Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Методологическая основа экспертной системы анализа коммутационных состояний электрических сетей 14
1.1. "Системный" подход к решению задач формализации 17
1.1.1. Гностицизм и агностицизм - две принципиальные позиции в дискуссии о существовании и познаваемости мирового порядка 17
1.1.2. Утверждения философии топоцентризма 23
1.1.3. Основные положения теории систем 28
1.2. "Объектно-ориентированный" подход к решению задач формализации 35
1.2.1. Реляционная модель данных 35
1.2.2. Фреймовая многоуровневая модель объекта 40
1.3. "Экспертный" подход к решениям задач формализации 42
1.3.1. Знания и способы их формализации 42
1.3.2. Понятие искуственного интеллекта и экспертной системы 44
1.4. Варианты постановки и решения задачи формализации анализа коммутационных
сотояний электричестих сетей 47
1.4.1. Виды и назначения анализа коммутационного состояния электрической сети и границы их возможностей 47
1.4.2. Новая технология автоматизированной эксплуатации электрических сетей 50
1.4.3. Постановка задачи формализации анализа коммутационного состояния электрической сети 52
Глава 2. Категориально-понятийная основа экспертной системы анализа коммутационных состояний электрических сетей 55
2.1. Представление электрической сети многоуровневым фреймом 55
2.1.1. Назначение электрической сети 55
2.1.2. Нормальная схема коммутации 57
2.1.3. Коммутационное состояние и его классы 57
2.1.4. Функции 59
2.1.5. Структурные свойства 64
2.1.6. Графы сети и их числовые характеристики 71
2.1.7. Компоненты сети 73
2.1.8. Элементы сети 75
2.2. Иерархическая модель сети 77
2.2.1. Назначение иерархической модели сети 77
2.2.2. Определение прототипов уровней сети 77*
2.2.3. Классы коммутационных состояний, структурные свойства и числовые характеристики уровней сети 83
2.3. Модель сети 85
2.3.1. Назначение агрегированной модели сети 85
2.3.2. Построение агрегированной модели сети 85
2.3.3. Степень агрегирования 87
2.4. Языковые модели коммуникационных форм между пользователем и экспертной системой 88
2.4.1. Язык коммуникации между пользователем и экспертной системой 88
2.4.2. Формы коммуникации между пользователем и экспертной системой 90
2.5. Интеллектуальные процессы 92
2.5.1. Назначение интеллектуальных процессов 92
2.5.2. Структура интеллектуальных процессов 94
2.5.3. Простые интеллектуальные процессы (операции) 94
2.5.4. Конвергентно-дивергентные интеллектуальные процессы 100
2.5.5. Понятийно-интерпретационные 104
2.5.6. Интеллект (абстрагирование) 105
Глава 3. Логико-математическая основа экспертной системы анализа коммутационных состояний электрических сетей 109
3.1. Ограничения на коммутационое состояние электрической сети 109
3.2. Математический аппарат экспертной системы 110
3.3. Библиотека аналитических процедур 114
3.3.1. Процедуры построения иерархической модели электрической сети 115
3.3.2. Процедуры анализа коммутационного состояния электрической сети 135
Глава 4. Техническая реализация экспертной системы 154
4.1. Назначение экспертной системы 154
4.2. Функции экспертной системы 154
4.3. Структура экспертной системы 155
4.4. Подсистема функционально-топологического членения электрической сети на подсети 157
4.4.1. Назначение 157
4.4.2. Функции 157
4.4.3. Структура 158
4.5. Подсистема функционально-топологического членения электрической сети на подсети 160
4.5.1. Назначение 160
4.5.2. Функции 163
4.5.3. Структура 163
4.6. Достигнутый уровень разработки экспертной системы 175
Заключение 178
Библиографический список 179
- Гностицизм и агностицизм - две принципиальные позиции в дискуссии о существовании и познаваемости мирового порядка
- Виды и назначения анализа коммутационного состояния электрической сети и границы их возможностей
- Конвергентно-дивергентные интеллектуальные процессы
- Процедуры анализа коммутационного состояния электрической сети
Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Создание и развитие новых технологий эксплуатации технических систем направлено на максимально полную автоматизацию технологических процессов и основано на переходе от вытеснения человека машиной на уровне "механических" операций к передаче машине некоторых интеллектуальных функций. На этом пути в настоящее время общезначимым (для различных профессиональных областей) является разработка специализированных экспертных (оперирующих со знаниями) систем.
