Программно-аппаратный комплекс (ПАК) с мультиагентной ОС реального времени

Предлагается внедрить мультиагентную систему управления узлов подстанции (ПС) на основе технологии ASG (Advance Smart Grid). Мультиагентная операционная система (ОС)  позволит создать единую систему управления подстанцией в реальном времени. Инновационная система управления будет соответствовать  3-м критериям для эффективных систем управления: обеспечению наблюдаемости, управляемости и устойчивости работы подстанций в реальном времени. В этом случае ПС будет являться «апплетом» для систем управления более высокого уровня. 

В рамках мультиагентной системы управления ПС будет работать набор «апплетов» обеспечивающих следующие функции: 

- управление процессами в узлах ПС в реальном времени: процессы в ВВ, трансформаторах и т. п.

- управление группами узлов ПС (функции РЗиА, защиты от перенапряжений)

- реализация функционала ПС: штатные режимы и оптимизация переходных процессов при переключении режимов работы ПС

- обеспечение работы ПС, как элемента ААС (Smart Grid сети) более высокого уровня 

В рамках мультиагентной ОС будет обеспечено ранжирование всех «апплетов» по полосам пропускания.

Все «апплеты» синхронизированы в единой сетке синхронизации мультиагентной ОС, что обеспечивает работу энергосистемы в реальном времени происходящих в сети процессов.

Физически система управления включает в себя: унифицированные блоки электронного управления, сеть связи между распределёнными по подстанции электронными блоками. Собственное питание электронных блоков и передача данных идёт по одной и той же проводной линии (технология помехоустойчивой PLC). Стоит отметить, что тип передачи данных - играет второстепенную роль и не является критическим параметром. Продукт может быть адаптирован под другие типы передачи данных (ВОЛС и т. д) без потери  функциональных возможностей.

Обеспечение наблюдаемости

Система формирует «цифровой кадр» состояния подключенных к ней узлов ПС каждые 2мс. Задача  «цифрового кадра» в синхронизации 3-х видов информационных потоков: 

- Синхронизация потока данных прямых измерений от всех датчиков, подключенных ко всем блокам управления – токи, напряжения, фазы и т. п.

- Синхронизация потока вычислений  во всех блоках управления – команды управления, производные и т. п.

- Синхронизация процессов управления -  все данные «цифрового кадра» привязаны к единой сетке времени – 1-2мс и отражают объективное  тех. состояние узлов подстанции на точно заданное время. 

Частота смены «цифровых кадров» - 0,5 – 1КГц позволяет системе управления «видеть» динамику процессов, идущих в подстанции. 

Обеспечение управляемости

Электронные блоки системы управляют узлами ПС со временем реакции ~ 10-5 сек. То есть появляется возможность реагировать на событие быстрее, чем его развитие. Например, упредить развитие КЗ в линии до её физического разрушения. Кроме того, каждый электронный блок «видит» текущее состояние узлов всей ПС, что расширяет алгоритмические возможности системы управления. 

Например, для использования ASG системы управления в составе вакуумных выключателей (ВВ) возможно синхронизировать ВВ с другим оборудованием, избежать перенапряжений и потерь энергии за счёт пофазной «управляемой коммутации», слежения за состоянием сети ВВ. 

Обеспечение устойчивости

Под устойчивостью системы управления понимается сохранение её функционала при неблагоприятном действии окружающей среды. Малые времена наблюдения за узлами ПС ~ 10-3 сек. и реакции на событие в узлах ПС ~ 10-5 сек.  ASG - системы управления резко увеличивают устойчивость системы.  Процессы управления в ASG - системе идут быстрее, чем развитие тех. процессов на ПС. 

Это отличает данную систему от асинхронных систем управления, которые регистрируют уже закончившиеся процессы в энергосетях. Причём  энергопроцессы рассматриваются как несвязанные между собой причинно – следственными связями. Мультиагентная ОС реального времени на основе ASG технологии обеспечивает более точную и качественную работу комплекса ПС. 

Надёжность и практическая реализация систем

За счёт высокоскоростного управления в реальном времени обеспечивается высокий уровень надёжности.

