Введение к работе
Актуальность проблемы. Кардинальное обновление компьютерной техники и программных продуктов, даёт возможность существенно изменить подход к разработке сопровождающих систем советчиков- и решателей для диспетчеров электроэнергетических систем и электрических сетей. Появилась реальная возможность доведения формальных моделей этой предметной области до реализации в виде экспертных систем (ЭкС), которые могут не только разгрузить диспетчера от удержания в голове и переработке большого количества информации, но и выступить в качестве квалифицированного советчика или заместителя (эксперта).
Передача ряда функций управления машине позволит ускорить процесс принятия решения, освободить персонал от рутинной работы, избежать ошибок при изменениях коммутационного состояния сети.
Большинство существующих специализированных систем, предназначенных для решения задач анализа и перекоммутаций электрической сети (ЭС), разработаны либо как алгоритмически жёсткие программы, либо с использованием простых продукционных правил на основе специально создаваемой базы знаний, что не позволяет считать их в полной мере экспертными, поскольку в них интеллектуальные процессы (ИП) не выделены в отдельную категорию и не предложены способы их реализации.
Не учёт или не способность моделирования ИП относительно предметной области (в частности области оперативных переключений в электрической сети), лишает такие системы главного качества ЭкС, как систем с формальным способом представления, накопления знаний и оперирования с ними, это декларативности. В результате они оказываются не способными эффективно адаптироваться к многообразию видов сети и условий их эксплуатации. Необходимость обучения и адаптации к конкретным условиям вынуждает разработчиков вносить изменения или полностью, перерабатывать алгоритмы на уровне программирования.
Кроме того, разработке и применению формальных методов описания деятельности диспетчера оперативных переключений (ОП), мешало то, что большинство разработчиков концентрировали свои усилия на автоматизации конечной стадии процесса перекоммутации сети (составлении бланков оперативных переключений), не рассматривая его, как единый технологический процесс, состоящий из анализа коммутационного состояния (КС), синтеза рапорта о состоянии сети, принятия решения о характере изменения состояния сети, разработки алгоритмов его реализации (формирования бланков переключений).
Ситуацию усложняет и то, что не предложено единого подхода к построению уровневой структурной модели ЭС. В разных работах разработчики по-разному выделяют уровни сети, полагаясь только на частные решения, а не на создание моделей и введение понятий, инвариантных для сетей любого уровня напряжений, любой сложности и конфигурации.
Всё это делает актуальным выбор направления данной работы на разработку общего формального подхода представления деятельности предметной области, который должен лечь в основу работы разрабатываемых ЭкС анализа и изменения коммутационного состояния электрических сетей.
Цель работы состоит в разработке нового подхода к созданию экспертных систем, основанного на моделировании необходимых для этого интеллектуальных процессов, обоснованным распределением функций между человеком и машиной, и его реализации применительно к анализу состояния и перекоммутации электрических сетей.
Для достижения сформулированной цели ставились и решались следующие задачи:
описание интеллектуальной деятельности оперативно диспетчерского персонала по анализу и перекоммутации электрических сетей и её структуризация для последующего моделирования;
наполнение содержанием и моделирование каждого процесса в отдельности применительно к заданной предметной области;
- формализация анализа КС, с представлением его результатов (анали
за) в требуемых профессиональных формах;
формализация логики последовательности действий при переключениях в первичной и вторичной цепях, как в виде базы знаний, так и оперирования с ними с помощью моделей ИП;
разработка базы знаний (БЗ) ЭкС на основе формального представления знаний, обусловленного предложенным в работе подходом;
реализация ЭкС на персональном компьютере (PC) с разработкой графического интерфейса, базы данных и базы знаний.
Методология и методы исследования. Основу методологии работы составляет системный подход с его структурными моделями объектов - функциональной и генетической (в смысле выявления простейшей структуры и разворачивания её в более сложные).
В работе применены методы теории графов, множеств, формальной математической и символьной логики (исчисление предикатов первого порядка, дерево ветвлений).
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Формализована предметная область (анализ и перекоммутации в электрической сети) с выделением процессов, моделирующих интеллектуальную деятельность диспетчера при принятии решения, структуры данных и знаний.
-
Предложены модели базовых для ЭкС интеллектуальных процессов с их реализацией.
-
Предложены иерархические модели базовых знаний о состоянии электрических сетей и правилах оперирования при перекоммутациях. Иерархия задаётся уровнями общности знаний. Интерпретатор ЭкС обеспечивает их использование при анализе коммутационного состояния сети и разработке программ действий по его изменению.
4. Разработаны оригинальные методы и вычислительные процедуры
структурного анализа коммутационного состояния электрических сетей: 1)
топологического эквивалентирования для проверки критерия /г-/, 2) волново-
го метода для определения шунтирующих маршрутов, и 3) проверки связности сети.
Достоверность результатов и выводов диссертационной работы обоснована корректным использованием формальных методов структурного анализа и синтеза, положительными экспертными оценками получаемых на их основе результатов, тестированием работоспособности программного комплекса на реальных объектах электрических сетей.
Практическая ценность работы. Применение предложенного подхода к формализации логической основы производства переключений в ЭС позволило разработать ЭкС, обладающую инвариантными свойствами по отношению к сетям разных уровней и сложности.
ЭкС наделена одним из главных свойств, которое должно быть присуще любой ЭкС - декларативность ("открытость", обучаемость, доступность).
Применение таких систем в технологии ОП освободит диспетчера от рутинной работы и сократит количество допускаемых ошибок.
Кроме того, они могут быть использованы в обучающих системах - тренажёрах оперативных переключений (ТОП).
Реализация результатов. Разработанные в диссертации методы и алгоритмы легли в основу программного комплекса автоматизированного рабочего места (АРМ) "Коммутационное состояние и переключения в электрической сети", внедрённого по договору с ЦДС ОАО "Новосибирскэнерго". В его состав входит: 1) объектно-ориентированные БД и БЗ, 2) редакторы БД и БЗ с графическим интерфейсом, визуализирующим содержание БЗ и БД, и инспектора КС объектов, их связей, 3) модули анализа КС, выработки бланков, 4) интерпретатор заданий на переключения.
Апробация работы. Основные результаты работы представлялись, докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры автоматизированных электроэнергетических систем НГТУ, на совещаниях ОАО "Новосибирскэнерго", на международных конференциях "KORUS' 99" и "KORUS' 2000".
Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы 3 печатных работы.
Объём структура работы. Диссертационная работа изложена на 130 страницах основного текста, иллюстрируется 67 рисунками, содержит 5 таблиц и состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 133 наименований на 11 страницах, а также документов, подтверждающих апробацию и внедрение результатов работы.