В рамках создания новой технологии автоматизированной эксплуатации ЭлС в нашей стране за последние два десятилетия был разработан ряд ЭкС типов "тренажер" и "советчик". Ведущие роли в этом принадлежат сотрудникам ВНИИЭ Любарскому Ю.А., Головинскому И.А. и др., создавшим ЭкС "МИМИР", "ОПТИМЭС", "КОРВИН". Аналогичными широко используемыми ЭкС являются "МОДУС" компании "МОДУС" и "TWR12" ЗАО "Энергетические технологии".
К достоинствам указанных ЭкС можно отнести наличие подсистем анализа схемы коммутации ЭлС, расчёта режимов, распознавания образов. Использована процедурная БЗ, определенная на множестве неориентированных графов. Заявлено о работе над редактором БЗ в составе АРМ'а пользователя.
Недостатками являются слабость категориально-понятийной БД в отражении свойств сети различного уровня общности (элемент, структура, функция, класс состояния, назначение) и многоуровневого представления самой сети (элемент, часть, подсеть), основанного на выделении её* особенностей.
В работах Емельянова И.В. [39], Горевого Д.В. [29] эти недостатки во многом были устранены, однако представленная в них ЭкС была разработана
для решения задачи синтеза - выработки бланков оперативных переключений в первичных и вторичных цепях ЭлС. Это затрудняет постановку и решение задач анализа КС ЭлС:
идентификации класса состояния сети,
локализации его качественных составляющих и
оценки возможностей изменения в желаемых направлениях.
В печатных работах создателей ЭкС отсутствуют постановки этих задач и понимание необходимости их решения (с доведением до технологических форм общих или локальных рапортов и сводок) для автоматизации процесса ОДУ ЭлС. Есть лишь упоминания о решении ряда задач "топологического" анализа с целью проверки допустимости оперирования с КА при переводе ЭлС из одного КС в другое.
Рассмотренные ЭкС не являются в полной мере "интеллектуальными". В них ИП не выделены в самостоятельную категорию.
Представленные положения обосновывают актуальность данной работы, направленной на универсализацию анализа как метода:
в частном случае - идентификации свойств ЭлС различного уровня общности инвариантно типам схем электрических соединений её функциональных подсистем;
в общем - познания объектов инвариантно их содержания.
Цель работы состояла в разработке ЭкС анализа КС ЭлС при осуществлении ОДУ, категориально-понятийный аппарат которой обеспечивал бы необходимый уровень общности представления сетей и оперирования с их свойствами.
Для достижения цели была поставлена и решена задача идентификации КС ЭлС и локализации его качественных составляющих инвариантно таким свойствам ЭлС как тип схемы электрических соединений функциональных подсистем (ячейка, РУ), класс подсистем (ячейка, РУ, ПС, РЭС и др.). Выполнена декомпозиция этой задачи на следующие подзадачи:
формализации и выделения в самостоятельную категорию ряда интеллектуальных логических процессов, которые классифицированы и иерархически организованы,
построения категории (понятия и процедуры определения) ЭлС как совокупности функциональных подсистем для анализа КС сети,
выделения видов анализа (элементный, структурный, функциональный, кластерный) КС ЭлС в абсолютной и относительной (по отношению к нормальной или иной базовой схеме) постановках его задач,
формализации анализа от составления заданий до представления результатов в виде рапортов и сводок на языке пользователя,
разработки компьютерных анализатора КС ЭлС и синтезатора рапортов и сводок о КС,
6. разработки компьютерных редакторов БД и БЗ ЭкС.
Методология и методы исследования. Методологической базой
построения ЭкС являются так называемые "системный", "объектно-ориентированный" и "экспертный" подходы к решениям задач формализации. В рамках этих подходов используются:
философия "топоцентризма" (утверждающая универсализацию организационной структуры объектов),
фреймовая многоуровневая модель объекта,
3- формализованный интеллект (операции и процессы). Применены методы теорий графов, множеств, формальной логики.
Достоверность результатов и выводов диссертационной работы обоснована корректным использованием теорий систем и электроэнергетики, специализированных математических теорий (графов и множеств) и методов формальной логики, а также непротиворечивыми выводами, положительными экспертными оценками результатов решения тестовых задач.
Положения, выносимые на защиту:
Решение задачи автоматизации анализа КС ЭлС в контуре ОДУ ЭЭС возможно на основе методологии, комплексно использующей "системный", "объектно-ориентированный" и "экспертный" подходы.