Данные ряда датчиков и критичная для системы управления информация может дублироваться в ASG - системе для получения точного, надёжного управления. Предлагаемая система реального времени (синхронная система) ориентирована в первую очередь на создание, так называемых робастных систем управления с максимальным уровнем надёжности. 

НИОКР по ASG - системам управления ведётся с 2004 года, разработка велась специализированно для задач управления энергопотоками.  За это время проработаны основные компоненты проекта, проведены тесты и испытания. От ФСК ЕЭС получено положительное экспертное заключение по включению технологии ASG в план НИОКР на 2013-2017гг. – Письмо № БР – 6493  от 3.08.12г. Проект является победителем Конкурса Русских инноваций в 2010г. в номинации «Инновационный проект».

Рейтинг проекта +23

Команда

+ Вступить в команду
Показать еще

Обсуждения

Комментарии

Игорь Аблаев Проект очень живой, сделанный на классических методах управления и длительно работающий на практике в опытных системах управления. В проекте применён "системный подход" к разработке управлению ПС. Большинство технических достижений проекта в том, что ПС рассматривается не как массив параметров её оборудования, а как функции взаимодействия внутри ПС и с внешними сетями.
Ответить 0 23 апреля 2013 в 10:48
Evgeny Sapozhnikov Судя по цифрам (10 в минус 5 сек) ваша система должна работать быстрее развития КЗ. Правильно ли я понял? Если это правда – то мысленно аплодирую, это получается очень быстрое прикладное решение.
Игорь Аблаев Ответ на вопрос положительный, действительно на нижнем уровне - "работа с узлами" нужна самая высокая скорость и минимальное время реакции. Что и сделано чуть быстрее развития КЗ в нашей системе, это одна из её возможностей. Большинство решений в технике можно реализовать "на месте" без обращений к другим блокам вычислений. Аналогично работают рефлексы в живом мире - они самые быстрые, затем идёт "мышечная память" на которой построен весь спорт и др. более сложные и медленные функции с участием мозга. Нам понравилась эта концепция, наша искусственная система построена по эволюционным техническим принципам.
Ответить 0 13 мая 2013 в 14:27
Игорь Архипов Идеологически все правильно. Технологически пока не совсем все все чисто. Я считаю, что Вам надо кооперироваться. Аналогичные комманды есть уже и на портале. Вот пример обсуждения по схожей тематике. http://regimov.net/showthread.php/9662-РЅРѕРІРѕСЃ…
Ответить 0 14 мая 2013 в 17:38
Игорь Аблаев Добрый день! Читал о работе архитектурного комитета. Спасибо за ссылку, материал интересный, может быть его вывесить для коллег? Я ещё раз внимательно просмотрел все проекты (тематика мультиагентной ОС), очень похоже на разрозненные пазлы из презентации. Думаю, что нужен «системный подход» и обращение к экспертам по этому вопросу в ИПУ РАН и др. организаций. Материал: http://rutracker.org/forum/viewtopic.php?t=3936852 или работа И. Кондрашина «Диалектика Материи». Знаю что «системный подход» эффективно работает. Обычный инженер видит 2 шестерни и привод. Инженер - системщик оперирует передаточной функцией (числом), потоком нагрузки на валах А и В. То есть нужны люди видящие прозрачно (в математике с чёткими критериями) работу сети на разных уровнях, как системы в широком смысле этого слова. Думаю, что самое большое достижение нашего проекта в том, что мы используем «Системный подход». Все технические части проекта связаны чёткой логикой, которая следует из динамики работы системы. Может быть не всегда эта внутренняя логика, математические или физические связи видны, но они есть. Конечно, нам необходимо более глубокое погружение в специфику, терминологию, стандарты, но эта работа следующего уровня по направлениям НТЦ ЕЭС.
Ответить 0 15 мая 2013 в 14:53
Волошин Александр Волошин Добрый день! Поясните, пожалуйста, каким образом можно обеспечить работу системы в темпе 10е-5 секунды, если самые быстрые исполнительные элементы, устанавливаемые на энергообъектах, имеют собственное время срабатывания порядка десятков и сотен миллисекунд? Или Вы имеете ввиду время дискретизации? Для каких конкретно задач управления оборудованием подстанций Вы считаете необходимым время реакции 10е-5 сек?
