Интеллектуальные электрические сети: компьютерная поддержка диспетчерских решений

Интеллектуальные 
электрИческИе сетИ

компьютерная поддержка 

дИспетчерскИх решенИй

ю.я. любарскИй
а.ю. хреннИков

учебное пособИе

Москва

ИНФРА-М

2021

Рекомендовано Межрегиональным учебно-методическим советом 

профессионального образования в качестве учебного пособия для студентов 

высших учебных заведений, обучающихся по электроэнергетическим 

направлениям подготовки (квалификация (степень) «бакалавр») 

(протокол № 10 от 12.10.2020)

удк 621.311(075.8)
ббк 31.279я73
 
л93

любарский ю.я.
Л93 
 
Интеллектуальные электрические сети: компьютерная поддержка 
диспетчерских решений : учебное пособие / Ю.Я. Любарский, 
А.Ю. Хренников. — Москва : ИНФРА-М, 2021. — 160 с. — (Высшее 
образование: Магистратура). — DOI 10.12737/1134516.

ISBN 978-5-16-016395-6 (print)
ISBN 978-5-16-108693-3 (online)

Для «умных» электрических сетей рассмотрены интеллектуальные программные средства, выполняющие новые функции и повышающие уровень компьютерной поддержки диспетчерских решений. Учитывая, что одна из целей 
построения «умных» сетей — обеспечение восстановления после аварий, основное внимание в учебном пособии уделяется проблемам диагностики нештатных ситуаций, интеллектуальному мониторингу состояний электрических сетей, 
планированию после аварийного восстановления электроснабжения. Подробно 
рассмотрен новый вид программного тренажера для диспетчеров электрических сетей — тренажер анализа нештатных ситуаций. Теоретический материал 
сопровождается множеством примеров в форме протоколов работы реальных 
интеллектуальных систем.
Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных 
стандартов высшего образования последнего поколения.
Для студентов электроэнергетических специальностей, руководителей и специалистов оперативных служб предприятий энергетических систем, электрических и распределительных сетей и электрических станций, филиалов ПАО «Россети», ПАО «ФСК ЕЭС», а также слушателей курсов повышения квалификации.

УДК 621.311(075.8)
ББК 31.279я73

ISBN 978-5-16-016395-6 (print)
ISBN 978-5-16-108693-3 (online)
© Любарский Ю.Я.,  
Хренников А.Ю., 2021

Р е ц е н з е н т:
А.Л. Куликов, доктор технических наук, профессор Нижегородского 
государственного технического университета имени Р.Е. Алексеева

Данная книга доступна в цветном  исполнении  
в электронно-библиотечной системе Znanium.com

Список принятых сокращений

АГ — аварийная готовность
АК — архив коммутаторов
АКАП — аппаратура каналов автоматики процессорной
АО — архив обработки
АП — архив параметров
АПВ — автоматическое повторное включение
АПНУ — автоматика предотвращения нарушения устойчивости
АРСП — автоматика разгрузки при статической перегрузке 
электропередачи
АСДУ — автоматизированная система диспетчерского 
управления
АСУ ТП — автоматизированная система управления технологическим процессом
АТ — автотрансформатор
БД — база данных
ВЛ — воздушные линии
ВНИИЭ — Всесоюзный научно-исследовательский институт электроэнергетики
ВО — вопросная область
ГЗ — газовая защита
ДД — дежурный диспетчер
ДЗТ — дифференциальная защита трансформатора
ДЗШ — дифференциальная защита шин
ДР — дальнее резервирование
ДРДУ — диспетчер районного диспетчерского управления
ДРЭС — диспетчер района электрических сетей
ЕНЭС — Единая национальная электрическая сеть
ЕЭС — Единая энергетическая система
ИА — интеллектуальный агент
ИДС — интеллектуальная диспетчерская система
ИЗ — источник знаний