Автоматизация анализа-синтеза КС в контуре ОДУ ЭлС инвариантно схемам их электрических соединений обеспечивается ЭкС, базирующейся на:
понятии ЭлС, как совокупности вложенных сетей,
унифицированном представлении объектов в виде многоуровневых фреймов, собранных на основе обобщения, и
использовании ИП, формализованных в процедурной БЗ.
Представление объектов в виде многоуровневого фрейма, собранного на основе обобщения и имеющего единую структуру для объектов разного рода, позволяет применять к ним одни и те же вычислительные процедуры и логические ИП, тем самым сокращая БЗ, необходимую для решения задач.
Представление ЭлС как совокупности вложенных сетей позволяет применять к их описанию единую форму (многоуровневую фреймовую модель), определять их через набор сетевых функций (с трансформацией этих определений в топологические — через задание ограничивающих элементов), применять к понятиям подсетей разных уровней одни и те же ИП (и вычислительные процедуры).
Данные о схеме коммутации (структурного характера) позволяют оценить класс КС, судить об экономичности режимов и качестве напряжения.
6. Решение задачи оценки надёжности электроснабжения по критерию
(«-І) возможно неимитационным "методом подсчета" степеней
вершин агрегированного графа сети. Алгоритм решения применим к
связным графам любого типа: цепи, деревья, содержащим контуры и "мосты" (разделяющие рёбра). Научная новизна работы:
решена задача формализации анализа КС ЭлС для разработки (интеллектуальных) подсистем, автоматизирующих ОДУ ЭЭС;
предложена и применена оригинальная универсальная понятийно-категориальная основа для построения ЭкС анализа КС ЭлС, позволяющая определять ЭлС и её функциональные подсистемы независимо от их класса через задание классов ограничивающих уровень элементов и их свойств;
предложены и применены формальные модели интеллектуальных логических процессов; в отличие от других исследований ИП классифицированы, иерархически организованы, рассматриваются как многоуровневые объекты и могут быть использованы в рамках ЭкС к анализу других объектов;
в отличие от других ЭкС формализованы кластерный, функциональный, структурный и элементный виды анализа КС ЭлС в абсолютной и относительной постановках, позволяющие выполнить идентификацию КС и локализовать его качественные составляющие, характеризующие свойства схемы коммутации сети на различных уровнях общности;
предложены "оценочные" структурные методы определения полноты и качества выполнения ЭлС своих функций;
разработаны оригинальные методы и вычислительные процедуры анализа графа ЭлС для идентификации его системных свойств:
фрагментирования — выделения функциональных подсистем (уровней) ЭлС от ячейки до РЭС и выше; применена трансформация функционального определения уровня в
элементное (задание классов, ограничивающих уровень элементов и их свойств);
дефрагментирования - построения иерархической модели уровней сети ЭлС; применена трансформация определения функционального подчинения уровней в определение их топологической вложенности;
агрегирования графа ЭлС для снижения размерности задачи анализа КС; подуровни заменяются их топологическими (во внешней связности) и функциональными эквивалентами меньшего порядка (множество реальных элементов замещается меньшим разнообразием типов - сохраняются те элементы, которые обеспечивают выполнение анализируемых функций);
неимитационной оценки структурного резервирования потребителей электроэнергии по критерию (и-Г).
Практическая ценность работы. Автоматизация решения задач анализа в контуре ОДУ позволит понизить:
влияние "человеческого фактора" на надёжность ЭЭС,
интеллектуальную нагрузку на диспетчеров и
предъявляемые к ним профессиональные требования к точности и детальности знаний.
Анализ КС ЭлС инвариантен таким свойствам ЭлС как тип схемы электрических соединений функциональных подсистем (ячейка, РУ), класс подсистем (ячейка, РУ, ПС, РЭС и др.).
Характеристики логико-математических процедур ЭкС, позволяют использовать её в режиме реального времени для анализа КС схем ПС и РЭС.
Назначение ЭкС может быть переориентировано на использование в качестве обучающей подсистемы тренажёра оперативного персонала.