Игорь Аблаев Здравствуйте! Большие и медленные узлы состоят из множества компонентов. В последнее время сложная техника насыщается полупроводниковыми компонентами, отказ которых приводит к отказу всего "объекта". Для защиты и управления сложных объектов нужно время реакции 10-5сек. Это позволит защищать хотя бы чувствительную к перегрузкам, не говоря о КЗ электронику узлов и систем. Второй самый важный момент в том, что частота переходных процессов в узлах энергообъектов (верхняя граница) выше, чем частота существующего управления. Это технический нонсенс, а не "управление". Таким образом, можно мониторить состояние узла и видеть его прошлые состояния. Техника диктует то, чтобы было ровно наоборот - частота управления была выше 2-10 раз, чем частота физических процессов в узле, системе и т. п. (Теорема Шенона - Котельникова). Не вдаваясь в дебри теории САУ высокие частоты и малые времена реакции обеспечивают возможность расчёта "будущих состояний" узла и его проактивную реакцию. Это немного другой уровень техники, но не абстрактный. Рассчитывает как-то зенитная ракета оптимальную точку встречи с целью, при условии очень активного и непредсказуемого маневрирования цели. Кроме того, есть желание заменить медленные электромеханические элементы коммутации на спец. полупроводники. Задерживают процесс нанотехнологии, но это вопрос времени. Тем самым быстрое управление будет ещё более востребовано.
Ответить 0 15 мая 2013 в 09:15
Игорь Архипов Игорь, все правильно вы говорите, кроме того такие времена нужны уже сечас при старых коммутационных аппаратах, для определения развития аварии и выдачи управляющих воздействий противоаварийной автоматики нового типа, где органом пуска будут устройства, определяющие движение объекта в сети - фактически как с зениткой. ЗЫ - Правда Н. Виннер потом предупреждал, что у САУ зентики не оказалось целей... Поэтому концепт многоагентного подхода должен восполнить эту брешь.
Ответить 0 15 мая 2013 в 10:02
Волошин Александр Волошин Я бы предложил разделить защиту и управление. Для защиты характерно отсутствие обратной связи в контуре управления, т.е. выдали команду и отключили поврежденный элемент. При этом чем быстрее будет зафиксировано повреждение на защищаемом элементе, тем быстрее он будет отключен. Но время отключения все равно будет определяться временем расхождения контактов силового выключателя и временем горения дуги. Никакая система управления не сможет это исправить. А вот в системе управления должна быть обратная связь, поэтому результирующее время реакции системы будет определяться самым медленным элементом в замкнутом контуре управления - в случае подстанции это выключатели, РПН, УШР, СТК и т.п. И кроме того, для реализации системы потребуется передача даных между ее элементами по ЛВС, чаще всего применяется Ethernet. Каким образом можно обеспечить передачу данных по ЛВС, таким образом, чтобы обеспечить время реакции в 10е-5 сек? Сейчас минимальное время передачи сигнала между терминалами РЗА составляет порядка 1-2 мс.
Ответить 0 15 мая 2013 в 10:24
Игорь Архипов Разделить как? Я так понял вопросы не в передаче за 10-5, а обработки потока значений с нарезкой в 10-5 с возможностью определения градиентов
Ответить 0 15 мая 2013 в 11:01
Волошин Александр Волошин Тогда 10е-5 это не время реакции системы в целом, а время дискретизации АЦП. Т.е. частота выборок порядка 100 кГц. Для волнового ОМП, например, нам необходим АЦП с частотой дискретизации 4 МГц. Я имею в виду, что защиту и управление нужно рассматривать отдельно, т.к. в них есть принципиальные различия по организации обратной связи.
Ответить 0 15 мая 2013 в 11:12
Игорь Архипов :) Раздельно это как- разными людьми? т.е. релейщики релейкой, кибернетики управлением?
Ответить 0 15 мая 2013 в 11:44
Игорь Аблаев Спасибо Александр за интересную дискуссию! Мне кажется, что разделение не нужно и часто вредит делу. Ну например, разделение диагностики и управления в разные даже структурные единицы не продуктивно. Диагностика - это часть САУ, если это не очень медленный, стационарный процесс. Иметь классную диагностику и не иметь возможности управлять этими процессами или наоборот неправильно. Время реакции человека со спортивными рефлексами - 0,1 сек, строить дорогостоящий комплекс электроники замыкающийся на человека уже не актуально. Не успееет человек сделать работу суперкомпьютера. Сама САУ должна "разгрузить" задачи управления взяв на себя всё самое быстрое и критичное управление. Может быть идти альтернативным путём - разработать платформу управления, которая будет мультизадачной и мультиагентной. Здесь можно использовать принципы "системного подхода", где нет отдельных параметров, а используются вектора, производные, градиенты и передаточные функции?
Ответить 0 15 мая 2013 в 15:15
Игорь Архипов

