Informatyczne systemy zarządzania węzłami wytwórczymi o złożonej strukturze

ZESZY TY N A U K O W E PO LITEC H NIK I ŚLĄSKIEJ Seria: ELEK TR Y K A z. 174

2000 N r kol. 1472

A drian H A LIN K A M ichał SZEW C ZY K

INFORMATYCZNE SYSTEMY ZARZĄDZANIA WĘZŁAMI WYTWÓRCZYMI O ZŁOŻONEJ STRUKTURZE

S treszczenie. W artykule przedstaw ione zostaną struktura oraz przykład praktycznej realizacji inteligentnego system u zarządzania złożonym i obiektam i wytw órczym i. Ze w zględu na złożoność całego w ęzła w ytw órczego poszczególne bloki funkcjonalne sy­

stem u zostały oparte n a strukturach sztucznych sieci neuronow ych (ANN). Rozproszona, hierarchiczna struktura system u oraz zastosow anie AN N um ożliw ia pozyskanie większej liczby inform acji z obiektu, zwiększając pew ność i szybkość w ypracow yw anych decyzji.

W artykule przedstaw iony został rów nież przykład praktycznej realizacji operacji rozpoznaw ania topologii złożonego obiektu w ytwórczego.

DATA PROCESSING MANAGEMENT SYSTEMS DEDICATED TO THE COMPLEX POWER GENERATING SETS

Sum m ary. The paper w ill present the structure and the exem plary practical reali­

zation o f the intelligent m anagem ent system dedicated to the com plex pow er generating sets. D ue to com plexity o f the object individual functional blocks o f this system are based on the artificial neural netw orks (AN N ) structures. D ecentralized, hierarchical structure and applying o f A N N gives the possibility o f getting bigger num ber o f inform ation from the object increasing reliability and speed o f taking decisions. The paper w ill also present the practical realization o f operation o f the current object configuration recognition.

1. W STĘP

W ęzły w ytw órcze - z punktu w idzenia autom atyki elektroenergetycznej - charakteryzują się nie tylko złożoną strukturą pow iązań elektrycznych pom iędzy poszczególnym i urządze­

niam i lub nkłądami w chodzącym i w je g o skład, lecz przede w szystkim różnorodnością m ożliw ych stanów lub trybów pracy w zależności od aktualnych w ym agań systemowych.

Jako w ęzeł w ytw órczy traktuje się podstaw ow ą strukturę elektrow ni złożoną z: bloków ener­

getycznych składających się z generatora, układu w zbudzenia w raz z zasilaniem , trans­

form atora blokow ego, w ysokonapięciow ego układu potrzeb w łasnych danego bloku, układu potrzeb w łasnych ogólnych w ęzła (część w ysoko i niskonapięciow a) oraz układów dodat­

kow ych zależnych od charakteru bloku, np. układu rozruchu częstotliw ościow ego dla genera­

torów z turbinam i gazow ym i. W ęzeł w ytw órczy zostaje podzielony na układy wytwórcze w postaci poszczególnych bloków oraz układ potrzeb w łasnych ogólnych. W każdym ukła­

dzie w ytw órczym zo stają w yznaczone układy podstaw ow e (elem entarne) najczęściej w po­

staci elem entarnych urządzeń lub układów (transform atory, generator, układ w zbudzenia itd.).

Stany pracy w ęzła w ytw órczego zdeterm inow ane są m.in. poprzez:

• aktualne pow iązania pom iędzy poszczególnym i układam i w ytw órczym i oraz ich układami podstaw ow ym i - liczba pracujących bloków , ilość bloków gotow ych do pracy, odstaw io­

nych, rem ontow anych itp.,

• aktualny poziom obciążenia w ęzła - produkow aną m oc czynną i b ie rn ą

• poziom obciążenia poszczególnych aktyw nych układów w ytw órczych,

• strukturę system u elektroenergetycznego w otoczeniu w ęzła w ytw órczego - m ożliw ość w y­

prow adzenia m ocy, obciążalność prądow ą linii wyprow adzających, m oc zw arciow ą syste­

m u zew nętrznego,

• stan pracy układów regulacyjnych, zapas regulacji, tryb pracy autom atycznej lub ręcznej itd.,

• rodzaj napływ ających sygnałów alarm ow ych, ostrzegaw czych lub inform acji o w ystąpieniu zakłócenia.