Реализация результатов. Разработанные в диссертации методы и алгоритмы легли в основу программного комплекса АРМ "Коммутационное
состояние и переключения в электрической сети", создававшегося по заказу ЦЦС ОАО "Новосибирскэнерго". На основе проведённых исследований были разработаны:
1. объектно-ориентированная БД, содержащая:
понятийные основы построений уровней ЭлС, их иерархии и агрегированной модели ЭлС,
уровневые модели ЭлС некоторых ПС из состава ОАО "Новосибирскэнерго";
редактор БД с графическим интерфейсом;
процедурная БЗ, содержащая модули функционально-топологической фрагментации-дефрагментации ЭлС (выделения уровней и построения их иерархии);
объектно-ориентированная БД, содержащая:
понятийные основы для проведения анализа КС ЭлС,
его результаты (архив);
редактор БД с графическим интерфейсом;
редактор заданий на проведение анализа КС и его результатов;
процедурная БЗ, содержащая модули анализа КС ЭлС;
справочная система.
Апробация работы. Результаты работы были представлены на научных семинарах кафедры автоматизированных электроэнергетических систем НГТУ, на международных конференциях "KORUS* 99", "KORUS' 2000", "KORUS' 2001".
Публикации. Результаты диссертационной работы отражены в 4-х публикациях.
Гностицизм и агностицизм - две принципиальные позиции в дискуссии о существовании и познаваемости мирового порядка
В дискуссии между материалистами и идеалистами, гностиками и агностиками по основному вопросу философии об отношении сознания к бытию, духовного к материальному, поставлен вопрос об онтологическом статусе (существовании и возможности познания) "Мирового Порядка". В теориях учёных и философов "Мировой Порядок" принимает различные образы: от универсальной формулы Шредингера, способной дать математически полное описание всех физических свойств мира, до Абсолютного Духа Гегеля, познающего себя во всей полноте своего развития. На основе этих рассуждений зарождалась и выкристаллизовывалась теория систем как инструмент к познанию (гностики) или удобному представлению (агностики) явлений мира.
В вопросе об онтологическом статусе Мирового Порядка существуют две принципиальные позиции: 1. Гностицизм, например, эволюционная теория знания Р. Ридля (порядок реального мира раскрывается благодаря эволюционной адаптации органов восприятия) [85]; диалектический материализм К. Маркса и Ф. Энгельса ("действительное единство мира состоит в его материальности" [53, стр. 117], устройство мира познаваемо, процесс познания бесконечен) [32, 72, 97, 98]; теории глобальных взаимодействий и координации (существует Единый Мировой Порядок, созданный и поддерживаемый Центральным Управляющим Ядром Вселенной, порядок познаваем, время познания ограниченно, единство мира - в следовании единым законам) [17, 65]. На Земле человек осуществляет "божественную" волю, но "...не только вещи управляют им; он знает, что сам управляет вещами согласно заложенным в них законам, которые стали законами его собственного существа. ...познающий [человек] должен иметь волю ясно видеть этот путь. ...Существо не поступающее так...восстаёт против мирового порядка. И тогда этот порядок должен взять верх над ним."[22, стр. 140]. Тому немало примеров: "И воззрел Бог на землю, - и вот, она растлена: ибо всякая плоть извратила путь свой на земле. И сказал Бог Ною: конец всякой плоти пришёл пред лице мое..."[Бытие, 6: 12 13]
Путь человека не просто его собственный — это становление и развитие (самоопределение) Бога — человек "лишь необходимый этап Божия пути и поэтому всё учение о "человеке" и "человеческом" должно быть возведено на космологической, т.е. теологической основе: добро должно быть понято как само Божество, а добродетель - как божественное состояние человеческого духа."[43, стр. 345-346] "Человек... скрывает в себе начало всеобщей воли, но заблуждаясь, принимает себя за отвлечённую единичность."[43, стр. 359]
"Дух", "Сознание" - это та субстанция которая, разлита в мире, присутствует в каждой его части, и тем связывает разрозненное, единичное "конкретное-эмпирическое" в "органическое целое". "Сращенность множества в единство" есть уже само по себе строй и порядок; "органическая сопринадлежность" выражает качество и характер этого порядка."[43, стр. 415]
Порядок познаётся (познание - процесс приобретения и усвоения знаний) мыслью — созерцающей мыслью, мыслящим созерцанием - "сознание разрывает живое, непосредственное целое на части, куски, стороны, элементы или определения, и оперирует как с объектом с этими, уже вполне новыми, предметными образованиями"[43, стр. 38] Мысль ищет сущность и находит её в том, что устойчиво, не принимая прочего. "Сознание ценою неполноты, лишения и ограничения покупает определённость и мыслимость."[43, стр. 39]
"Конкретное-эмпирическое как предмет познания обнаруживает в себе некое бесконечное рассеяние делающее его неисчерпаемым и необозримым. Все элементы его непрозрачны; здесь всё глухо, смутно и перепутано. Конкретное-эмпирическое иррационально: оно не поддаётся рационализации; оно, по самой сущности своей, чуждо мысли..."[43, стр. 32] Как предмет познания его не спасает и то, что чувственное восприятие предполагает акт категоризации. И эта "одна из главных характеристик восприятия является свойством познания вообще"[13, стр. 13-14]. 