Desenvolvimento de uma base de conhecimento com regras fuzzy e produção visando monitoramento baseado em condição de uma usina hidrelétrica

Abstract

Desde a reestruturação do setor de energia elétrica no Brasil e no mundo, as empresas de energia elétrica, em especial o pessoal técnico da operação e manutenção em usinas hidrelétricas, estão experimentando cada vez mais novos desafios de complexidade, relacionados em manter a confiabilidade do funcionamento dos ativos em unidades de geração hidrelétricas, pertencentes a usinas hidrelétricas. Dentro desses desafios, podemos dizer que o diagnóstico de falhas em tempo real de ativos em unidades de geração de energia hidrelétrica ainda é um problema não resolvido completamente, por causa de sua natureza multifatorial relacionada com a expansão física. O uso de novas tecnologias e normas de altos padrões de confiabilidade dos ativos na Usina Hidrelétrica, dificulta significativamente o processo de tomadas de decisão da equipe técnica. Em um esforço para ajudar a resolver esse problema particular, este trabalho propõe uma metodologia que aborda o problema do diagnóstico de falha em ativos das unidades de geração hidrelétrica, utilizando conceitos de lógica FUZZY e sistemas especialistas. Através do estado da arte analisou-se o problema de diagnóstico de falhas, e foram descritas as principais vantagens e desvantagens dos métodos contemporâneos. Abordando esse problema em particular, a fim de compreender o problema de pesquisa como um todo, a metodologia apresentada é baseada em conceitos de lógica FUZZY para representar o raciocínio da equipe técnica, em relação ao processo de diagnóstico de falhas, através de entrevistas e utilizando a técnica sistemática para análise de falhas chamada FMEA (Failure Mode e Analysis Effects). Além disso, o modelo de referência OSA-CBM (Open System Architecture for Maintenace Condition-Based) foi utilizado para estruturar a base de conhecimento do sistema especialista, através de regras de produção e FUZZY. Também é apresentada em detalhe a criação de regras de produção e regras FUZZY, abordando a experiência da equipe técnica no processo de diagnóstico de falhas. É importante ressaltar que todos os passos metodológicos são descritos em termos de dados reais e pertencem a uma Usina Hidrelétrica brasileira. Finalmente, como contribuição para a solução do problema de pesquisa anteriormente mencionado, esta solução proposta implementa uma forma diferente de implementação da lógica FUZZY para o problema, a fim de auxiliar no processo de tomada de decisão feito pelo pessoal técnico em relação ao diagnóstico de falhas em tempo real de ativos pertencentes a usinas hidrelétricas. ______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Since the restructuring of electrical sector in Brazil and in the globe, electric energy enterprises and specifically the operating and maintenance technical personnel in Hydroelectric Power Plants (HPPs) are experiencing, increasingly new complex challenges, basically related to maintain the reliability of the assets operating belonging to Hydroelectric Generating Units (HGUs). One of the most important challenges could be the online fault diagnosis of assets in HGUs that still is an open problem due to their multifactorial nature related to physical expansion, usage of new technologies and the compliance of regulations more strict about reliability of assets in HPPs what difficult considerably the decision making process executed by the technical personnel. As an effort to contribute to the solution of that particular open problem, this investigation introduces a methodology to approach the fault diagnosis problem in assets belongs to HGUs using concepts of FUZZY logic and expert systems. Firstly, through the state of the art, it is reviewed the fault diagnosis problem describing the main advantages and drawbacks of the contemporary methods approaching that particular open problem in order to understand the whole research problem. After that, it is presented a methodological proposal based on FUZZY logic concepts in order to model and represent the technical personnel’s expertise related to the fault diagnosis process through interviews by using a systematic technique, for analysis of faults, called FMEA (Failure Mode and Effects Analysis). In addition to this, it used the reference model OSA-CBM (Open System Architecture for Condition-Based Maintenance) for structuring the expert system knowledge base implementing crisp and FUZZY production rules. Also it is presented in detail the reasoning lines for building of the expert system knowledge base specifying the kind of crisp and FUZZY production rule implemented containing the technical personnel’s expertise about the fault diagnosis problem. It is important to point out that all the methodological steps are described in terms of actual data belong to a Brazilian HPP. Finally, as a contribution to the solution of the aforementioned problem could be mentioned this methodological proposal that investigates a different way for application of the fuzzy logic to that open problem in order to support the decision making process executed by technical personnel related to the online fault diagnosis process in assets belong to HPPs. ______________________________________________________________________________________________ RESUMEN

Desde la reestructuración del sector eléctrico en Brasil y en el mundo, las empresas de energía eléctrica y en particular el personal técnico de la operación y mantenimiento en plantas hidroeléctricas, están experimentando cada vez más nuevos desafíos de complejidad, relacionados básicamente a mantener la confiabilidad del funcionamiento de los activos en unidades de generación hidroeléctrica pertenecientes a plantas hidroeléctricas. Dentro de esos desafíos podemos decir que, el diagnóstico de fallas en tiempo real de activos en unidades de generación de energía hidroeléctrica es aún un problema sin solución completa, debido a su naturaleza multifactorial, relacionada a la expansión física, el uso de nuevas tecnologías y cumplimiento de normas más exigentes de confiabilidad en activos de la planta hidroeléctrica, dificultando considerablemente el proceso de tomada de decisión por parte del personal técnico. Como un esfuerzo para contribuir a la solución del problema en particular, este trabajo de investigación propone una solución que aborda el problema de diagnóstico de fallas en activos de unidades de generación hidroeléctrica, usando conceptos de lógica FUZZY y sistema computacional especialistas. Por medio del estado del arte, es analizado el problema de diagnóstico de fallas, describiendo las principales ventajas y desventajas de los métodos contemporáneos abordando el problema en particular, con el objetivo de entender el problema de investigación como un todo. Después de eso, es presentada la solución propuesta basada en conceptos de lógica FUZZY, para modelar y representar el raciocinio del personal técnico en el proceso de diagnóstico de fallas, e por medio de entrevistas usando una técnica sistemática para análisis de fallas llamada FMEA (Failure Mode and Effects Analysis) para aquirir el conocimento del personal especialista. Además de eso, es usado el modelo de referencia OSA-CBM (Open System Architecture for Condition-Based Maintenance) para la estructuración de la base de conocimiento del sistema especialista, para la creación de reglas de producción y reglas difusas. También es presentada detalladamente la creación de las reglas de producción e reglas FUZZY, referentes a la experiencia del personal técnico en el proceso de diagnóstico de fallas. Es importante señalar que todos los pasos metodológicos son descritos en términos de datos reales pertenecientes a una planta hidroeléctrica brasileña. Finalmente, como una contribución a la resolución del problema de investigación previamente mencionado, puede ser mencionada esta propuesta metodológica que investiga una forma diferente de aplicar la lógica difusa a ese problema, con el objetivo de auxiliar en el proceso de tomada de decisión por parte del personal técnico en relación al diagnóstico de fallas en tiempo real de activos pertenecientes a plantas hidroeléctricas.