P onadto z punktu w idzenia autom atyki elektroenergetycznej m ożna w pracy dużych w ęzłów w ytw órczych w yróżnić charakterystyczne tryby pracy, szczególnie te które w ym agają zm ian w układach autom atyki pom iarow ej, zabezpieczeniow ej czy sterującej. N ależy do nich zaliczyć następujące podstaw ow e tryby pracy:

• tryb pracy generatorow ej, w którym częstotliw ość sygnałów pom iarow ych, głów nie prą­

dów i napięć, m oże się w ahać w pobliżu częstotliw ości znam ionow ej 50 Hz,

• tryb tzw. rozruchu częstotliw ościow ego z udziałem układu rozruchow ego, w którym roz­

ruch generatora odbyw a się poprzez zm ianę częstotliw ości ’’sieci zasilającej - wyjścia przetw orników częstotliw ości” od w artości zerowej do znam ionow ej [4],

• tryb rozruchu asynchronicznego, w czasie którego częstotliw ość części sygnałów pom iaro­

w ych zm ienia się w szerokim zakresie.

2. K O M PL E K S O PER A C JI R E A LIZO W A N Y C H PRZEZ S Y S T E M Z A R Z Ą D Z A N IA

P rzedstaw iona charakterystyka złożonych w ęzłów w ytw órczych z w yznaczonym i stanami i trybam i pracy determ inuje konieczność opracow ania zintegrow anego system u zarządzania takim i obiektam i obejm ującego realizację zbioru następujących operacji [2]:

Inform atyczne system y zarządzania w ęzłam i wytwórczymi o złożonej strukturze 79

a) rozpoznanie aktualnego trybu p ra c y całego w ęzła wytwórczego. W przypadku dużej złożoności zarządzanego obiektu zostaje on podzielony na fragm enty m ogące pracować autonom icznie (indyw idualnie), np. blok energetyczny. D la takich fragm entów zostają określone m oduły podstaw ow e oraz układ nadrzędny odpow iedzialne odpow iednio za roz­

poznanie trybu pracy poszczególnych elem entów składowych i poprzez w ym ianę infor­

m acji z m odułam i podstaw ow ym i za w yznaczenie aktualnego stanu danego układu autono­

m icznego w ęzła. W yniki rozpoznania trybu pracy w szystkich układów autonom icznych obiektu stanow ią podstaw ow ą bazę inform acyjną dla w ypracow ania decyzji o aktualnym stanie pracy całego w ęzła w ytw órczego. W ypracow ana decyzja identyfikacyjna (roz­

poznanie) zostaje w ykorzystana przede w szystkim przez układy dokonujące analizy konieczności w prow adzania zm ian w strukturze pom iarowo - zabezpieczeniow ej systemu zarządzania. Zm iany te odnoszą się głównie do przedefm iow ania lub zm iany parametrów pracy algorytm ów pom iarow ych, zabezpieczeniow ych i sterujących w celu ich adaptacji do now ych w arunków pracy (trybu pracy) zabezpieczanego obiektu. K onieczność adaptacji wielu funkcji realizow anych przez system podyktow ana jest najczęściej przez:

• zm ianę konfiguracji pow iązań poszczególnych urządzeń w chodzących w skład frag­

m entu obiektu lub całego w ęzła w ytwórczego,

• zm ianę trybu pracy układu (np. jednego bloku wytw órczego) lub całego w ęzła w y­

tw órczego, w w yniku której następuje zm iana w szerokim zakresie częstotliwości sygnałów pom iarow ych pozyskiw anych z obiektu - głów nie prądów i napięć - w ykorzy­

styw anych następnie przez algorytm y pom iarow e czy zabezpieczeniow e. Sytuacja taka w ystępuje np. w przypadku rozruchu częstotliw ościow ego bloku w ytw órczego z turbiną gazową.

