Разработка и исследование гибридной интеллектуальной информационной системы «Диспетчер»

Актуальность исследования. Внедрение информационных систем в повседневную работу диспетчеров стало остро необходимым по мере роста современных коммуникационных сетей и, соответственно, усложнения управления сетью в послеаварийных режимах с целью локализации и отключения поврежденного оборудования и быстрого восстановления питания всех потребителей после возможных аварийных возмущений.

Существующие на сегодняшний день информационные системы имеют, существенные недостатки. Методы, используемые данными системами для расчета послеаварийных режимов, являются недостаточно эффективными. Традиционные информационные системы, использующие только лишь вычислительные методы, не позволяют персоналу диспетчерских служб учитывать накопленный опыт при определении последовательности оптимальных действий для ликвидации аварийной ситуации. Использование для этих целей автономных интеллектуальных систем из-за невозможности использовать методы теории графов, алгебры матриц, вычислительной математики нерационально.

Эти обстоятельства сделали актуальной задачу создания гибридной интеллектуальной информационной системы для диспетчерского управления, включающей в себя подсистему вычислительных модулей и продукционно-фреймовую интеллектуальную подсистему, и ориентированную на оказание помощи оперативному персоналу при возникновении сетевых аварий.

Цель работы. Разработка и исследование гибридной интеллектуальной информационной системы для диспетчерского управления.

Задачи исследования:

— разработать структуру, принципы построения и функционирования гибридных интеллектуальных информационных систем для диспетчерского управления;

— разработать структуру подсистемы вычислительных модулей;

— разработать структуру продукционно-фреймовой интеллектуальной подсистемы формирования бланков оперативных переключений;

— разработать методику верификации продукционно-фреймовых интеллектуальных систем;

— осуществить программную реализацию гибридной интеллектуальной информационной системы для диспетчерского управления РЭС 6−10 кВ;

— провести исследование разработанной продукционно-фреймовой интеллектуальной подсистемы на наличие аномалий.

Методы исследования. Поставленные задачи решены с использованием методов теории графов, алгебры матриц, вычислительной математики, теории множеств, методов инженерии знаний и технологии построения экспертных систем.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:

1. сформулированы принципы построения и разработана структура гибридных интеллектуальных информационных систем для диспетчерского управления;

2. разработана структура подсистемы вычислительных модулей;

3. разработаны модули расчета послеаварийного установившегося и утяжеленного режимов;

4. создан модуль расчета оптимальной последовательности оперативных переключений;

5. разработана структура продукционно-фреймовой интеллектуальной подсистемы формирования бланков оперативных переключений;

6. предложена новая методика верификации продукционнофреймовых интеллектуальных систем.

Прикладная ценность полученных результатов состоит в создании эффективно работающей ГИИС «Диспетчер».

Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций обусловлена корректным использованием методов теории графов, алгебры матриц, вычислительной математики, теории множеств, методов инженерии знаний и технологии построения экспертных систем, а также системным подходом к решаемым проблемам. Достоверность подтверждена работоспособностью и эксплуатацией ГИИС «Диспетчер» (служащей для диспетчерского управления РЭС 6−10 кВ).

Практическая ценность. Создана гибридная интеллектуальная информационная система для диспетчерского управления РЭС 6−10 кВ «Диспетчер», выполняющая следующие функции:

— расчет послеаварийного установившегося режима;

— расчет усиленного режима;

— расчета оптимальной последовательности оперативных переключений;

— формирование бланков оперативных переключений.

ГИИС «Диспетчер» требует следующей конфигурации системы: процессор Pentium 166 и выше, 16 — 32 MB ОЗУ, не менее 3.5 Кб жесткого диска. Для более комфортной работы с программой рекомендуется использовать ее в системе с характеристиками выше необходимого минимума, хотя при выполнении минимальных требований возможности предлагаемого программного продукта не ограничиваются.

Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены (в виде ГИИС «Диспетчер») в Динских РРЭС, Ленинградских РРЭС, ООО «Краснодарнефтегаз-Энергияж.

