Hlavným cieľom projektu bolo navrhnúť novú metódu pre lokalizáciu poruchy v sieti 22 kV, ktorá by pri svojej činnosti využívala prvky umelej inteligencie, konkrétne expertných systémov. Dôraz mal byť kladený na komplexný prístup k lokalizácii poruchy a rešpektovanie inštalovanej technológie a spôsobu prevádzky sietí 22 kV.

Čiastkové ciele projektu boli riešené v troch na seba nadväzujúcich etapách (obr. 1):

    1. etapa: Vytvorenie modelu siete 22 kV

• vytvorenie matematických popisov jednotlivých prvkov siete 22 kV,

• vytvorenie komplexného simulačného modelu,

• verifikácia modelu.

    2. etapa: Analýza porúch vznikajúcich v sieti 22 kV

• modelovanie porúch, ktorých riešenie si vyžaduje lokalizáciu poruchy (zemné spojenia, skraty, preťaženie a pod.),

• analýza faktorov ovplyvňujúcich identifikáciu výskytu poruchy a určenia typu poruchy,

• analýza možností získavania údajov o poruche do riadiaceho informačného systému,

• vytvorenie matematického aparátu pre lokalizáciu poruchy.

    3. etapa: Analýza využitia expertného systému pre lokalizáciu poruchy

• návrh expertného systému,

• prepojenie navrhnutého matematického aparátu a expertného systému,

• overenie presnosti vytvorenej metódy.

Obr. 1. Časová nadväznosť projektu

    1. Etapa

Na začiatku riešenia projektu bol vytvorený komplexný simulačný model vedenia 22 kV, ktorý bol vytvorený v programovom prostredí Matlab/Simulink. V rámci tvorby tohto modelu bola vytvorená knižnica prvkov siete 22 kV, ktoré boli navrhnuté tak, aby na jednej strane rešpektovali elektrické a mechanické vlastnosti reálnych prvkov počas porúch v sieťach 22 kV, no na strane druhej nespôsobovali zbytočné zvyšovanie nárokov na výpočtový čas. Tento prístup vychádzal zo základnej úvahy, že ak má byť nová metóda jednoduchá a ľahká na implementáciu, musí využívať informácie poskytované riadiacim informačným systémom (RIS), čo znamená, že musí rešpektovať reakčné časy ochrán a vypínacie časy vypínačov, ktoré sa rádovo pohybujú v desiatkach až stovkách milisekúnd.

Pre simulačný model boli postupne vytvorené modely transformátora 110/22 kV vrátane kompenzačnej tlmivky, vypínačov, odpájačov, elektrických ochrán, samotného vedenia, diaľkovo riadených úsekových odpínačov, úsekových vypínačov s automatikou opätovného zapínania a záťaží. Vznikol tak komplexný simulačný model vedenia 22 kV, ktorý umožnil simulovať všetky typy porúch, ktoré sa vyskytujú vo vedeniach 22 kV v ľubovoľnom počte a na ľubovoľných miestach.

Aby bolo možné simulovať prevádzku a riadenie siete 22 kV čo najvernejšie, bol vytvorený model SCADA systému v prostredí LabView, pomocou ktorého boli zo simulačného modelu získavané sledované veličiny a parametre, ktoré boli ukladané do rovnakých záznamov ako v reálnom RIS. Tieto záznamy boli neskôr použité pri ďalších analýzach. Model SCADA systému je vytvorený tak, aby umožňoval zasahovať do prebiehajúcej simulácie vo forme zapínania a vypínania spínacích prvkov, čím je možné meniť topológiu siete. Každý zo simulačných modelov beží na odlišnom počítači a komunikujú navzájom cez TCP/IP protokol. Vytvorením a prepojením týchto dvoch simulačných nástrojov do jedného komplexného simulačného modelu bol splnený cieľ prvej etapy.

    2. Etapa

Vytvorený simulačný model bol následne použitý pre simuláciu rôznych typov porúch v rôznych častiach vedenia. Vytvorený model umožnil vykonávať požadované simulácie v ľubovoľnom počte, podľa potrieb vykonávaných analýz. Mimoriadna pozornosť bola venovaná modelovaniu zemných spojení, pretože tie sa vo vedeniach 22 kV vyskytujú v najväčšom počte a ich lokalizácia je problematická.

Na základe modelovania prevádzky vedenia 22 kV boli analýzy rozdelené do dvoch smerov. Prvý smer bol zameraný na zistenie potrebných údajov pre identifikáciu typu poruchy. Záznamy o činnosti ochrán a spínacích prvkov, ktoré boli generované vytvoreným modelom SCADA systému, boli analyzované pomocou metódy rozhodovacích stromov, ktoré patria do oblasti umelej inteligencie, konkrétne získavania znalostí. Pre analýzu získaných dát bol použitý algoritmus C.5, ktorý z daného množstva konkrétnych prípadov dokáže nájsť všeobecne platné pravidlá pre riešený problém. Výsledkom aplikácie algoritmu C.5 bola množina jednoduchých produkčných pravidiel (typu IF ... THEN ...), ktorá umožňuje na základe reakcie ochrán určiť typ poruchy. Analýzou získaných produkčných pravidiel boli určené dôležité informácie, ktoré by sa mali prenášať na dispečing, aby bolo možné spoľahlivo určiť typ poruchy.