b) operację adaptacji - dokonującą na podstaw ie uzyskiw anych inform acji - głów nie z układu realizującego rozpoznanie - analizy m ożliw ości prawidłowej pracy aktualnie aktywnych algorytm ów pom iarow ych i zabezpieczeniow ych, w razie konieczności generujące decyzje o zm ianie param etrów ich pracy, aktywujące w zależności od potrzeb nowe funkcje zabezpieczeniow e oraz blokujące te funkcje, których dalsza aktywność m oże zakłócić pracę chronionego obiektu. Realizacja tej operacji pow oduje generację bazy informacyjnej, na podstaw ie której istnieje m ożliw ość szybkiej adaptacji struktury układu zabezpie- czeniow o-sterującego do zm ieniających się w arunków i trybów pracy całego chronionego w ęzła lub jego fragm entów (bloków wytwórczych),

c) realizacja fu n k c ji zabezpieczeniowych - gw arantujących dużą dokładność i szybkość algorytm ów pom iarow ych i zabezpieczeniow ych zarówno w e w szystkich możliwych stanach pracy zabezpieczanego obiektu, ja k i przy zmieniającej się w szerokich granicach częstotliw ości w ejściow ych sygnałów pom iarowych - zróżnicow anych trybach pracy [3], d) operacji prew encyjno-restytucyjnych. Podstaw ow ym zadaniem system u funkcjonalnego

system u zarządzania realizującego ten kom pleks operacji jest:

• szybka analiza alarm ów i sygnałów ostrzegaw czych napływ ających z układów regulacji i sterow ania w chodzących w skład urządzeń obiektu,

• analiza i realizacja zadań przesyłanych z system ów zarządzania przynależnych do innych grup obiektów (system ów przesyłow o-odbiorczych), a zw iązanych z ogólno- system ow ą regulacją m ocy czynnej i biernej, stabilnością napięciow ą itp., zarówno w stanach p racy norm alnej, ja k i zakłóceniowej SEE,

• przetw arzanie inform acji uzyskiw anych z C yfrow ych Z espołów A utom atyki Z abez­

pieczeniow ej C Z A Z o pobudzeniach lub zadziałaniach funkcji zabezpieczeniow ych dla celów predykcji m iejsca w ystąpienia zakłócenia oraz określenia je g o charakteru.

N a podstaw ie przeprow adzonych analiz, w pow iązaniu z w iedzą o aktualnym stanie pracy obiektu w ytw órczego, zo stają w ypracow ane decyzje o podjęciu działań m ających na celu utrzym anie w pracy obiektu lub je g o fragm entów zagrożonych m ożliw ością w ystąpienia aw arii - kryterium prew encyjne - lub działań m inim alizujących skutki w ystąpienia zakłóceń w strukturze w ew nętrznej, ja k i zewnętrznej (w SEE) - realizacja kryterium restytucyjnego.

W ym ienione operacje realizow ane p rzez system generują trzy podstaw ow e problem y:

1. W ybór struktury system y zarządzania kom pleksem operacji.

2. Selekcja i redukcja w ejściow ych sygnałów pom iarowych.

3. C zasow o-optym alny rozdział zadań zw iązanych z realizacją kom pleksu operacji na obiekcie.

3. S TR U K TU R A S Y STEM U ZA RZĄ D ZA N IA

W ybór struktury system u zarządzania zw iązany je st z realizacją kom pleksu operacji przestrzennie rozłożonych. D okonuje się zatem dekom pozycji zadań obliczeniow o-decyzyj- nych n a zestaw lub zestaw y zadań lokalnych i globalnych, przy założeniu, że podejm ow anie decyzji n a poziom ie globalnym oparte je st głów nie na inform acjach (danych) w ygenero­

w anych n a poziom ie (poziom ach) lokalnych. S truktura taka zostaje przypisana do systemów realizujących w ym ienione wyżej operacje. Poszczególne system y nie pracują autonomicznie, istnieją pow iązania pom iędzy system am i zarówno na poziom ach lokalnych, ja k i globalnym.

M a to przede w szystkim n a celu m inim alizację oraz unikanie pow tarzalności danych w ejściow ych oraz w ykorzystyw anie decyzji podejm ow anych na danym poziom ie systemu przez system y pozostałe. Podstaw ow e źródła danych w ejściow ych dla system ów reali­

zujących poszczególne operacje zlokalizow ane s ą w pobliżu poszczególnych urządzeń lub układów podstaw ow ych w chodzących w skład układu w ytw órczego (bloku), są zatem prze­

strzenie rozłożone.

W strukturze każdego system u funkcjonalnego m ożna w yróżnić w ęzły lokalne w ypra­

cow ujące decyzje odnoszące się do członów składow ych układu w ytw órczego oraz węzła

Inform atyczne system y zarządzania węzłam i wytwórczymi o złożonej strukturze 81

globalnego, który generuje decyzje odnoszące się do całego bloku energetycznego lub - przy malej złożoności strukturalnej w ęzła - całego w ęzła wytwórczego.