Может быть идти альтернативным путём - разработать платформу управления, которая будет мультизадачной и мультиагентной. Здесь можно использовать принципы "системного подхода", где нет отдельных параметров, а используются вектора, производные, градиенты и передаточные функции?

Так и придется... Агентная тематика возникает как и объектная именно из-за этого. Так проще разрабатывать и эволюционировать.

Ответить 0 15 мая 2013 в 15:27
Игорь Архипов Мы тут за технологическую конвергенцию:) Разделять надо для описания и анализа. Как показывают технологические тренды, все приложения в одном ящике жить и работать на одном базисе будут... Живут же 3D шутеры, САПР, Word и косынка на одном компьютере...
Ответить 0 15 мая 2013 в 12:25
Игорь Аблаев Просмотрел внимательно проекты "Энергопрорыва". Замечательно, что в есть идеи, которым хочется мысленно апплодировать. Конечно часто новое - это хорошо забытое старое, но тем не менее и ультразвук и разрыв молекул нефти волнами, достижения по управлению сетями показывают уровень технической культуры. Про этот тип культуры часто забывают, однако именно он движет вперёд материальное развитие страны.
Игорь Архипов Старое, старое:) Вчера день Пионерии был... Не просто спорить с высотой, Еще труднее быть непримиримым. Но жизнь не зря зовут борьбой, И рано нам трубить отбой – бой, бой
Ответить 0 20 мая 2013 в 15:09
Игорь Аблаев То, что старое это точно. Основные идеи и применения, например, по ультразвуку изложены в труде: Бергман Л. "Ультразвук и его применение в науке и технике" (1957г.) вплоть до сварки, резки, сушки и применения в пищепроме. Всё-таки 726стр. изд. Иностранная литература (было до изд. "Мир"). Мне её специалисты-практики с большим стажем в своё время рекомендовали. Но физиков от лириков отличает умение использовать самую сложную теорию практически. Инженерам приходится читать и вникать в кучу неизвестных книг, документов по ходу движения проектов. Вот это достойно уважения, правильно народ вытаскивает "забытые вещи" для новых практических применений.
Игорь Архипов У меня есть мнение, что основные сдвиги помимо сверхпроводимости в технологиях элеткричества даст резонанс, а это лазерная техника, ультразвук (пьезоэлектрика) и новомодные графен и нанотрубки.
Ответить 0 20 мая 2013 в 16:42
Игорь Аблаев Кстати про "резонанс", пока это не афишируется, но он может очень активно работать в сфере новых источников энергии. Например, для электромобилей увеличение запаса хода (автономии) на 1 зарядке за счёт использования "резонансных эффектов", управления источником и т. п. может достигать от 24 до 86%. Моя команда уже промоделировала такую батарею для европейского электромобиля, уверен что её можно сделать практически, включая сравнительные заезды. Жаль, что у нас эта тема не сильно развивается. Слышал, что вводятся большие Li-Ion накопители для Сочи и Северо-Запада. Однако там нельзя индивидуально контролировать каждую Li-Ion ячейку, всё жёстко последовательно соединено и т. п. Думаю, что это дорого - ставить много "нанобатареи", без возможности тонко их регулировать. Да и в быту, есть идея в Европе массово заряжать электромобили ночью в рамках Smart Grid концепции.
Ответить 0 20 мая 2013 в 17:08
Валерий Анисимов В проекте опубликован новый материал Анисимова Валерия Евгеньевича, как объединить WAMS, WACS технологии с синхронной САУ ПС нашего проекта. Очевидно, что синхронные технологии передачи данных и управления будут лежать в основе новых продуктов в России и Европе. В рамках синхронных технологий возможно получить эффективный синтез диагностики и управления.
Ответить 0 27 мая 2013 в 15:02
Игорь Аблаев Интересно, можно ли с помощью WAMS, WACS технологий и использования САУ ПС вкл/выкл в сеть новые источники энергии, СНЭ , объекты децентрализованной генерации?
Валерий Анисимов Да, это возможно. Связка двух синхронных технологий адаптивна. САУ ПС позволяет "увидеть" вектор работы ПС (многокомпонентный), инструменты WAMS при оценке данных сети используют эти данные при построении систем более высокого уровня. Вся общая система получается синхронной с высокой наблюдаемостью и способна эволюционировать. Интересной кажется задача использования энергии переходных процессов сети (потери энергии) для зарядки СНЭ, но это требует серьёзной проработки и целенаправленного проектирования.
Ответить 0 28 мая 2013 в 11:26
Игорь Аблаев Мне кажется, что ситуация с "переходными процессами" очень интересна. Малое время процесса диктует невозможность физического влияния на него, управления им и т. п. И процесс называется "переходным" и де юро почти мгновенным и неуправляемым. Но если перейти на управление с малым квантом времени (10 минус 3, 5 сек), то тот же самый процесс становится сначала наблюдаемым (видим эволюцию параметров во времени), а затем и управляемым. Де факто граница между контролируемыми и неконтролируемыми процессами сдвигается. Интуинтивно, это очень похоже на идеи "нанотехнологий", только уменьшаются не макро - в - нано, а шаг (такт) времени. И это также даёт резкий технологический толчок вперёд!
Ответить 0 30 мая 2013 в 08:15
Игорь Архипов Самое главное у технологов уточнить как это можно использовать и какие проблемы решить.
Ответить 0 30 мая 2013 в 10:01
Игорь Аблаев

