人工智能與專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)在直流系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用0背景直流電源是發(fā)電廠、變電站等現(xiàn)場(chǎng)中重要的電源。直流系統(tǒng)作為控制系統(tǒng)和信號(hào)系統(tǒng)、繼電保護(hù)自動(dòng)控制裝置的工作電源，其配電線路的絕緣性能直接關(guān)系到發(fā)電廠、變電站等的安全運(yùn)行和許多用電設(shè)備的安全，對(duì)其絕緣進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)以及時(shí)有效地檢測(cè)出單點(diǎn)接地故障（或絕緣劣化）具有重要的意義，同時(shí)本部分也是智能電網(wǎng)直流電源系統(tǒng)狀態(tài)可視化的關(guān)鍵內(nèi)容。直流系統(tǒng)支路繁多，各個(gè)支路工作環(huán)境各不相同，發(fā)生單點(diǎn)絕緣劣化的情況下雖然一般不會(huì)影響正常工作，但是當(dāng)出現(xiàn)第二個(gè)接地點(diǎn)時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置發(fā)生拒動(dòng)或者誤動(dòng)，從而引發(fā)事故。因此，對(duì)于接地故障或者絕緣劣化必須盡快排查。直流系統(tǒng)的接地故障監(jiān)測(cè)與查找是一個(gè)技術(shù)性難題。傳統(tǒng)方法是一次切除各個(gè)支路負(fù)載，根據(jù)絕緣監(jiān)測(cè)裝置的反饋來(lái)確定故障支路，然后沿該故障支路逐級(jí)排查，最后確定故障支路。但是由于一般在直流系統(tǒng)支路繁多，通過(guò)逐條支路拉閘的方法進(jìn)行排查往往需要數(shù)個(gè)小時(shí)乃至數(shù)日之久，十分費(fèi)時(shí)費(fèi)力。而且切除支路負(fù)載可能造成整個(gè)直流系統(tǒng)的不穩(wěn)定，帶來(lái)較大的安全隱患。專家系統(tǒng)是一個(gè)智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，其內(nèi)部含有大量的某個(gè)領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R(shí)與經(jīng)驗(yàn)，能夠利用人類專家的知識(shí)和解決問(wèn)題的方法來(lái)處理該領(lǐng)域問(wèn)題。也就是說(shuō)，專家系統(tǒng)是一個(gè)具有大量的專門知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的程序系統(tǒng)，它應(yīng)用人工智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，根據(jù)某領(lǐng)域一個(gè)或多個(gè)專家提供的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行推理和判斷，模擬人類專家的決策過(guò)程，以便解決那些需要人類專家處理的復(fù)雜問(wèn)題，簡(jiǎn)而言之，專家系統(tǒng)是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問(wèn)題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。將專家系統(tǒng)應(yīng)用到直流系統(tǒng)在線絕緣監(jiān)測(cè)中，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)，結(jié)合現(xiàn)有的相關(guān)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行規(guī)則化入庫(kù)，不斷完善專家系統(tǒng)，可以大大提高直流絕緣監(jiān)測(cè)的效率，實(shí)現(xiàn)絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)診斷。1專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直流系統(tǒng)絕緣狀況在線監(jiān)測(cè)中所用的專家系統(tǒng)是一個(gè)能運(yùn)用模糊的征兆知識(shí)進(jìn)行模糊推理的系統(tǒng)。它能模擬領(lǐng)域?qū)＜业姆治鐾茢噙^(guò)程基于模型診斷方法的基本原理如圖1所示。系統(tǒng)模型根據(jù)系統(tǒng)的組成元件、功能及元件間的相互聯(lián)系而建立，描述了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。根據(jù)建立的系統(tǒng)模型及系統(tǒng)輸入定性推理出預(yù)期的系統(tǒng)行為，若預(yù)期行為與實(shí)際行為之間存在差異，則通過(guò)推理得出系統(tǒng)的故障。