K ażdy w ęzeł lokalny składa się z źródła pozyskiw ania danych w ejściow ych D (bez­

pośrednio z zarządzanego obiektu), bazy w iedzy B - zawierającej w ypracow ane prze węzeł decyzje lokalne oraz dane nieprzetw orzone w ykorzystyw ane przez w ęzły globalne, proce­

sora/procesorów P realizujących przypisane do w ęzła operacje oraz kom unikującego się z poziom em globalnym lub sąsiednim i węzłam i lokalnym i oraz z układu odpow iedzialnego za w ypracow yw anie decyzji lokalnych lub globalnych - w yników realizacji zadań obliczeniowo- d ecyzyjnych- W. Poziom globalny odpow iedzialny je st za podejm ow anie decyzji końcowej (globalnej) odnoszącej się do całego układu/w ęzła w ytw órczego oraz za kom unikację w celu w ym iany inform acji i danych: z sąsiednim i w ęzłam i globalnym i - sąsiednich bloków wy­

twórczych, system am i zarządzania zew nętrznym i, systemami realizującym i pozostałe kom ­ pleksy operacji.

Schem at blokow y system ów odpow iedzialnych za realizacje poszczególnych operacji dla danego układu w ytw órczego (bloku energetycznego) przedstaw iono na rys. 1. Przyjęto struk­

turę zdecentralizow aną, odnoszącą się do czterech system ów odpow iedzialnych za realizację kom pleksu operacji system u zarządzania.

N a etapie form ułow ania bazy w iedzy niezbędnej do praw idłowej realizacji przez system zarządzania w ym ienionych w yżej zadań (operacji) dokonano selekcji cech poprzez wybór ze zbioru w szystkich m ożliw ych do pozyskania z obiektu chronionego inform acji (cech):

wielkości analogow ych w postaci przebiegów czasowych prądów i napięć oraz sygnałów binarnych, odw zorow ujących stany położenia łączników czy układów autom atyki regula­

cyjnej. Zastosow anie struktury rozproszonej n a poziom ie w ęzłów lokalnych umożliwia redukcję w ektorów cech m ierzonych o dużych w ym iarach (liczbie składników ) do wektorów o m niejszych w ym iarach, redukując w ten sposób w ydatnie czas realizacji zadań oblicze- niow o-decyzyjnych.

Rozdział realizacji kom pleksu operacji na cztery podstaw ow e system y przy założeniu, że są to operacje zależne, pozw ala przyjąć czas ich realizacji równy „sum ie przedziałów cza­

sowych w yznaczonych w odpowiedni sposób m om entam i poszczególnych zdarzeń. Jest to pewnego rodzaju dekom pozycja czasowa, która przy odpowiedniej koordynacji pozw ala na rozpatryw anie zestaw u części operacji realizow anych w jednym przedziale, ja k również kom pleksu operacji rów noległych” [1].

4. R O ZPO ZN A N IE W IELO PO ZIO M O W E

Rozpoznanie (identyfikacja) w ielopoziom ow a je s t pew nym przypadkiem dekompozycji złożonego zadania identyfikacji zdeterm inowanej cząstkow ym i zadaniam i rozpoznania na niższym poziom ie (lokalnym ) oraz rozpoznaniem głów nym , do realizacji którego w ykorzy-

w j j

g B,

globalny systemu

• realizującego

■it /

G l o b a l n y p o z i o m d e c y z y j n y w ę z ł a

B

w j

W ę z e ł g l o b a l n y

systemu realizującego POZIOM GLOBALNY

WĘZŁA WYTWÓRCZEGO

POZIOM GLOBALNY UKŁADU (BLOKU) WYTWÓRCZEGO 1

@ ) © © © © ©

( 7 )

• • •

-

©

• • •

©

- ©

©

s © © ©

© ©

© (®

) © © © ©

W ę z ę ! W ę z e ł W ę z e ł W ę z e ł W ę z e ł W ę z e ł

l o k a l n y 1 l o k a l n y N l o k a l n y 1 l o k a l n y M l o k a l n y I l o k a l n y X

system u system u systemu systemu systemu systemu

realizującegc realizującegc realizującegc realizującegc r c a U / u j ą c e g i realizującegc

o p e r a c j ę l o p e r a c i e 1

■ a s s a i t L , o p e r a c j ę 4

\ ZABEZPIECZANY OBIEKT - WĘZEŁ ⁷

Rys. 1. Schemat blokow y zdecentralizowanej struktury systemu zarządzania węzłem wytwórczym Fig. 1. D ecentralized structure o f the pow er generating set m anagem ent system

Inform atyczne system y zarządzania w ęzłam i wytwórczymi o złożonej strukturze 83

styw ane są w yniki (decyzje) uzyskane na poziom ie lokalnym. M iejsca identyfikacji lokalnych i identyfikacji globalnej najczęściej są przestrzennie rozproszone, w zależności od położenia rozpoznaw anych obiektów - źródeł m ierzonych cech (sygnałów pom iarowych).

