sipatre-administración inteligente de alarmas

Definición del SIPATRE

Capítulo 5.


5.1 Problemática Planteada en el Análisis de Alarmas

El procesamiento de alarmas ha sido tradicionalmente un subsistema de los sistemas supervisorios y no ha cambiado significativamente durante varias generaciones de sistemas supervisorios realizados. Sin embargo el personal de operación de los SEP (Sistema Eléctrico de Potencia) siempre ha deseado un mecanismo (software) que mejore el actual monitoreo de alarmas. El capitulo actual presenta la forma en que actualmente se procesan las alarmas en el M9000 y un método diferente en el manejo de las alarmas, este método se realiza por medio de conocimiento incluido en el sistema SIPATRE.

Como hemos visto los sistemas de manejo de energía tienen alguna forma de procesamiento de alarmas para alertar sobre la operación de parámetros que están fuera del rango normal ó de algún cambio que afecta la operación normal del sistema eléctrico de potencia. Se describe el siguiente escenario para mostrar lo que sucede cuando una alarma se recibe:

El operador del SEP recibe la alarma. El operador del SEP determina que evento(s) causan la alarma. El operador del SEP determina las consecuencias que vendrán por dicho

evento. El operador del SEP determina las acciones correctivas

Como se muestra en la referencia [2], las alarmas son generadas por una variedad de condiciones del sistema tales como:

Cambio en la condición de un interruptor. Limites excedidos de alguna magnitud (Mw, Mvar, Volt, Amp, Hz) Desviación de frecuencia. Desviación de voltaje. Operación del equipo de protección Malfunción en el control remoto del equipo.

El sistema de computo (SICTRE) para el control y monitoreo de la energía tienen hasta 5000 mediciones ó mas (actualmente mayo99, 2880 con actualización entre 2 y 12 segundos) y procesan hasta 25000 dispositivos de indicación (actualmente mayo99, 7392 con poleo continuo). El procesamiento de

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alarmas y mensajes es mostrado al operador del SEP continuamente en las consolas de manera rápida y confusa.

Estudios realizados por “Human Factor Review of Electric Power Dispatch Control Centers” vol. 1-6 del Instituto de Investigaciones De Potencia Eléctrica, Palo Alto, CA., listan muchos problemas que el operador percibe del conjunto de alarmas que día a día se despachan durante la operación de un SEP. La lista incluye:

Alarmas con insuficiente especificación. Alarmas con demasiada especificación. Demasiadas alarmas durante un disturbio. Perdida de alarmas en parámetros clave. Alarmas falsas. Múltiples alarmas de un mismo evento. El paso de las alarmas por el monitor es tan rápido que no es posible leer el

contenido de estas. Las alarmas aparecen sin orden de prioridad.

Ya que el operador debe analizar la condición del sistema y tomar acciones cuando una alarma aparece, entonces los problemas listados antes pueden interferir con la habilidad del operador para ejecutar su tarea.

Entre las recomendaciones dadas por la referencia [1 ] están:

El sistema de procesamiento de alarmas debe presentar datos que informen al operador y no ráfagas de datos que lo confundan.

La transformación del conjunto de alarmas en información debe ser realizada de tal forma que comprometan la visión del operador hacia el SEP, ofreciéndole una base para la toma de decisiones y ofreciéndole una idea clara de las condiciones que en el sistema de potencia causaron las alarmas.

La prioridad de las alarmas deberá cambiar dinámicamente de acuerdo a los cambios en las condiciones del SEP.

Entre los diversos estudios reportados por [3], se presento el concepto de procesamiento combinado de alarmas, el cual se basa en la idea de que una combinación de alarmas tiene más significado que la sola ocurrencia de una alarma. La idea sugiere que el procesamiento de alarmas posee reglas lógicas tales como:

IF alarma AAND alarma BTHEN alarma C

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Otras ideas se basan en incluir listas de alarmas por desplegados en orden cronológico, por subestación, por categoría, asignando una prioridad a cada alarma y luego presentarlas por orden de prioridad y dando prioridades a determinados desplegados.

5.2 La Inteligencia Artificial en Controles Supervisorios

En vista de la creciente necesidad de mejorar la calidad de operación del Sistema Eléctrico de Potencia (SEP) de manera más eficiente, se plantea la utilización de mecanismos computacionales y de la Inteligencia Artificial para evitar rezagarse, y presentar desventajas estructurales para lograr este objetivo. Por lo que es indispensable que se desarrolle una metodología para lograr el desarrollo de herramientas de la Inteligencia Artificial (I.A.), que sean útiles en la supervisión y control de un SEP.

