на енергетичних підприємствах, але оримати інформацію по ним в данний момент складно. Це зв`язано з тим, що розробники не дають інформації по принципам побудови своїх експертних систем, а це не дає в повній мірі оцінити їх гідності і недоліки.
Огляд роботи експертної системи
Структурна схема експертної системи
На рисунку 1 наведена загальна структура експертної системи оцінки стану турбогенератора. Розроблена система відповідає вимогам, що пропонуються до архітектури експертних систем.
Користувач взаємодіє з експертною системою через інтерфейс користувача. Цей інтерфейс являє собою систему меню, кнопок керування і графічних зображень. Правила роботи з інтерфейсом відповідають прийомам роботи в операційній системі Windows.
Блок, що визначає пошкодження, складається з двох частин: планувальника завдань і логічного виводу рішення (ухвалення рішення). За допомогою планувальника завдань здійснюється обґрунтування стратегії рішення задачі. Вибір стратегії ухвалень рішення здійснюється на основі аналізу описів зв'язку ситуацій, що описують причинно–наслідкові залежності.
Блок відображення необхідний для виводу результатів рішення на екран дисплея. Для кращого сприйняття результатів використовуються структурні схеми, що відбивають конструкцію об'єкта і допоміжних систем.
Рисунок 1 – Загальна структура експертної системи оцінки стану обладнання
Згідно рис. 1 випливає, що експертна система дозволяє не тільки одержати рішення на основі порівняння фактів їхньої бази фактів і правил з бази знань, не тільки відобразити рішення, але й дати пояснення, чому прийняте таке рішення.
Інформаційна модель експертної системи являє собою бази фактів, даних, знань.
База даних є частиною бази даних автоматизованої системи керування локальними об'єктами електроенергетичної системи. У базі даних реалізована реляційна модель даних. База даних експертної системи містить ту інформацію про об'єкт і його допоміжні системи, що необхідна в процесі ухвалення рішення при аналізі ненормальної ситуації. До такої інформації відносяться нормативні дані по експлуатації об'єкта – граничні значення.
Джерелами інформації для бази фактів є система збору інформації від установлених датчиків чи результатів іспитів устаткування.
База знань поділяється на два рівні. Нижній рівень являє собою набори продуційних правил, а верхній рівень – опис причинно–наслідкових ситуацій.
Ці описи є логічною схемою протікання визначених порушень роботи об'єкта й систем, що забезпечують його роботу. Взаємодія персоналу з інформаційною моделлю здійснюється через відповідні інтерфейси.
Ведення бази знань зв'язано з використанням таблиць рішень, ідентифікаторів, що описують датчики, табло, реле–покажчикив. Підтримка цілісності бази знань, підвищення ефективності керування базою знань, зниження імовірності внесення помилки персоналом є необхідними вимогами до роботи інтерфейсу.
ЕС діагностики стану генератора може працювати як вузол локальної обчислювальної мережі, так і в складі автоматизованого робочого місця (АРМ) начальника зміни електростанції. ЕС може функціонувати в двох режимах: автоматичному режимі і режимі «оперативного контролю».
В автоматичному режимі ПЕОМ постійно включена з метою контролю генерації електроенергії. У цьому режимі програмне забезпечення керує процесом передачі даних від системи збору інформації, контролює справність каналів виміру, виявляє відхилення контрольованих параметрів за граничні значення, виконує пошук причин аварійних відхилень, порівнюючи поточну інформацію з правилами, укладеними в БЗ, формує рекомендації персоналу. ЭС використовує інформацію від 60 датчиків, встановлених у різних вузлах турбогенератора.
Можуть використовуватися два види екрана дисплея в залежності від системи збору інформації, що використовується (рис. 2, 3).
При перевищенні параметром значення уставки на екрані дисплея зображення датчика змінює колір і запускається ЭС для аналізу ситуації.
Якщо не забезпечений режим автоматичного введення інформації в ПЕОМ, то оперативний персонал може вибрати з меню задач експертної системи потрібне меню і ввести відповідну інформацію.
У режимі «оперативного контролю» забезпечується виконання наступних функцій: контроль поточного стану генератора і систем, що забезпечують; пошук причини відхилення параметрів за граничні значення.
Запускається підпрограма на виконання оперативним персоналом. За допомогою навантажувальної характеристики контролюється допустимість режиму (рис. 3). На екрані відображається діаграма потужності з оцінкою точки робочого режиму, значеннями параметрів режиму і меню для вибору підрежиму роботи ЕС.
Рисунок 2 – Екран при работі ЕС в автоматичному режимі (циклічна gif – анімація 9 кадрів, розмір 108 кб)
ЕС дозволяє визначати причини, що викликають зміну температури активних частин генератора, тиску водню в корпусі генератора, напруги на виводах генератора, струму статора і ротора, перепаду тиску «олія–водень» на ущільненнях генератора і т.д., та оцінювати динаміку зміни експлуатаційного стану агрегату.
Програмне забезпечення, що реалізує цю функцію, використовує методику й алгоритми інструментарію для створення експертної системи діагностики стану електроустаткування.
Рисунок 3 – Екран при работі ЕС в режимі оперативного контролю
Структура бази даних
Кожній таблиці рішень відповідає чотири файли бази знань (рис. 4).
Рисунок 4 – Схема бази знань експертної системи
У таблицях 1 і 2 описані структури запису відносин БЗ, що відповідають таблицям рішень.
Кількість записів у файлі «Умова» дорівнює числу полів – кодів умов, що містять значення логічних виражень умов, у файлі «Правила – дії – умови».