2. Агностицизм, например, интерпретационная теория Г. Фон Ферстера и Ф. Варелы (порядок, обнаруживаемый наблюдателем на уровне макромира, является изобретением наблюдателя, удобным объяснением, знание - не картина мира, а его полагание) [85]; эмпириокритицизм Э. Маха и Р. Авенариуса (базовые категории: вещь (сущность) и ощущение (явление); сущность не познаваема, "ничего достоверного о них [вещах в себе] мы знать не можем" [53, стр. 108], а, следовательно, сомнительно и само их существование) [53]; бустрап-теория (bootstrap) или теория взаимопроникновения Дж. Чу (разработана специально для одного типа субатомных частиц — адронов, но в своих следствиях претендует на всестороннее философское понимание природы: "Гипотеза бустрапа не только отрицает существование фундаментальных составляющих материи, но отказывается от использования представлений о каких-либо фундаментальных сущностях -законах, уравнениях и принципах, - а значит, ... что все их [ученых] теории, описывающие явления природы, включая и описание "законов", представляют собой продукт человеческого сознания, следствия понятийного структурирования нашей картины мира, а не свойства самой реальности." [46, стр. 259-260] Вселенная неразрывна, её составляющие взаимопроникают друг в друга, причинно-следственные связи не имеют смысла — их место занимает непосредственное восприятие взаимозависимости всех вещей и событий.)
Виды и назначения анализа коммутационного состояния электрической сети и границы их возможностей
Высоковольтные ЭлС предназначены для передачи и распределения электрической энергии с поддержанием требуемого уровня надёжности (непрерывности) энергетических потоков и допустимости его параметров (прежде всего напряжения). Выполнение этих функций базируется на маршрутизации энергетических потоков (перекоммутаций электрической сети), которая адаптирует коммутационное состояние сети к характеру энергетических потоков, устраняет аварийные последствия спорадических нарушений в сети, позволяет выводить оборудование для проведения ремонтных работ. Маршрутизация энергетических потоков является одной из основных функций ОДУ. Её выполнение предполагает (см. рис. 1.3) [70, 73]: анализ исходного состояния электрической сети; определение целей перекоммутации сети с их переводом в задания; определение конечного состояния сети; определение последовательностей (алгоритмов) действий по перекоммутаций сети. Подавляющее большинство исследований в области формирования модели ЭлС для ОДУ направлено на алгоритмизацию получения модели режима работы сети. Это включает в себя определение топологии сети и параметров режима. Задача оценивания состояния сети понимается как получение наиболее достоверных значений параметров режимов ЭлС на основе данных, переданных устройствами телесигнализации и телеизмерений [2, 74]. Для идентификации режима и оценке его допустимости производятся оперативные расчёты установившихся режимов с применением таких расчётных методов, как, например, Ньютона-Рафсона (обладает хорошей сходимостью) и его модификации [94], генетические алгоритмы [59]. Ряд работ [1, 18] посвящен анализу структурных характеристик ЭлС для оценки устойчивости её режима. Алгоритмы структурного анализа, как правило, требуют меньших вычислительных мощностей и применимы к сетям значительно большей размерности, чем алгоритмы расчёта режимов, однако их недостатком является грубость идентификации класса состояния. В данной работе анализ рассматривается как метод идентификации класса КС сети, локализации его качественных составляющих и оценки возможностей изменения в желаемых направлениях по известной схеме коммутации ЭлС. Он носит статический характер в силу того, что само понятие "коммутационное состояние" подразумевает статичность. Можно выделить и предложить к рассмотрению ряд видов анализа КС ЭлС: элементарный, устанавливающий элементный состав сети и состояния (и другие свойства) элементов или их изменения; структурный, направленный как на выявление обобщённых структурных свойств сети, так и их изменений при её перекоммутациях; функциональный, устанавливающий степень выполнимости сетью как техническим устройством своих функций; кластерный, выявляющий принадлежность состояния сети к одному из классов; причинно-следственный, направленный на выявление причин перехода сети в из одного состояния в другое. В процессе анализа осуществляется восхождение (переход) от частных (элементарных) знаний о состоянии сети к обобщённым за счёт использования категорий отражения свойств сети разного уровня (структура, функция, класс состояния) и многоуровневого представления самой сети (сеть как совокупность вложенных сетей). При этом сам процесс анализа обеспечивает связь этих уровней (переходов) и позволяет установить и объяснить причинно-следственную обусловленность результатов более высоких уровней через результаты более низких, вплоть до элементарного. Это особенно важно в связи с использованием и необходимостью представления результатов анализа в иерархической структуре оперативно-диспетчерского регулирования состояния ЭлС: при передаче результатов анализа по горизонтали (в рабочей группе или при смене дежурных); при передаче по вертикали (передача на верхние уровни (оперирование со свойствами) предполагает усиление значимости результатов обобщённых уровней анализа, передача на нижние (оперирование с устройствами) - значимости первичных уровней анализа). Создание и развитие новых технологий эксплуатации технических систем направлено на максимально полную автоматизацию технологических процессов и основано на переходе от вытеснения человека машиной на уровне "механических" операций к передаче машине некоторых "интеллектуальных" функций. На этом пути в настоящее время общезначимым (для различных профессиональных областей) является создание специализированных экспертных (оперирующих со знаниями) систем.