Список принятых сокращений

ИИС — интеллектуальная информационная система
КЗ — короткое замыкание
ЛР — линейный разъединитель
ЛЭП — линия электропередачи
МВ — масляный выключатель
МИМИР — Малая информационная модель интеллектуальных решений
НТД — нормативно-техническая документация
НТЦ ФСК ЕЭС — Научно-технический центр Федеральной сетевой компании Единой энергетической системы
ОАПВ — однофазное автоматическое повторное включение
ОДС — оперативно-диспетчерская служба
ОДУ — оперативно-диспетчерское управление
ОЕЯ — ограниченный естественный язык
ОИК — оперативно-информационный комплекс
ОПН — ограничитель перенапряжений
ОРУ — открытое распределительное устройство
ОСА — оперативная справка об аварии
ОТ — оценка тренировки
ОЭС — объединенная энергосистема
ПА — противоаварийная автоматика
ПАНС — подстанционный уровень анализа ситуаций
ПАС — протокол анализа ситуации
ПИ — пользовательская история
ПМЭС — предприятие магистральных электрических сетей
ПОТ — протокол оценки тренировки
ПС — подстанция
ПР — программа-рассуждение
ПРД — передатчик
ПРМ — приемник
РДУ — районное диспетчерское управление
РЗА — релейная защита и автоматика
САНС — сетевой уровень анализа ситуаций
СЗ — специалист по знаниям
СШ — система шин

Список принятых сокращений

ТЗ — техническое задание
ТЗНП — токовая защита нулевой последовательности
ТО — тренировочное описание
ТОС — тренировочное описание ситуации
ТТ — трансформатор тока
УВ — условие вопроса
УРОВ — устройство резервирования при отказе выключателя
ЦДУ — Центральное диспетчерское управление
ЦП — центр питания
ЦУС — центр управления сетями
ЧР — частичный разряд
ШСМВ — шиносоединительный масляный выключатель
ЭИ — эксплуатационные инструкции
ЭО — эксплуатационный опыт
ЭС — экспертная система
ЭСОРЗ — Экспертная система оперативного рассмотрения 
ремонтных заявок
ЭСПЛАН — Экспертная система планирования
ЭЭС — электроэнергетическая система
SQL — structured query language (структурированный язык 
запросов)

Предисловие

В пособии под интеллектуальными электрическими сетями 
понимаются такие электросети, для управления которыми используются программные средства, основанные на методах 
искусственного интеллекта (ИИ). В основном рассматривается управление «через человека» — диспетчерское управление. Интеллектуальные программы при таком подходе обеспечивают компьютерную поддержку диспетчерских решений. 
Это ни в коей мере не исключает других возможных применений ИИ в электросетях, но эти возможности остаются 
за рамками данного пособия.
Для интеллектуальных электрических сетей рассмотрены 
основанные на методах ИИ программные средства, выполняющие новые функции и повышающие уровень компьютерной поддержки диспетчерских решений.
Учитывая, что одна из целей построения интеллектуальных сетей — обеспечение восстановления после аварий, основное внимание в книге уделяется проблемам диагностики нештатных ситуаций, интеллектуальному мониторингу состояний 
электрических сетей, планированию послеаварийного восстановления электроснабжения. Подробно рассмотрен новый 
вид программного тренажера для диспетчеров электрических 
сетей — тренажер анализа нештатных ситуаций.
В рамках использования ИИ описана многоагентная структура интеллектуальной автоматизированной структуры диспетчерского управления.
Изучена также задача анализа аварий и возможность формирования (на основе данных оперативно-информационного 
комплекса) оперативной справки об аварии в энергосистеме.
Рассмотрена организация расследований технологических 
нарушений и аварий на подстанциях (с примерами протоколов расследования).

Предисловие

Вводится понятие «объемного» принятия решений, отражающее участие в принятии решений групп специалистов, обладающих различными компетенциями. При этом используется концепция экспертной системы с «доской объявлений».
Для облегчения преобразования эксплуатационного опыта 
технологов в формализмы естественно-языковой экспертной 
системы рассмотрена возможность применения концепции 
экстремального программирования.
Для определенности при изложении в данном пособии 
предполагается применение экспертной системы (оболочки) 
МИМИР, так как эта система имеет ряд успешных применений в электроэнергетических задачах.
Изложение в книге сопровождается множеством примеров в форме протоколов работы реальных интеллектуальных 
систем.
Учебное пособие предназначено для студентов магистратуры электроэнергетических специальностей, обучающихся 
по направлению «Электроэнергетика и электротехника», и магистрантов направления «Электроэнергетика и электротехника», профиля «Электроэнергетические системы и сети», 
при изучении дисциплины «Информационно-измерительные 
системы», специалистов технических оперативных служб 
предприятий энергетических систем, электрических и распределительных сетей и электрических станций, филиалов ПАО 
«Россети»,  ПАО «ФСК ЕЭС», слушателей курсов повышения квалификации, а также служб предприятий электрических и распределительных сетей и электрических станций, 
слушателей курсов повышения квалификации электроэнергетического профиля.
В результате изучения материалов данного учебного пособия студент будет:
знать
 