Апробация результатов исследования. Основные положения были доложены и обсуждены на конференциях:

— IV Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные процессы в высшей школе» (г. Краснодар, 2000 г.);

— Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых «Перспективы развития современных информационных технологий» (г. Краснодар, 2000 г.);

— V Всероссийской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» (г. Таганрог, 2000 г.);

— Международной научно-практической конференции «Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах» (г. Новочеркасск, 2000 г.);

— II Международной научно-практической конференции «Информационные технологии в моделировании и управлении» (г. Санкт — Петербург, 2000 г.);

— Международной научно-практической конференции «Развивающие интеллектуальные системы автоматизированного проектирования и управление» (г. Новочеркасск, 2001 г.);

— Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы информатики в образовании, управлении и технике» (г. Пенза 2001 г.);

— Международной научно-технической конференции «Гибридные системы MODEL VISION SUDIUM» (г. Санкт-Петербург 2001 г.).

Работа удостоена диплома I степени на Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых «Перспективы развития современных информационных технологий» (г. Краснодар, 2000 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 статей и 6 тезисов докладов.

Основные положения, выносимые на защиту:

— структура и принципы построения гибридной интеллектуальной информационной системы для диспетчерского управления;

— структура подсистемы вычислительных модулей;

— модули расчета послеаварийного установившегося и утяжеленного режимов;

— модуль расчета оптимальной последовательности оперативных переключений;

— структура продукционно-фреймовой интеллектуальной подсистемы формирования бланков оперативных переключений;

— методика верификации продукционно-фреймовых интеллектуальных систем;

— гибридная интеллектуальная информационная система для диспетчерского управления РЭС 6−10 кВ «Диспетчер».

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов (глав) и заключения, изложенных на 118 страницах.

3.5 Выводы.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований работоспособности и эффективности ГИИС «Диспетчер».

Разработана и математически обоснована методика верификации продукционно-фреймовой интеллектуальной подсистемы. Предложенная методика позволяет обнаружить все виды аномалий, характерные как для фреймовых, так и для продукционных интеллектуальных систем.

Рассмотрены результаты тестирования ГИИС «Диспетчер» на примере второй секции подстанции «Центральная» распределительной электрической сети г. Краснодара. Полученные результаты подтвердили работоспособность ГИИС «Диспетчер» и оптимальность выдаваемых ею рекомендаций.

Приведена оценка быстродействия ГИИС «Диспетчер». Полученные данные позволяют утверждать, что ГИИС «Диспетчер» превосходит по скорости работы существующие ИС.

Приведено обоснование экономической эффективности разработки ГИИС «Диспетчер».

Заключение

.

Основным научным результатом диссертационной работы является разработка гибридной интеллектуальной информационной системы для диспетчерского управления РЭС 6−10 кВ.

Основные теоретические и практические результаты работы заключаются в следующем:

1 Обосновано создание гибридной интеллектуальной информационной системы для решения задач диспетчерского управления. Показаны преимущества данной системы над другими типами информационных систем.

2 Разработана структура и основные принципы гибридной интеллектуальной информационной системы для диспетчерского управления.

3 Предложен модифицированный метод узловых напряжений для расчета устоявшегося послеаварийного режима. Данный метод позволил значительно сократить время расчета послеаварийного режима, сохраняя при этом удовлетворительную точность результатов. Приведено обоснование адекватности и эффективности данного метода. На основе данного метода создан модуль расчета послеаварийного режима.

4 Разработан метод расчета утяжеленного режима, базирующийся на модифицированном методе узловых напряжений. Использование метода расчета утяжеленного режима позволяет диспетчеру прогнозировать поведение РЭС после выполнения выбранной им последовательности оперативных переключений. Создан модуль расчета утяжеленного режима.

5 Разработан алгоритм расчета оптимальной последовательности оперативных переключений. На основе разработанного алгоритма создан модуль расчета оптимальной последовательности оперативных переключений.

6 Разработана структура продукционно-фреймовой интеллектуальной подсистемы формирования бланков оперативных переключений, представляющая собой два взаимосвязанных модуля: механизм логического вывода и трехуровневую базу знаний и фактов.

7 Предложена и математически обоснована методика верификации продукционно-фреймовых интеллектуальных систем на основе раскрашенных предикатных сетей Петри. Предложенная методика позволяет обнаружить все виды аномалий, характерные как для фреймовых, так и для продукционных интеллектуальных систем.

8 Создана гибридная интеллектуальная информационная система для диспетчерского управления РЭС 6−10 кВ «Диспетчер», выполняющая следующие функции: расчет оптимальной последовательности оперативных переключенийформирование бланков ОПрасчет послеаварийного установившегося и утяжеленного режима.