Кількість записів файлу «Дії» дорівнює кількості записів файлу «Правила – дії – умови».
Таблиця 3.1 – Структура запису відносини «Дії»
|
Поясненя для поля запису
|
Ім'я поля
|
Тип поля
|
Довжина
|
Точність
|
|
Код дії
|
K_D
|
C
|
2
|
|
|
Ознака дії
|
P_D
|
C
|
2
|
|
|
Причина дії
|
I_D
|
С
|
60
|
|
Таблиця 2 – Структура запису відносини «Умови»
|
Поясненя для поля запису
|
Ім'я поля
|
Тип поля
|
Довжина
|
Точність
|
|
Код умови
|
K_U
|
C
|
2
|
|
|
Логічне вираження(вміст умови)
|
S_U
|
C
|
65
|
|
Таблиця 3 – Структура запису відносини «Правила – дії – умови»
|
Поясненя для поля запису
|
Ім'я поля
|
Тип поля
|
Довжина
|
Точність
|
|
Код правила
|
Pr
|
C
|
2
|
|
|
Код умови 1
|
U1
|
C
|
2
|
|
|
Код умови 2
|
U2
|
C
|
2
|
|
|
............
|
|
|
|
|
|
Код умови n
|
Un
|
C
|
2
|
|
На рис. 5 показаний зв'язок відносин, що відповідають таблиці рішень.
Рисунок 5 – Схема зв’язків відносин бази знань
Розробка бази знань
На даний час розроблено таблиці рішень і файли бази знань для наступних ситуацій:
- Підвищення температури холодного водню.
- Зниження температури холодного водню.
- Збільшення струму статора генератора.
- Збільшення струму ротора генератора.
- Зниження перепаду тиску на ущільненнях.
- Підвищення перепаду тиску на ущільненнях.
- Зниження тиску олії на вході в регулятор.
- Несправність насосного агрегату.
- Відмова АВР.
- Підвищення температури активних частин генератора.
- Зниження тиску водню в корпусі генератора.
- Рідина в корпусі генератора.
- Несправність водневого охолодження.
- Підвищення напруги на виводах генератора.
- Зниження напруги на виводах генератора.
- Несправність тиристорного збудника.
- Несправність системи охолодження тиристорного збудника.
- Підвищення температури води, що прохолоджує тиристори.
- Зниження частоти.
- Обезживлення системи шин.
- Зникнення напруги на шинах власних потреб 6 кВ.
- Асинхронний режим генератора.
Висновки
Прикладна експертна система, що розроблюється, видає вірне розрішення ситуацій для яких розроблені таблиці рішень. Це дає можливість зробити висновок про її ефективну роботу.
Викорисання експертних систем в енергетиці – ефективний засіб для зменшення кількості оперативних помилок персоналу. Це пов'язно з деякою емоціональною розвантаженістю і підвищені впевненносі в діях, що виконються.
Отримані попередні результати досліджень і розробок говорять про велику практичну значимість таких систем, що без сумнівів є великим стимулом для подальшого вдосконалення, розширення можливостей і покращення зручності користування данним програмним продуктом
Література
- Стогний Б.С., Гуляев В.А., Кириленко А.В. и др. Интегрированные экспертные системы диагностирования в электроэнергетике – К.: Наук. думка, 1992. – 248с.
- Вазюлин М.В. Экспертные системы для анализа действий релейной защиты// Электричество.– 1993.– №6.– С. 1–8.
- Кириленко А.В., Буткевич А.Ф., Павловский В.В. Экспертные процедуры диагностирования при оперативном управлении электрическими сетями в аварийных ситуациях//Техн. Электродинамика.1995.– №1.– С. 66– 73.
- CORA: An Expert System for Verification Relay Protection System//Personal Communication with Westinghouse Electric Corporations Productivuty and Quality Center, 1985. – 66p.
- Fukui C., Kawakami J. An expert system for fault section estimation using information from protective relays and circuit breakers/ IEEE Trans. on Power Delivery, Vol.1 No.4, 1986.
- Fujiwara R., Sakaguchi T., Kohno Y., et al. An intelligent load flow engine for power system planing/ IEEE Trans. on Power Systems, Vol.1, No.3, 1986.
- Hotta K., Nomura H., Takemoto H. Implementation of a real–time expert system for a restoration guide in a dispatching center/ IEEE Trans. on Power Systems, Vol.5, No.3, 1990.
- Hsu Y., Ho K., Liang C. et al. Voltage control using a combined linear programming and rule-based approach/ IEEE Trans. on Power Systems, Vol.1, No.3, 1996.
- Kimura T., Nishimatsu S., Ueki Y., Fukuyama Y. Development of an expert system for estimating fault section in control center based on protective system simulation/ IEEE Trans. on Power Delivery, Vol.7 No.1, 1992.
- Knowledge–based systems in distributed control. /Zinser, Klaus ,Welsang, Claus//Mod. Power Syst. –1990,Suppl. – C. 63, 65, 67
- Ekspertni sustav za odretivanje rasporeda remonta agregata elektroenergetskog sustava. /Fustar, Stipe//Energija. –1991. – т. 40,N 2.–C. 65–75.
- Thompson N., Goffman M. Tu Electric experience with onlіne generator monitiring and diagnostics. – Proceeding of the American Power Conference, 1988, 50, 468–471.
При написанні даного автореферату магістерська робота не закінчена. Остаточний варіант роботи можна отримати у автора або наукового керівника після грудня 2010 року.
Про автора