W system ach realizujących operację rozpoznaw ania (identyfikacji) aktualnego trybu pra­

cy chronionego obiektu stosuje się strukturę dw upoziom ow ą z - poprzez analogię do syste­

mów sterow ania i autom atyki - rozpoznaw aniem na obu poziom ach. W tym przypadku do rozpoznania na poziom ie globalnym - trybu pracy bloku w ytw órczego - w ykorzystuje się oprócz w ektora cech m ierzonych bezpośrednio z obiektu, w yniki rozpoznań (identyfikacji) lokalnych realizow anych n a poziom ie niższym , gdzie dokonuje się przyporządkow ania obiek­

tów lokalnych do określonych num erów klas (rys. 2).

/ , . = 4 '. ( * y) y = l ,2, . . . , IV, gdzie :

Xj - w ektor cech,

T j - algorytm rozpoznaw ania,

ije {1, 2 ,..., Mj) - w ynik rozpoznaw ania j-tego obiektu lokalnego.

(poziom lokalny)

R O Z P O Z N A N IE (poziom globalny)

h. ■; ‘u. *)

Rys. 2. Schem at blokow y operacji dwupoziom owego rozpoznaw ania (identyfikacji) trybu pra­

cy układu w ytw órczego

Fig. 2. Tw o-level recognition o f the current operating m ode o f the pow er generating set

Zatem cechy ¡j, i2, i t w ykorzystyw ane przez układy poziom u globalnego m ają charakter dyskretny. Efektem rozpoznania n a poziom ie globalnym je st w yznaczenie w artości i\

czyli przyporządkow ania trybu pracy całego identyfikow anego (rozpoznaw anego) obiektu do danej klasy.

G eneralnie rozpoznanie w ielopoziom ow e polega na określeniu rezultatu i na podstawie m ierzonych c e c hx„ x2, .., xN\x.

i = ¥ [ ¥ , ( * , ) , 'ł '2(x2), W ^xn); x] = O (x„ x2, xN;x).

W przypadku w ykorzystania struktur sztucznych sieci neuronow ych (AN N ) do realizacji system u odpow iedzialnego za rozpoznaw anie (identyfikację) trybu pracy zabezpieczanego obiektu, algorytm y *P/ są określone nie w prost. Przetw arzanie w ejściow ych cech pom iaro­

w ych elem entów podstaw ow ych układu w ytw órczego je st dokonyw ane na podstaw ie struk­

tury sieci neuronow ej, w artości w ag i biasów poszczególnych neuronów oraz rodzaju funkcji aktywacji. N a etapie procesu uczenia, a następnie testow ania sieci dokonuje się określenia tych w artości zapew niających praw idłow e rozpoznaw anie przez sieć trybów pracy obiektu chronionego. N a tym etapie m am y zatem do czynienia rów nież z procesem identyfikacji param etrów sieci neuronow ych na podstaw ie zbiorów danych w ejściow ych - w ektorów cech pom iarow ych - oraz oczekiw anych w yników rozpoznania - przyporządkow ania obiektu do danej klasy (rys. 3).

Rys. 3. Identyfikacja param etrów N -tej sieci neuronow ej system u rozpoznaw ania trybu pracy w ęzła w ytw órczego

Fig. 3. Identification o f th e A/th N eural N etw ork param eters for the pow er generating set current operating m ode recognition

5. P R Z Y K Ł A D P R A K T Y C Z N E J REA LIZA CJI O PER A C JI R O Z P O Z N A W AN IA PRZY W Y K O R Z Y ST A N IU A NN

Z e w zględu na złożoność całego w ęzła w ytw órczego, ja k i w yznaczonych w nim fragm entów m ogących pracow ać niezależnie - układy (bloki) w ytw órcze - bloki funkcjonalne realizujące operację rozpoznaw ania m a ją strukturę rozproszoną. S kładają się one z tzw. m odu­