該專家系統(tǒng)首先應(yīng)有一個(gè)能反映領(lǐng)域?qū)＜医?jīng)驗(yàn)的模糊知識(shí)庫(kù)。其中包含模糊知識(shí)和模糊推理規(guī)則等，這些知識(shí)由知識(shí)獲取程序從領(lǐng)域?qū)＜夷抢铽@得；其次應(yīng)有一個(gè)模仿領(lǐng)域?qū)＜曳治鐾茢噙^(guò)程的模糊推理機(jī)，模糊推理機(jī)根據(jù)用戶輸入的征兆數(shù)據(jù)，并結(jié)合從模糊知識(shí)庫(kù)中取得的相應(yīng)模糊推理規(guī)則和知識(shí)進(jìn)行模糊推理。推理中用到的數(shù)據(jù)和中間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)應(yīng)存放在一個(gè)模糊數(shù)據(jù)庫(kù)中，推理的過(guò)程和結(jié)論還應(yīng)交由一個(gè)解釋程序進(jìn)行解釋。由此可見(jiàn)，系統(tǒng)中還應(yīng)有模糊數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)獲取程序模塊和解釋程序模塊。專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)可以得到如圖2，所示的用于直流系統(tǒng)絕緣性能故障模糊診斷的專家系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)。圖2直流系統(tǒng)絕緣性能故障模糊診斷的專家系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

2知識(shí)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)直流系統(tǒng)絕緣劣化失效模式分析表明：潛在的故障部件可分為正負(fù)線纜絕緣和正負(fù)母排絕緣，故所選擇的方法要能實(shí)現(xiàn)絕緣下降故障的有效地量化檢出和辨識(shí)。直流系統(tǒng)的絕緣性能本質(zhì)上為系統(tǒng)等效對(duì)地絕緣電阻的大小，當(dāng)絕緣電阻大時(shí)絕緣性能好；反之絕緣性能差。而電纜的直流泄漏電流和絕緣電阻滿足歐姆定律。將基于模糊理論通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的相關(guān)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行規(guī)則化入庫(kù)，實(shí)現(xiàn)直流系統(tǒng)絕緣專家系統(tǒng)對(duì)絕緣故障的自動(dòng)診斷。運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)參考中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)頒布的《電力用直流電源監(jiān)控裝置規(guī)范》（DL/T856—2004）：直流系統(tǒng)發(fā)生接地故障或絕緣電阻低于整定值（見(jiàn)表1）時(shí)，直流絕緣檢測(cè)裝置應(yīng)可靠動(dòng)作。表1絕緣電阻整定值系統(tǒng)電壓（V）絕緣整定值（kQ）220251107481.7參考上述標(biāo)準(zhǔn)和其他實(shí)際運(yùn)行結(jié)果，根據(jù)運(yùn)算分析，按照直流系統(tǒng)等效對(duì)地絕緣阻抗的大小，將絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的預(yù)警等級(jí)分為四級(jí)，如表2表2絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)預(yù)警等級(jí)分級(jí)預(yù)警級(jí)別絕緣情況等效對(duì)地阻抗故障定位結(jié)果一級(jí)良好>1M歐-二級(jí)較好25k?1M歐-三級(jí)差10?25k歐N號(hào)支路或母排，X極四級(jí)很差<10k歐N號(hào)支路I或II段或母排，X極3推理過(guò)程直流系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)故障診斷過(guò)程為一個(gè)兼顧經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和模型知識(shí)、由淺到深的過(guò)程。診斷過(guò)程流程見(jiàn)圖3所示。診斷由系統(tǒng)報(bào)告故障報(bào)警開(kāi)始，系統(tǒng)首先向各支路監(jiān)測(cè)模塊發(fā)送數(shù)據(jù)采集命令，將各個(gè)支路、母排上監(jiān)測(cè)模塊所反饋得來(lái)的數(shù)據(jù)在案例知識(shí)庫(kù)中進(jìn)行搜索，判斷是否存在以往成功診斷的案例，與其進(jìn)行匹配。若故障為案例知識(shí)庫(kù)已有的故障，

火II旦玫＜口口口木；□丿V?J丫入玫用出口寸収卩早嘆掃匕旦日匕/|、賂占J口寸収卩早,火II竺用稅火II夭口巧丿牛,根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理，粗略地定位故障范圍，再利用基于模型的推理，利用知識(shí)庫(kù)中關(guān)于部件的結(jié)構(gòu)和功能描述來(lái)辨別錯(cuò)誤功能，這是通過(guò)發(fā)現(xiàn)預(yù)期值和觀測(cè)值之間的矛盾及應(yīng)用基于模型診斷的一致性推理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖3直流系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)故障診斷過(guò)程4基于模型的直流系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)絕緣故障診斷方案當(dāng)直流絕緣實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備發(fā)現(xiàn)整個(gè)直流系統(tǒng