В рамках создания новой технологии автоматизированной эксплуатации ЭлС в нашей стране за последние два десятилетия был разработан ряд ЭкС типов "тренажер" и "советчик". Ведущие роли в этом принадлежат сотрудникам ВНИИЭ Любарскому Ю.А., Головинскому И.А. и др., создавшим ЭкС "МИМИР", "ОПТИМЭС", "КОРВИН" [22 - 28, 37, 56, 57, 64, 92]. Аналогичными широко используемыми ЭкС являются "МОДУС" компании "МОДУС" [101] и "TWR12" ЗАО "Энергетические технологии" [102].
Конвергентно-дивергентные интеллектуальные процессы
К конвергенти о-дивергентным ИП относятся частично формализованные процессы, при их выполнении машиной может требоваться участие человека. Процессы этой группы парные — обратные по смыслу друг другу.
Классификация (от лат. classis - разряд, класс и facio — делаю, раскладываю) - конвергенти о-дивергентный ИП разбиения целого (совокупности объектов) на классы (множества объектов, удовлетворяющим каким-либо условиям или признакам) [12]. В связи с каждым свойством можно рассматривать класс объектов, имеющих это свойство (основание классификации). Результатом процесса являются подмножества исходной совокупности объектов. Объекты внутри одного подмножества (класса) состоят между собой в отношении (необязательно строгого) равенства значения или наличия некоторого свойства (или свойств) и в отношении неравенства значения или отсутствия свойства к объектам других классов. Нечто целое, разделенное на классы и подклассы, образно представляют в виде "И-ИЛИ дерева" [5, 42] или "семисотовой структуры" [70]. Основания классификации принято разделять на "естественные" и "искусственные". К первым относятся те, что характеризуют объект наиболее существенным образом , ко вторым — те, что не выражают (в полной мере) назначение объекта. [12] Приведем несколько примеров классификации: 1. КС ЭлС: оптимальные, с отклонениями от оптимальных, неоптимальных потерь энергии, недостаточной надёжности, аварийные и др. — основанием является объём выполняемых ЭлС функций; 2. части ЭлС: отключённый потребитель, погашенный район, отключенное оборудование, структурный резерв, отключённый источник, генерирующий район - основанием является редуцированность функций и структурных свойств ЭлС, выраженная в значениях числовых характеристиках графовых моделей частей; 3. формы представления результатов анализа КС ЭлС: рапорт, сводка — основанием является степень (уровень) общности представления данных о ЭлС (сводка ограничена данными об элементах; в рапорте дана характеристика общности электрических связей элементов -структура сети, характеристика общности структурных свойств — выполняемые функции, характеристика общности функций — состояние сети в целом). Выбор классификационных оснований (оценка степени "существенности") производится пользователем ЭкС, разбиение на классы — автоматическое (например, посредством процесса отрицания).
Идентификация (от лат. identifico — отождествляю) - конвергентно-дивергентный ИП отнесение объекта к одному из классов объектов или самому себе (признание тождественности, опознание) [12]. Выполнение идентификации базируется на операции сравнения свойств (задаются пользователем ЭкС) объекта со свойствами определяющими классы объектов.