Como se comprende, el procesamiento de alarmas no es un problema simple. Los sistemas pueden manejar más de 1000 alarmas por hora en promedio y hasta el doble (2000) en un periodo de 5 minutos durante emergencias críticas. En consecuencia el operador del SEP no las considera, ya que no le es posible tomar una acción determinada cuando las alarmas son desplegadas de tal manera.

Actualmente existe la tendencia internacional de que los sistemas de tiempo real para el monitoreo y control de un SEP tengan razonamiento en cada una de sus acciones, desde el sistema de adquisición de datos SCADA (comunicación de datos de entrada/salida desde la Maestra a UTR) hasta acciones de control automático (tiro y restauración de carga), así como el diagnostico de falla y manejo inteligente de alarmas.

Bajo estas consideraciones es conveniente participar en la creación de una metodología para desarrollo de herramientas de I. A. que de manera adecuada y eficaz use tecnologías propias y externas, de acuerdo a su rentabilidad y eficiencia.

El objetivo de esta tesis se basa en la idea de que las alarmas no deben simplemente desplegarse, sino que los mensajes de alarma junto con los datos del SICTRE (Sistema de Información y Control en Tiempo Real) y los de EMS (Energy Manager System) deben mostrar al operador la información ya analizada por un sistema inteligente de procesamiento de alarmas.

Si por ejemplo, el SEP experimenta la perdida de una línea de transmisión, el sistema de alarmas y eventos mostrará al operador del SEP los cambios de los interruptores y los mensajes de desconexión de la línea y

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desenergización así como la perdida de voltaje, lo cual podría tomar más de una pantalla completa del monitor para desplegar los mensajes, con lo que el operador del SEP perdería la paciencia al no poder analizar cada mensaje cuidadosamente en el corto tiempo que tiene para realizar esta tarea. Esto último hace necesario realizar un análisis de los mensajes que determine que línea fue desenergizada y sólo mostrar la información relevante. Este diagnóstico debe realizarse rápidamente, para que el operador del SEP esté enterado tan pronto como sea posible de la nueva condición del sistema eléctrico de potencia. El método para desplegar los mensajes se ajustará a las condiciones del sistema, de esta manera si el sistema experimenta un disturbio, ciertas alarmas se deberán suprimir tan pronto como ocurran.

5.3 Método para la Administración Inteligente de Alarmas

Para llevar a efecto un diagnóstico de los eventos del sistema se requiere de técnicas que engloben el procesamiento de información simbólica y lógica, además de los datos numéricos disponibles del SEP. El estado del sistema se almacena en una computadora por medio de descriptores. Estos descriptores que son listas de símbolos (palabras ó frases) cuyo valor lógico conocido puede ser verdadero, falso ó desconocido.

La base de datos contiene el conocimiento del experto acerca de un problema en términos de "reglas de producciones" las cuales pueden ser manipuladas por la computadora, las reglas de producciones están en forma de declaraciones IF-THEN que son entendidas por la gente que trabaja en el sistema experto, por ejemplo:

IFEl tipo de alarma es "AL" ó "AL1" ó "AL2", ANDesta es una alarma de bus, ANDno se dispara la alarma de KV del bus más cercano

THENPRINT alarma

La regla IF-THEN especifica un conjunto de condiciones en la parte condicional IF a la cual debe seguirle la parte THEN como regla de ejecución. La regla dada en el anterior ejemplo tiene tres condiciones unidas por un operador AND, si se cumplen las tres condiciones, la parte THEN imprime la alarma, Como se demuestra la regla requiere que las alarmas deben ser un tipo de código como "AL", "AL1" ó "AL2" y además debe ser una alarma de bus y no debe haber alarmas de KV del bus cercano, si estas condiciones son dadas entonces se imprime la alarma. Las reglas pueden unirse a cualquier otra por medio de "THEN", y formar un conjunto de reglas.

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El sistema experto manipula las reglas de dos formas:

Forward chaining: En este método la información es proporcionada al sistema experto para que este llegue a una conclusión. Para lo cual realizara una serie de comparaciones de la información de entrada con las reglas que requieren esa información como parte del IF. Si una regla ó más de una dan suficiente información como para validar la parte IF, entonces la parte THEN ejecuta la posibilidad de fijar otros parámetros los cuales se convierten en la entrada de la parte IF de otras reglas, etc., si al final de este proceso, la conclusión es encontrada, esta es mostrada por el sistema experto.

