Protection system coordination using expert system

Die wissenschaftliche These dieser Dissertation besteht in der Kernaussage, dass die Implementierung eines Expertensystems zur wissensbasierten Koordination von Schutzsystemen möglich ist. Im Fokus dieser Dissertationsarbeit steht das Vorhaben, die Parameter von Schutzgeräten vorzuschlagen, zu koordinieren und zu optimieren. Dabei verfolgt diese Arbeit zwei Ziele: 1 - Die Sammlung von Expertenwissen in einer Schutzsystem-Wissensbasis. 2 - Die Wahl und Programmierung einer geeigneten Expertensystem-Architektur zu einem Prototypen für optimierte Schutzkoordination. Die Erfahrungen von Schutzexperten wurden gesammelt und ausgewertet, um schließlich zu koordinierten Einstellwerten für Schutzgeräte zu gelangen, die sowohl zum Schutz von einzelnen Betriebsmitteln (Sammelschienen, Generatoren, Motoren, Transformatoren, Reaktoren, und Übertragungsleitungen) als auch des gesamten Hochspannungs- und Energiesystems beitragen. Dabei wenden Schutzexperten ihre Erfahrungen und ihr Wissen an, um Schritt für Schritt eine entsprechende Schutzkoordination vorzunehmen. Das Expertensystem imitiert dieses Verhalten in einer webbasierten Anwendung. Diese Arbeit unterteilt das zur Verfügung gestellte Wissen der Schutzexperten in kleinere Einheiten, nämlich in ein umfassendes Regelwerk für Schutzeinstellungen. Jede Regel kommt nur unter bestimmten Voraussetzungen zum Tragen. Infolgedessen erfragt das Expertensystem vom Anwender die jeweiligen Bedingungen, unter denen eine bestimmte Regel zur Anwendung kommt. Jeder Benutzerdialog besteht dabei aus den Bestandteilen: Frage, Antwort, Kriterien, Empfehlung und Optimierung. Die Reihenfolge, in der die Dialoge ablaufen bzw. in der die Fragen gestellt und Empfehlungen gegeben werden entspricht der Vorgehensweise von Schutzexperten gemäß den von ihnen zur Verfügung gestellten Erfahrungswerten. Aus jedem Dialog resultiert entweder ein bestimmter Einstellungswert oder ein bestimmtes Kriterium für die Einstellung eines Parameters einer jeden Schutzfunktion zu jedem Schutzgerät. Die generierten Einstellkriterien werden dann hinsichtlich der kürzesten Fehlerklärungszeiten oder der längsten Betriebsdauer einzelner Betriebsmittel und des Gesamtsystems optimiert. In jedem Dialog kann der Anwender die empfohlenen Werte übernehmen oder seine eigenen Einstellwerte vorgeben.  The scientific thesis of this dissertation is to move that implementing an Expert Systemfor protection system coordination knowledge domain is possible. This dissertation focuses on proposing, coordinating and optimizing protection devices setting values. This work has two main goals: 1- Expert engineers knowledge acquisition in protection system coordination domain. 2- Selecting a proper Expert System architecture and implementing it as a pilot system to optimize protection system coordination. We have collected the knowledge of experienced protection engineers which provides a coordinated protection settings for the protection of equipments (Bus, Generator, Motor, Transformer, Reactor and Line) and power systems. Experienced engineers apply their know-how step-by-step to carry out the protection coordination task. The Expert System imitates this behavior of expert engineers in a web-based application. This work has decomposed the protection knowledge of experts into smaller elements: the setting rules. Each setting rule is valid for definite conditions. Therefore, a sequence of dialogs is asked from the Expert System user to fulfill the required validity condition of each rule. Each dialog contains the following parts: Question, Answer, Criteria, Recommendation and Optimization. The sequence of which dialogs are asked as well as the question and the recommendation part of each dialog designed are based on the know-how knowledge of the expert engineers. Each dialog recommends either a setting value or a setting criterion for each parameter of each protection function in each protection device. The generated setting criteria are optimized to provide the shortest fault clearing time or the longest equipment or system operation time. In each dialog, the Expert System user may accept the proposed recommendation or dictate his proposed value