• определение семантики языка описания электрических 
схем. Понятие «треугольника Фреге»;

Предисловие

 
• основные виды электрооборудования электрических станций и подстанций: силовые трансформаторы, реакторы, 
трансформаторы тока и напряжения, разъединители, турбогенераторы, ограничители перенапряжений и др.;
 
• понятие семантической сети для описания электрических 
схем;
 
• методы вопросного программирования для моделирования 
рассуждений специалиста-диспетчера;
 
• примеры реализации экспертных систем для диспетчерского анализа электрических схем;
уметь
 
• составлять структуры семантических сетей для описания 
энергосистем и подстанций;
 
• составлять программы-рассуждения для простых примеров 
анализа описания схем;
владеть
 
• основными методами построения экспертных систем для 
простейших примеров диспетчерского анализа;
 
• методами формулирования вопросов на ограниченном 
 естественном языке для моделирования диспетчерских 
рассуждений.

Глава 1 
ПроГраммные СредСтва 
для Поддержки диСПетчерСких 
решений

1.1. Проблемы разработки Современных 
информационных СиСтем энерГетичеСкоГо 
Применения 

1.1.1. Постановка задачи
Важной задачей модернизации систем компьютерной поддержки оперативных энергетических задач является автоматизация функций технологического управления в энергосистемах. Разработки в этой области часто оказываются весьма 
трудоемкими и не всегда успешными. Результаты работы 
существенно зависят от правильного анализа источников 
знаний и от выбора методов реализации. Здесь конкурируют традиционные программные методы и методы, основанные на идеях искусственного интеллекта. При этом далеко 
не всегда интеллектуальные методы оказываются предпочтительными — иногда их применение может привести к излишнему усложнению разрабатываемой системы. В то же время 
традиционные методы могут затруднить разработку продуктов, приемлемых для использования технологами-эксплуатационниками.  Поэтому важно на раннем этапе разработки для 
конкретной задачи правильно выбрать метод реализации, оценить целесообразность «ставки» на интеллектуальный метод 
[21, 22].

1.1.2. источники знаний
Приступая к разработке автоматизированной системы 
для новой технологической задачи, необходимо определить 

Глава 1. Программные средства для поддержки диспетчерских решений

источники знаний (ИЗ) об этой задаче. Среди множества возможных ИЗ наибольший интерес для разработчика  представляют:
 
• эксплуатационный опыт (ЭО);
 
• техническое задание (ТЗ) на разработку;
 
• эксплуатационные инструкции (ЭИ).
Эксплуатационный опыт — опыт эксплуатационного персонала, постоянно «в уме» решающего задачу, которую нужно 
автоматизировать. К сожалению, это часто невербальный 
(не зафиксированный в текстах) опыт. Его преобразование 
в словесную форму — очень трудоемкий процесс.
Выбор ТЗ в качестве основного источника был бы 
идеальным, но, к сожалению, в таких документах часто нет необходимой полноты информации, содержатся противоречия.
Наконец, ЭИ (технологические инструкции, указания 
и т.п.) — регламентированные документы, которые, безусловно, являются достоверным источником знаний, но, как 
правило, источником существенно неполным, фрагментарным: регламентированные инструкции обычно охватывают 
только некоторые (пусть и важнейшие) эксплуатационные 
операции, состояния и пр., в то время как для разработки системы требуется «полный спектр» таких знаний. Пробелы 
в ЭИ разработчику системы приходится заполнять «здравым 
смыслом», т.е. тем же эксплуатационным опытом. Поэтому 
следует признать опыт эксплуатационного персонала основным источником знаний для разрабатываемой системы [1, 5, 6, 
10, 21, 22, 34, 35, 37].

1.1.3. технологические рассуждения как предмет 
моделирования
Для представления эксплуатационного опыта в разрабатываемой системе следует решить две задачи:
1) выбрать формализм для представления ЭО;
2) преобразовать невербальный опыт в рамки выбранного 
формализма.