łów podstaw ow ych znajdujących się na najniższym poziom ie system u zarządzania. W przy­

padku złożonej konfiguracji w ydzielonych fragm entów obiektu - determ inującej długi czas identyfikacji trybu pracy - dokonuje się w ew nętrznego przyporządkow ania pojedynczego m o­

Inform atyczne system y zarządzania w ęzłam i wytwórczymi o złożonej strukturze 85

dułu lub grupy m odułów podstaw owych do rozpoznaw ania (identyfikacji) aktualnego trybu pracy jednostek elem entarnych obiektu (np. generatora z układem rozruchu częstotliw ościo­

wego, transform atora blokow ego itp.)

D okonując takiego podziału uzyskuje się zm niejszenie czasu w ypracow ania decyzji (przetw arzanie w ieloprocesorow e), m ożliw y je st również um ow ny podział n a w arstwy oraz pew na „specjalizacja” poszczególnych m odułów podstaw owych - dotyczy to szczególnie jednostek elem entarnych obiektu, w skład których wchodzi jedno lub grupa urządzeń (np.

generator, układ rozruchu częstotliw ościow ego, układ wzbudzenia).

N a rys. 4 przedstaw iono strukturę rozproszoną bloku realizującego operację rozpoznaw a­

nia złożonej jednostki elem entarnej obiektu, ja k ą je st generator z turbiną parow ą. W pierwszej warstw ie każdy m oduł w stępnie rozpoznaje poprzez logiczną lub logiczno-pom iarową (wyniki prac algorytm ów pom iarow ych) inform ację o stanach położenia łączników aktualną konfigurację najbliższego m u urządzenia. W następnej warstwie, tzw. „głów nej” (B ID - 3 N na rys. 4) dokonuje się - w m iarę potrzeb - w ym iany inform acji w ygenerow anych w m odułach w arstw y poprzedniej (B ID - I N . B ID - 2 N ). zaś w arstw a w ypracow ująca decyzję końcow ą (B ID - 4 N . B ID - 5 N ) w ykorzystuje inform acje przetworzone w m odułach własnych warstw poprzednich, ja k i inform acje w ypracow ane w blokach sąsiednich (S ID - 1 1 .. N . S ID 2 I .. N ). Z w iększa się przez to w sposób znaczący pew ność otrzym anej na wyjściu końcowej decyzji identyfikacyjnej - przypisania stanu pracy obiektu do danej klasy - dokonuje się pew nego rodzaju w eryfikacji danych otrzym anych z poprzednich warstw własnych z danym i otrzym anym i z bloków sąsiednich.

W szystkie m oduły podstaw ow e przedstaw ione na rys. 4 są oparte na ANN.

Rys. 4. Schem at blokow y realizacji operacji rozpoznaw ania dla jednostki elementarnej obiek­

tu: ty generator z turbiną gazow ą”

Fig. 4. Recognition o f the current operation m ode for the basie elem ent o f the object:

generator w ith gas turbinę”

A nalogiczną koncepcję przyjęto przy form ułow aniu bloków funkcjonalnych, odpow ie­

dzialnych za predykcję m iejsca i rodzaju zagrożenia lub zakłócenia - stanow iących pierwszy etap realizacji operacjiprew encyjno-restytucyjnych.

W celu dokonania szeregu badań sym ulacyjnych m ających zw eryfikow ać opisaną wyżej koncepcję system u zarządzania złożonych w ęzłów w ytw órczych został zaim plem entow any m.in. układu realizujący rozpoznaw ania, którego integralną część stanow i blok przedstaw iony na rys. 4. K ażdy m oduł zrealizow any został na trójw arstwow ej strukturze ANN typu M L P , neurony w arstw y w ejściow ej i ukrytej m ają nieliniow e funkcje aktyw acji, zaś warstwy w yjściow ej liniow ą funkcję aktywacji.