)等效對(duì)地阻抗到達(dá)報(bào)警值時(shí)將啟動(dòng)報(bào)警，各個(gè)支路、母排上監(jiān)測(cè)模塊所反饋得來(lái)的數(shù)據(jù)若在案例知識(shí)庫(kù)中無(wú)法匹配到現(xiàn)成的成功診斷案例，則將進(jìn)入基于模型知識(shí)庫(kù)的推理流程：（1）將直流泄漏電流無(wú)線采集模塊采集的各支路上近正母線的傳感器發(fā)送的漏電流數(shù)據(jù)做求和處理（在直流泄漏電流無(wú)線采集模塊中已將支路上離正母線近端的傳感器所采集的數(shù)據(jù)中加入標(biāo)志位用于識(shí)別傳感器所在支路位置，將支路上近正母線的段稱為I段，將支路上遠(yuǎn)離正母線的段稱為II段），得到的1總，將1總與等效對(duì)地電阻為50k歐的漏電流150kQ進(jìn)行比較，若1總<150kQ，則向后臺(tái)發(fā)送“絕緣下降故障點(diǎn)在母排上”診斷結(jié)果。否則，轉(zhuǎn)到（2）；（2）選擇支路i上采集的漏電流數(shù)據(jù)，進(jìn)行診斷，直到所有支路上都完成診斷；（3）第，段支路上近母線端的傳感器所測(cè)漏電流為I。若L>人kq，則向后臺(tái)發(fā)送“第‘段支路絕緣情況正?！钡脑\斷結(jié)果，返回（2）；若「-150kQ，轉(zhuǎn)到（4）；（4）若預(yù)警等級(jí)不大于三級(jí)，則向后臺(tái)發(fā)送“第「段支路存在絕緣下降故障”的診斷結(jié)果，轉(zhuǎn)到（2）；否則，轉(zhuǎn)到（5）；（5）將第「段支路上遠(yuǎn)離正母線段的傳感器所測(cè)漏電流L與150kq比較，若「2>150kq，則向后臺(tái)發(fā)送“第i段支路II段存在絕緣下降故障”的診斷結(jié)果。轉(zhuǎn)到（6）；將L與Ji-2相減，若Ji-1-Ji-2<150kQ，則向后臺(tái)發(fā)送“第i段

否否否B.否B.否是'"所有支路都已■完成診.斷，—I>I否否否B.否B.否是'"所有支路都已■完成診.斷，—I>Ii—1Si—250kn〔開(kāi)始診斷流程、:I結(jié)束診斷第i段支路的||段存在絕緣下降故障第i段支路的II段存在絕緣下降故障母排上的故障＞第i段支路絕緣情況正常＞第i段支路存在絕緣下降故障選擇支路i的采集的數(shù)據(jù)圖4基于模型知識(shí)庫(kù)的直流系統(tǒng)絕緣故障診斷推理流程5結(jié)論將專家系統(tǒng)原理應(yīng)用到直流系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)絕緣故障診斷中，是一種新的思路和方法。該系統(tǒng)所得到的診斷結(jié)論好壞主要取決于知識(shí)庫(kù)所提供的知識(shí)和推理規(guī)則以及在實(shí)際運(yùn)行中通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)獲取的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。診斷過(guò)程中數(shù)據(jù)采集模塊提供的征兆數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性也對(duì)最終的診斷結(jié)果有很大的影響。該系統(tǒng)也可與實(shí)際排查結(jié)果相結(jié)合，最后顯示出可能性最大的診斷報(bào)告，并給出處理建議。系統(tǒng)中的知識(shí)庫(kù)中的規(guī)則數(shù)量和質(zhì)量還有待充實(shí)和提高，以期將來(lái)能發(fā)揮更大的作用。參考文獻(xiàn)沈小軍.城市軌道交通直流饋出電纜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)[D].上海交通大學(xué)，2007.李立偉，陳偉斌，馬平.新型直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)裝置及其實(shí)現(xiàn)[J].高電壓技術(shù),2008,34(11):2322-2326.⑶吳今培，肖健華.智能故障診斷與專家系統(tǒng)[M].科學(xué)出版社，1997.劉少宇，郭宗軍，董明，等.專家系統(tǒng)在變電站設(shè)備診斷中的應(yīng)用[J].高電壓技術(shù),2001,27(5):17-19.彭飛.一次直流系統(tǒng)接地故障分析[J].企業(yè)科技與發(fā)展,2011(22).⑹許烽，徐政，傅闖?多端直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)故障的控制保護(hù)策略[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012,36(6):74-78.楊洪耕，劉守亮，肖先勇.基于S變換的電壓凹陷分類專家系統(tǒng)[J][J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2007,27(1):98-104.劉建國(guó).變電站直流系統(tǒng)接地故障分析[J].北京電力高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012,29(8):43-44.康云志.直流系統(tǒng)絕緣異常的處理與查找原則分析[J].科技與生活,2009(22):19-19.徐玉秀，邢剛，原培新?基于專家系統(tǒng)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成的故障診斷的應(yīng)用研究[J].振動(dòng)與沖擊，2001,20(1):41-43.黃海宏，陳偉，王海