Агрегирование (от лат. aggrego — присоединяю) — конвергентно-дивергентный ИП замещения объектов эквивалентами меньшего порядка [1, 18]. Агрегирование предназначено для понижения размерности представления объектов в конкретных (частных) задачах, базируется на операциях сравнения, отрицания и объединения.
Агрегирование определено на множестве отношений (в то время как редукция - на множестве связей). Это не должно вносить путаницу в понимании ЭлС как совокупности коммутационно связанных элементов -они находятся в отношениях связи: "Если А связано с В, а В связано с С, то А связано с С." Рядом таких рассуждений выражены некоторые преобразования графов: стягивание ребра и контура. Они применяются для упрощения представления схемы коммутации ЭлС с сохранением основных свойств её структуры, необходимых для функционального анализа КС. Пример действия процедуры агрегирования рассмотрен в Главе 3 (п. 3.3.2 Построение агрегированной модели сети) данной диссертации.
Чрезмерное агрегирование (снижение подробности представления) объекта приводит к снижению информационной емкости результатов анализа, огрублению или искажению, в пределе проведение анализа становится невозможно. "Если, к примеру, объект - крайне сложная структура, состоящая из множества элементов и связей, то её модель в ряде случае может быть очень простой структурой, содержащей, предположим, лишь два элемента и одну связь (так называемая абстрактная модель), но это должна быть структура того же типа, что и структура объекта. В этом случае расхождение между структурой объекта и структурой модели, несмотря на свою значительность, будет вполне допустимым (и для ряда "практических" случаев - правильным)... речь идёт не о том, что недопустимы упрощения вообще или какие-то значительные упрощения, а о существовании определённых закономерностей, определяющих сами процессы упрощения, о существовании определённых качественных границ, за которыми упрощение становится уже недопустимым качественным переупрощением" [91]
Дезагрегирование — представляет собой процесс обратный агрегированию, т.е. восстановление сложности структуры объекта или рассмотрение элементов как систем (разложение во фреймовую многоуровневую модель с выделением назначения, функций, структуры, подсистем и т.д.).
Композиция (от лат. compositio - составление, сочинение) - конвергентно-дивергентный ИП со организации объектов или их свойств согласно некоторому замыслу (формализованному закону). Композиция определена на отношениях между объектами, на структуре объекта (составе и отношениях компонентов) и других уровнях его представления. Основаниями могут являться: законы гармонии (пропорциональности и т.д.) и симметрии, принципы перехода от общего к частному, от частного к общему, от большего к меньшему, от меньшего к большему и др. [12] Приведем ряд примеров использования композиции: фреймовая многоуровневая модель представления объектов в ЭкС -построена на принципе перехода от общего к частному (назначение, состояние, функции, структура, подсистемы, элементы); задание на анализ и рапорт о КС ЭлС - имеют нейтральный порядок синтаксических групп в словосочетаниях и предложениях (Рема // тема? Тема // рема.), организация предложений в текст (по умолчанию) подчинена принципам перехода от общего к частному, от большего к меньшему, от первого к последнему; схема коммутации ЭлС для выполнения главной и основных функций - может быть собрана, например, в соответствии с принципом (?) одно- или многом ар шрутности (радиальная, древовидная или кольцевая схемы) электроснабжения потребителей. Декомпозиция - представляет собой процесс обратный композиции, т.е. разделения целого на составляющие с целью их самостоятельного (вне отношений к другим объектам) рассмотрения или с целью задания иной композиции.
Процедуры анализа коммутационного состояния электрической сети
Для проверки допустимости длительного или кратковременного нахождения ЭлС в том или ином состоянии предлагается использовать ограничения на её структурные свойства. В этих ограничениях выражены, например, требования безопасности (выделение отключённого оборудования по границам с видимыми разрывами, недопустимость длительного КЗ и др.) и результаты решения ряда задач так называемого "долгосрочного" и "краткосрочного" планирования режимов ЭЭС (исследование устойчивости параллельной работы, расчёт токов КЗ, разработка инструкций по оперативному ведению режима (вводу оборудования в работу и его из работы в зависимости от величины нагрузки или загруженности тех или иных элементов) и т.д.)- В ЭкС ограничения введены открытой к изменению продукционной моделью.
Открытость ЭкС во многом определяется возможностью ввода и переопределения базовых понятий и категорий — "прототипов". Эля этого предлагается использовать аксиоматический метод - задание ряда атрибутивных свойств, их значений, вычислительных и логических процедур и функций на многоуровневом фрейме.