N a rysunku 5 zaprezentow ano przykładow y w ynik testów sieci neuronow ej realizującej m oduł podstaw ow y R ID I N układu identyfikacji dla przypadku pracy generatorowej obiek­

tu. N a w ejścia sieci podaw ane są sygnały binarne odw zorow ujące stan położenia wybranych łączników w obrębie obiektu chronionego oraz kodow ane binarnie inform acje o poziomie niektórych w ielkości analogow ych (napięcie, częstotliw ość). R ysunek 5 przedstaw ia przypa­

dek podania na w ejścia sygnałów zaw ierających niekom plem entam ą inform ację o położeniu w yłącznika układu w zbudzenia (w ejście 9 sieci pow inno być w stanie w ysokim ). M imo błędnej inform acji identyfikacja aktualnego trybu pracy generatora je st praw idłow a (najsil­

niejsze sygnały: w yjście 6 - praca generatorow a, w yjście 7 - błąd identyfikacji). M aksym alna w artość sygnału w yjściow ego przy praw idłow ych sygnałach w ejściow ych w ynosi 5, a przy­

ję ty próg identyfikacji je s t rów ny połow ie tej wartości.

Przeprow adzone badania sym ulacyjne układu identyfikacji trybów pracy złożonych obiektów w ytw órczych w ykorzystujących struktury ANN potw ierdziły, że zastosow anie ANN pozw ala na:

• uproszczenie struktury układu identyfikacji w ykorzystującego A NN, w porów naniu z ukła­

dam i tradycyjnym i, opartym i n a logice binarnej lub w spom aganych doradczym i systemami ekspertow ym i. D la układów identyfikacji jednostek elem entarnych obiektu o najbardziej złożonej strukturze w ystarczają po dw a m oduły podstaw ow e ANN w w arstw ach w ejścio­

wej i w yjściow ej oraz je d e n m oduł A N N w tzw. w arstw ie głównej (rys. 4),

• uzyskanie krótkiego czasu w ypracow ania decyzji identyfikacyjnej oraz dużego stopnia jej pew ności,

• elim inację błędów rozpoznaw ania w sytuacjach takich, jak: niekom plem entam ość sygna­

łów binarnych czy brak sygnałów w ejściow ych (tzw. sygnały brakujące), które w układach bazujących głów nie na logice dw uwartościowej - m im o w sparcia doradczego systemu ekspertow ego - stanow iły podstaw ow e źródło niem ożności podjęcia przez układ praw idło­

wej decyzji identyfikacyjnej.

Inform atyczne system y zarządzania węzłam i wytwórczymi o złożonej strukturze 87

Poziom sygnału

35=

3 P o z io m 2.5 s y g n a łu 2

: ^1.5

1 0.5 0

W ejścia W yjścia

Rys. 5. Przykładow e poziom y w ejść i w yjść A N N realizującej m oduł podstaw ow y B I D I N Fig. 5. Exem plary inputs and outputs levels o f the AN N structure realizing basic module

BID IN

6. PO D SU M O W A N IE

N a obecnym etapie badań zostały opracowane struktury oraz sieć w zajem nych pow iązań poszczególnych układów (system ów ) funkcjonalnych - podstaw ow ych, ja k i złożonych - realizujących kom pleksy operacji: rozpoznaw ania i adaptacji oraz dokonujących predykcji m iejsca i rodzaju zagrożenia lub zakłócenia. D la w szystkich w ym ienionych m odułów syste­

mów funkcjonalnych zostały przyjęte struktury oparte na sztucznych sieciach neuronowych (ANN). K olejnym etapem było opracowanie baz w iedzy - uczących i testujących - pozw ala­

jących n a przeprow adzenie badań sym ulacyjnych, których efektem końcow ym było w ypra­

cowanie optym alnej struktury oraz w yznaczenie wartości wag i biasów dla poszczególnych ANN stanow iących poszczególne układy funkcjonalne - w yznaczenie identyfikatorów sieci.

Zostały rów nież opracow ane adaptacyjne algorytm y zabezpieczeniow e pozw alające na praw i­

dłow ą estym acją w ielkości kryterialnych w przypadku zm iany częstotliw ości wejściowych sygnałów pom iarow ych w szerokim zakresie - warunkujących popraw ną realizację operacji zabezpieczeniow ych i pom iarowych. N astępnym etapem będzie w yznaczenie i przetestowanie reguł postępow ania (reguł decyzyjnych) pozw alających na realizację - dla danego o b ie k tu - zadań prew encyjno-restytucyjnych. Etapem końcow ym będzie sprecyzowanie wymagań dotyczących wew nętrznej sieci inform atycznej. Istniejąca w obrąbie obiektów w ytwórczych sieć teleinform atyczna zarówno w zakresie swej struktury, zarządzania danym i, szybkości transm isji ja k i przepustow ości nie je st przystosow ana - b e z m odyfikacji - na realizację w szystkich funkcji oferowanych przez inteligentne system y sterowania. N ależy zatem spraw­

dzić i zw eryfikow ać m ożliw ości istniejących sieci oraz określić rodzaj i zakres koniecznych m odyfikacji. W stępnie, na etapie form ułowania koncepcji system ów zarządzania złożonymi w ęzłam i w ytw órczym i przyjęto zasadę tw orzenia dedykowanych torów transm isji w yko­

rzystyw anych do przesyłu danych i inform acji potrzebnych do realizacji poszczególnych kryteriów.