Абсолютно согласен. Мне нравится биологический, эволюционный подход: есть функция - есть орган, её реализующий. Всё идёт от запроса на конкретный функционал с диапазоном параметров, только после этого проектируется узел, система и т. п. его реализующий. Здесь желательно не иметь технической избыточности, недостаточность означает невыполнение ТЗ.

Ответить +1 31 мая 2013 в 09:13
Ответить 0 31 мая 2013 в 10:12
Игорь Аблаев

Как мы обещали членам команды и экспертам, нам удалось задать вопросы о перспективах синхронных систем эксперту в области безопасности систем управления EDF Жилю де Лёзу. Жиль де Лёз специализируется на вопросах надёжности и безопасности систем коммуникаций/управления во Франции.
Главное в его деятельности - рассмотрение электронных и IT- систем в аспекте надёжности, преодоление технической уязвимости, аудит безопасности новых систем.

Ответить 0 4 июня 2013 в 13:00
Игорь Аблаев

Хочу выразить благодарность коллегам и организаторам финала Конкурса "Энергопрорыв"!
Конференция позволила расширить круг общения с коллегами. Отдельная благодарность экспертам за консультации, в финале удалось создать дружественную, конструктивную среду общения профессионалов.
Было бы здорово создать сообщество конкурса, которое могло бы поддерживать контакты всех проектов в постоянном режиме. Желаю всем финалистам увидеть эффективную работу своих идей на практике.

Яна Кулакова

Игорь, благодарим Вас за теплые слова!
В свою очередь, выражаем благодарность конкурсантам, которые приняли участие в конференции!
Портал продолжает функционировать, постепенно превращаясь в площадку для дискуссий, обмена мнениями, знаниями, опытом, поиска единомышленников. Желаем участникам конкурса в будущем успешно реализовать свои идеи и проекты на практике!

Ответить 0 13 июня 2013 в 15:13

Добавление комментария