Backward chaining En este modo las conclusiones especificadas son probadas una a la vez, con el sistema experto trabajando desde la parte THEN a la parte IF de las reglas, luego se observan otras reglas con la parte THEN con los parámetros que hacen juego (pareja) en la parte IF ,etc.. Cuando ninguna regla es encontrada para evaluar un parámetro, entonces el sistema experto pregunta por la información que necesita. Cuando todas las condiciones han sido evaluadas para dar una conclusión particular, el sistema experto trazara su razonamiento mostrando que reglas fueron utilizadas.

5.4 Sistema Inteligente de Procesamiento de Alarmas en Tiempo Real (SIPATRE)

La figura 5.1 muestra el diagrama del sistema experto que opera y analiza las alarmas en tiempo real haciendo decisiones de cuales mostrara al operador. El uso de este SIPATRE no implica que se remplazara al procesador de alarmas existente, sino que solo será un suplemento de ayuda. La figura 5.1 muestra dos conjuntos comunes al sistema experto, que son la base de conocimientos y la maquina de inferencias.

La base de conocimientos consiste de reglas las cuales determinan como el sistema experto tratara los datos de entrada de manera a como el experto humano los juzgaría, emulando así el comportamiento humano.

La maquina de inferencia es la parte del sistema experto que manipula las reglas y traza conclusiones a partir de los datos de entrada. El diagrama de la figura 5.1 solo muestra los mensajes de alarma que entran al sistema experto, sin embargo en cualquier momento el programa podría requerir datos de entrada por parte del operador del SEP.

Aun cuando una alarma no sea desplegada inmediatamente por el SIPATRE, esta será retenida en un buffer por cierto periodo de tiempo. Esto

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permite al sistema experto analizar una alarma en base a la ocurrencia previa de otras alarmas.

Figura 5.1 Diagrama general del SIPATRE.

5.5 Definición de las reglas del SIPATRE

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La base de conocimientos del SIPATRE tratara las alarmas en alguna de las siguientes categorías:

Alarmas generadas por interruptores. Alarmas generadas por generadores. Alarmas de estado de líneas/transformadores. Alarmas de la carga en líneas/transformadores. Alarmas de voltajes en barras. Alarmas que regresan a estado normal.

Se tendrán las siguientes categorías para las reglas:

Reglas a nivel de alarmas: Determinarán que tipo de elemento en el sistema (barra o línea/transformador) presenta un parámetro de alarma y vigilarán el estado de este elemento para ver si empeora.

Reglas de pérdida de generación: Verificarán las alarmas que impliquen cambio en el estado de interruptores, alarmas de error de control de área, alarmas del estado de la generación, para establecer si la generación se ha perdido.

Reglas de alarmas eliminadas: Determinan cuando eliminar las alarmas y se subdividen en:

1. Eliminar alarmas que regresan a estado normal si previamente en un tiempo cercano no se tenia el estado alarmado.

2. Eliminar las alarmas de cierre/apertura de interruptores, si estas son resultado de la conexión, desconexión, energización, desenergización de una línea ó transformador.

3. Eliminar alarmas de KV en un bus si anteriormente una alarma fue generada por un bus cercano.

4. Eliminar alarmas de flujo en líneas (MW, MVAR) si previamente la alarma del nivel de flujo no se ha excedido.

5. Eliminar toda alarma que llegue continuamente durante un intervalo de tiempo determinado, y solo presentar la primera ocasión de su llegada.

Reglas de impresión de alarmas: Determinan cuando imprimir o desplegar las alarmas y se subdividen en :

1. Imprime una alarma que regresa a un estado normal si ésta presentó el estado anormal de un elemento en un tiempo previo.

2. Imprime todas las alarmas de generación.3. Imprime las alarmas de desergenización cuando un interruptor abre en ambos

extremos de la línea o del transformador, de otra manera imprime un mensaje de error.

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4. Imprime todas las alarmas de una línea o transformador que implique un empeoramiento de su condición.

5. Imprime todas las alarmas de KV de barra, para las cuales ninguna barra este cercana.

Reglas para mensajes especiales: Mensajes generados por una combinación de condiciones de especial significado. Por ejemplo:

" Análisis sugiere una perdida de generación "" Análisis sugiere una perdida de carga "" Análisis sugiere una ganancia de carga. "" Análisis sugiere que existe carga aislada "" Error de procesamiento "

El error de procesamiento se da cuando existen condiciones ilógicas tales como:

1. Una alarma de desenergización se recibió pero no hay alarma de interruptor abierto.

2. Una alarma de error de control de área se generó por un valor negativo largo de ECA (Error de Control de Area) pero no se tiene evidencia de perdida de generación tal como el disparo de generadores.