LITER A TU R A

1. P roblem y autom atyki i inform atyki, książka jubileuszow a z okazji.... Zakład N arodowy im. O ssolińskich, W rocław 1998.

2. H alinka, A ., S zew czyk M ., W inkler, W . , : N ew A pproach to A daptive P rotective System s P roblem in the C om plex P ow er G enerating Units. Proceedings o f the A m erican Power Conference, vol. 61 - II, 61st A nnual M eeting 1999, Chicago, p. 542-547.

3. P. Sowa, A. H alinka, M. Szew czyk : Insensitive A lgorithm o f C orrect Frequency Esti­

m ation for P ow er S ystem Protection. Proceedings o f the IA STED International Confe­

rence Signal and Im age P rocessing (S IP ’99) and Internet and M ultim edia System s and A pplications (IM S A ’99), O ctober 18-21, 1999, N assau - Baham as, p. 71-75.

4. B uck, D., : D as elektrische System von ABB - K om bikraftw erken. ABB Technik 2/1995, s. 15-23.

R ecenzent: D r hab. inż. Janusz Szafran, prof. P olitechniki W rocławskiej

W płynęło do R edakcji dnia 2 m aja 2000 r.

A b s tra c t

Contem porary large electric pow er system s require both high technical and operational m eans w hich should ensure flexibility, reliability and dependability in all possible operating m odes o f their individual generating plants and substations. A significant role am ong these m eans play th e applied operational control and m anagem ent system s or m ethods based on data and inform ation exchange.

O perational flexibility belongs to the m ost fundam ental requirem ents. It can be achieved, am ong others, i f com bined generating plants based on steam and gas turbine sets or hydro generating plants w ith reversal generator/m otor sets are available. The proper operation o f those sets requires dedicated operational m anagem ent system s (O M S ’s) as well as determ i­

nation o f com m unication standards for their co-operation w ith O M S ’s o f the neighbouring pow er system elem ents o r w hole generating plants and their m ain substations.

Till n ow m any good solutions have been developed and introduced into service in the dom ain o f O M S ’s o f substations. These O M S ’s integrate various fundam ental functions, i.e.

protection, control, m easurem ent, data acquisition and transm ission etc. H ow ever, not much progress has been achieved in O M S ’s o f com bined generating plants, m ainly in the co­

operation w ith O M S ’s o f other electric pow er objects, e.g. adjacent substations. This paper presents the general concept o f such a solution based on a com m unication system linking various O M S ’s o f neighbouring objects.

The objective O M S has been developed in virtue o f the follow ing tw o m ain assumptions:

• The supervised object has a com plex structure involving a definite num ber o f pow er units w ithin one pow er plant or a part o f the electric pow er system consisting o f a group o f substations.

Inform atyczne system y zarządzania w ęzłam i wytwórczym i o złożonej strukturze 89

• The follow ing tasks should be realized: identification o f current operating m odes o f the given object, m easurem ent, protective and control functions w ith adaptive features for norm al, abnorm al, disturbance and post-disturbance conditions.

The OM S has a distributed structure divided into functional m odules responsible for the realization o f the particular tasks. Figure 1 shows the sim plified structure o f such a system, w here tw o m ain inform ation stream s can be distinguished, i.e.:

• Stream 1 - containing data and inform ation obtained from the prim ary circuits o f all elem ents belonging to the supervised object as well as from O M S ’s o f neighbouring objects (e.g. substations). These inform ation are m ainly based on the position o f switches and estim ator values o f selected m easurem ent quantities determ ined in digital protective relays and systems.

• Stream 2 - enclosing m ainly inform ation processed in functional elem ents that perform m easurem ent and protective algorithms. These inform ation occur im m ediately after fault initiation or the excess o f adm issible operating param eters o f the supervised object and its individual elements.