Druhý smer vykonávaných analýz bol zameraný na návrh novej metódy pre lokalizáciu porúch v 22 kV vedeniach. Na základe modelovania prevádzky týchto vedení bola navrhnutá metóda využívajúca princíp triangulácie. Aplikovanie tohto princípu je založené na tom, že pri poruche sa z miesta poruchy do celej siete šíri podpäťová vlna. Šírenie podpäťovej vlny je možné merať vo vhodne umiestnených detekčných zariadeniach, pričom platí, že čím ďalej od miesta poruchy je detekčné zariadenie umiestnené, tým neskoršie do neho podpäťová vlna dorazí. Pre overenie vhodnosti použitia šírenia sa podpäťovej vlny, ako zdroja informácie pre výpočet miesta poruchy, bolo vykonaných niekoľko simulácií a analýz, ktorých cieľom bolo určiť hlavné faktory ovplyvňujúce rýchlosť šírenia sa podpäťovej vlny.
Dosiahnuté výsledky boli použité pre:

• návrh matematického aparátu pre výpočet miesta poruchy,

• návrh výpočtového algoritmu,

• definovanie potrebných dát pre výpočet,

• definovanie spôsobu získavania potrebných dát do RIS.

Získaním pravidiel pre určenie typu poruchy a návrhom novej metódy pre výpočet miesta poruchy boli naplnené ciele druhej etapy riešenia projektu.

    3. Etapa

V záverečnej etape projektu bol navrhnutý a vytvorený jednoduchý expertný systém. Do tohto systému boli vložené získané produkčné pravidlá pre určovanie typu poruchy. Taktiež bolo navrhnuté a vytvorené prepojenie matematického aparátu pre výpočet miesta poruchy a expertného systému, ktoré spočíva hlavne v schopnosti expertného systému využívať pre svoje účely funkcie externých aplikácií. Tento prístup bol zvolený z toho dôvodu, že expertný systém pracuje predovšetkým s poznatkami (ktoré sú vyjadrené vhodným reprezentačným formalizmom – v našom prípade to boli produkčné pravidlá), u ktorých sa väčšinou používajú logické operácie. Zložitejšie operácie, ako napríklad realizácia navrhnutého výpočtového algoritmu, je vhodné riešiť pomocou externých aplikácií, ktoré sú expertným systémom volané v prípade ich potreby.

Expertné systémy sú podmnožinou znalostne orientovaných systémov, medzi ktoré je možné zaradiť všetky informačno-komunikačné systémy, ktoré pri svojej činnosti používajú vyjadrenie nejakých znalostí prostredníctvom logických podmienok a operácií. Pod takýmto systémom je možné rozumieť aj aplikáciu, ktorá pracuje nad databázou a podľa v nej uloženého programu vyhľadáva potrebné dáta v databáze a používa ich vhodným spôsobom počas svojho programu. Ak tento poznatok aplikujeme na riadiace systémy používané v energetike (riadenie sietí sa odohráva nad obrovskou databázou), môžeme skonštatovať, že implementácia novej navrhnutej metódy do existujúcich RIS a SCADA systémov je realizovateľná ako doplnková funkcia k funkciám už existujúcim, čím sa naplnili ciele tretej etapy projektu.

Záverom je možné skonštatovať, že počas riešenia projektu sa podarilo splniť hlavný cieľ projektu, ktorým bolo navrhnúť novú metódu pre lokalizáciu poruchy v sieti 22 kV, ktorá by pri svojej činnosti využívala prvky umelej inteligencie, konkrétne expertných systémov. Navrhnutá metóda je jednoduchá, inovatívna a jej implementácia nepredstavuje zložitý zásah do existujúcich riadiacich informačných systémov distribučných spoločností.

Poznatky a výsledky získané počas riešenia projektu boli prezentované na domácich a zahraničných konferenciách a v domácich a zahraničných časopisoch. Taktiež boli tieto poznatky zakomponované do predmetov vyučovanými členmi riešiteľského kolektívu vo všetkých troch stupňoch vysokoškolského štúdia. Do riešenia projektu boli zapojení doktorandi a taktiež diplomanti a bakalári. Medzi dôležité pridané hodnoty projektu patrí realizácia trojfázového modelu vedenia 22 kV, ktorý bude použitý pre ďalšie vedecko-pedagogické a propagačné (oslovenie žiakov základných a stredných škôl pre štúdium techniky) aktivity členov riešiteľského kolektívu.