3. Una alarma de error de control de área se recibió de un valor positivo largo del ACE pero no se tiene evidencia de carga perdida o aislada.

5.6 Descripción funcional de SIPATRE

Cada alarma del M9000 se obtiene a través de INTERFAZ y se procesa por SIPATRE que se encarga de dar visibilidad a las condiciones criticas que son controladas por el operados del SEP y que requieren atención inmediata para la operación adecuada del SEP. las funciones de SIPATRE son:

Crear una cola de mensajes para ser desplegados. Formatear los mensajes a ser desplegados. Disparar a DEDUCE según lo especifique el programa. Asegurar que los mensajes no se pierdan.

El flujo de datos se obtienen de INTERFAZ a cada 2 segundos. Al recibir los datos, éstos son verificados, para notar si existe una condición anormal. El archivo de eventos se actualiza con la información recibida.

Cuando el programa detecta una condición anormal se transmite a DEDUCE (rutina que investiga los detalles de la falla), cuando se recibe el mensaje, DEDUCE almacena todo evento que ocurre durante 20 segundos, una vez

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transcurrido los 20 segundos DEDUCE realiza su trabajo y regresa el control a SIPATRE, no existe perdida de alarmas durante esta fase.

Los mensajes son formateados y enviados a la ventana de experto dentro del ambiente de ventanas de GEMINIS (interfase desarrollada en Bisual VASIC), el formato es semejante al manejado por el formateado de Alarm/Event Processing Subsystem del M9000

Módulos en SIPATRE:

OBTENER: Se encarga de colocar en la tabla “ESTADOS”, los estados actuales de interruptores y mediciones que obtiene de XENI. También se encarga de mostrar en la ventana de Bitácora-Principal todo mensaje enviado por INTERFAZ, por ultimo cada mensaje es enviado al módulo ACRÓNIMO.

ACRÓNIMO: Se encarga de desglosar el mensaje y toma la parte correspondiente al acrónimo luego la compara con los acrónimos que se encuentran en la tabla “ACRÓNIMOS”, si es igual en alguno entonces se envía el mensaje al módulo de LICENCIA , en caso de no ser igual el acrónimo entonces el mensaje se desecha y se regresa al módulo de OBTENER.

LICENCIA: Aquí se desglosa el mensaje para ver si tiene relación con equipo en licencia por parte del departamento de operación, para hacer esta tarea se compara el mensaje con la tabla de “LICENCIA” comenzando con la subestación, luego el tipo de equipo (IN, CU, PR), si esta relacionado entonces el mensaje se envía a la bitácora de “Maniobras en Licencia” y se regresa al módulo OBTENER. Si no hay relación del mensaje con equipo en licencia entonces el mensaje se envía EL-REDUNDANCIA.

EL-REDUNDANCIA: Se encarga de desechar todo mensaje redundante para lo cual se vale de reglas y tablas: Elimina mensajes que regresan a estado normal si previamente en un tiempo

cercano no se tenia el estado alarmado. Elimina mensajes que lleguen de forma continua durante un intervalo de

tiempo.Para la primera regla se considera la existencia de un buffer fifo el cual almacena los estados anormales de los 10 últimos minutos, y si el estado “normal” no se corresponde con alguno de los anormales entonces el mensaje se desecha.La siguiente regla considera la existencia de un buffer fifo de 3 celdas donde se almacenan los últimos 3 mensajes, el siguiente mensaje que llega es comparado contra estos 3, si es igual a alguno de ellos no se da el desplazamiento en las celdas, en caso contrario se da el desplazamiento y el mensaje es desplazado fuera del buffer hacia el módulo FALLA. Todo mensaje igual es contabilizado y se le pega el número de veces que se ha repetido.

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FALLA: Solo considera los mensajes correspondientes a IN y PR, verifica si cumplen con determinadas reglas y de ser así se envía un mensaje a DEDUCE. Los mensajes que no cumplen con las reglas son enviados al módulo LIDER-SEGUDOR.

LIDER-SEGUIDOR: verifica el mensaje si es tipo AL o PR, luego verifica si esta activo el bit de seguidor, luego compara en la tabla “LIDER” el líder correspondiente, luego se toma el líder (IN) y se busca en el buffer de “RecienIN” (que contiene los mensajes de IN en los últimos 15 segundos), si se encuentra se elimina el mensaje, de lo contrario se envía a la bitácora.

El siguiente diagrama de flujo nos muestra de manera grafica los modulos que componene el SIPATRE.

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