Для решения задачи автоматического поиска границ функциональных подсистем ЭлС предложена функция членения-синтезирования, связанная с "элементными" понятиями-прототипами уровней сети "ячейка", "РУ", "ПС" и "РЭС". Область адекватности применения образованных категорий ограничена ЭлС, имеющими схемы электрических соединений, в которых каждый коммутатор не принадлежит одновременно двум и более уровням сети, образуемому от некоторого прототипа. Снятие этого ограничения требует переопределения как понятия-прототипа подсети, например, через набор выполняемых сетевых функций, так и функции членения-синтезирования, связанной с ним.
Для решения задачи автоматического построения модели функционального соподчинения подуровней ЭлС, предложена процедура поиска на графе /-го уровня сети таких графов (/ - 1)-го уровней, которые являются его подграфами. Это обосновано тем, что функциональные уровни ЭлС по определению обладают свойством топологической вложенности и локализации предъявляемых к ним функциональным требований. Ограничения на классы подсетей не выявлены. 5. Агрегирование ЭлС для структурно-функционального анализа позволяет существенно снизить размерность задачи. Например, исходный граф сети ПС Дружная 220/110/10 кВ (Новосибирскэнерго) содержит 726 рёбер, агрегированный (для оценки выполнения функции надёжности электроснабжения по критерию («-])) - 6 "внутренних" рёбер и 33 "ограничивающих". Это упрощает решение не только задачи, но и интерпретацию получаемых результатов. 6. Предложено решение задачи оценки надёжности электроснабжения по критерию (я-Г) неимитационным "методом подсчета" степеней вершин графа сети. Алгоритм решения применим к связным графам любого типа: цепи, деревья, содержащим контуры и "мосты" (разделяющие рёбра). 7. Тестирование и последующее использование алгоритмов реализации предложенных методов подтвердили их эффективность по критериям истинности найденного решения и быстродействия (допустимость применения в режиме "реального времени"). ЭкС, разрабатываемая в рамках данной диссертации, предназначена для решения задач анализа КС ЭлС инвариантно схемам их электрических соединений с представлением его результатов в виде технологических форм рапорта и сводки на профессиональном языке пользователя (диспетчера). Она входит в качестве одной из подсистем в ЭкС перекоммутаций первичных и вторичных цепей ЭлС, представленную в [29, 39] и ориентированную на составление бланков переключений в ЭлС с учётом проверки допустимости каждого из промежуточных состояний при пошаговом переводе сети из исходного в конечное. Это позволяет (полностью или частично) передавать решение ряда задач анализа-синтеза, возникающих в ОДУ ЭлС от человека ЭкС. В соответствии с назначением ЭкС анализа КС можно выделить ряд её функций: 1. Главная — автоматический анализ КС ЭлС; 2. Основные: составление задания на анализ КС ЭлС, выдача результата анализа КС ЭлС в соответствии с заданием (например, в подсистему автоматического составления бланков переключений), представление общего и частных результатов анализа КС ЭлС в соответствии с заданием (например, в форме рапорта или сводки на языке пользователя (диспетчера) или в форме некоторого образа (схемы)); 3. Вспомогательные: автоматизированное распознавание функциональных подсистем ЭлС, автоматическое агрегирование подсистем ЭлС для анализа её КС, адаптация понятийной основы ЭкС к конкретным схемам ЭлС, к требованиям оформления результатов анализа КС и т.п., ведение архива рапортов и сводок (обновление, редактирование, сохранение). На рис. 4.1 представлена общая структура БД и БЗ информационно-интеллектуального АРМа диспетчера "Высоковольтная электрическая сеть". ЭкС анализа КС ЭлС реализуется в его составе в виде АРМ1. Он включает в себя три блока: 1. БЗ анализа КС ЭлС, содержащую вычислительные и логические процедуры для оценки классов состояния ЭлС в целом и её элементов, представления результатов анализа в формах рапортов и сводок и т.п.; 2. БЗ синтеза бланков переключений в ЭлС, содержащую логические процедуры выработки последовательности действий направленных на изменение КС ЭлС в целом или её отдельных элементов. 3. БД, в которой хранится информация о схеме коммутации ЭлС и свойствах её элементов (класс, тип, наименование, коммутационное и эксплуатационное состояние и т.п.), а также атрибутивное описание понятий-прототипов, с помощью которых производится структуризация информации о схеме коммутации ЭлС.
