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北极星电力网技术频道 作者:佚名 2007/12/26 21:53:14
专家系统在馈线自动化系统中的应用王东宁，汪俊峰，孟宪伟(思达高科配网技术公司，河南郑州450001)摘要：专家系统利用专家在馈线自动化系统中的知识较好地解决了常规程序在进行馈线自动化故障判断、故障隔离与非故障区段恢复供电中数学计算模型复杂、数据计算量大、计算时间长、负荷转代约束目标多等缺点。该方法具有一定的应用价值。
关键词：专家系统；馈线自动化；故障判断；故障隔离；恢复供电1引言
传统的馈线自动化中故障判断、故障隔离与非故障区段恢复供电采用的方式是基于图与树的数据结构和相关搜索算法的常规程序设计方法。该方法虽然在已有的数学模型基础上解决故障判断与隔离和非故障段上游区恢复供电较为合适，但在非故障段下游区恢复供电时需要在多种约束条件的基础上作大量的分析计算，对计算出的负荷转代方案按照评价目标排序，提示操作人员，操作人员根据经验判断再作出较为合适的负荷转代方案。
该方法存在一些缺点，如多约束目标往往包含：负荷节点电压约束，馈线容量约束，网络损耗约束等，对不同的配电网架结构约束目标往往不同，而且相同的配电网架结构不同的时间约束目标也可能不同，所以很难找到一个合适的评价方法对负荷转代方案作出评价。做出评价方案的排序，仍然需要操作人员根据经验做出判断选择合适的负荷转代方案。另外在常规的计算方法中也存在计算数据量大，计算时间长，这也增加了恢复供电的时间，影响电力企业的经济效益。
从以上可以看出常规的馈线自动化计算方法存在一定的局限。本文提出基于实时数据平台与专家系统结合，利用专家系统的知识与规则的约束，通过实时系统采集的状态信息与故障信息数据做馈线自动化的触发判据，自动生成故障隔离与恢复供电方案，减少操作人员的干预，提高供电的可靠性。
2专家系统简介
专家系统就是一种在相关的知识领域内具有专家水平解题能力的智能程序系统［３］，它能运用领域内专家多年积累的经验与专门知识，模拟人类专家的思维过程，求解需要专家才能解决的困难问题。
专家系统与常规的计算机程序之间的不同主要表现为：常规的计算机程序是对数据结构以及作用于数据结构的确定性算法的表述，即：常规程序=数据结构 算法；而专家系统是通过运用知识进行推理，力求在问题的领域内推导出满意的解答［２］，即：专家系统=知识 推理。
典型的专家系统的组成要素如图1所示。在基于规则的系统中，知识库包含以规则形式编码的解决问题的领域知识，规则是表示知识的常用形式，它包括：
(1)用户界面（应用程序接口）
单独的专家系统需要用户与专家系统之间通讯，在本系统中专家系统需要获得实时系统的实时数据知识，所以提供与实时系统的接口。
(2)解释机
解释系统的推理并返回给用户。
(3)推理机
通过决定哪些规则满足事实和目标，并授予规则的优先级，然后执行最高优先级规则来进行推理。
(4)议程
由推理机建立的一个规则优先级表，这些规则需要匹配事实与目标。
(5)知识获取机
在通过用户界面或应用接口传递系统知识与规则时，需要为用户建立一个自动输入方法，以代替知识工程师去编码知识［２］。
拥有知识是专家系统区别于其他计算机软件系统的重要标志，知识质量和数量是决定专家系统性能的关键因素，知识获取是一个与领域专家、专家系统建造者与专家系统自身都密切相关的复杂问题。知识获取的任务就是为专家系统获取知识，建立起健全、完善、有效的知识库，以满足求解领域问题的需要。所以它需要做以下的工作：知识的抽取，知识的转换，知识的输入与知识的检测［1］。如图2所示。3系统实现
馈线自动化专家系统中知识的获取包括：调度专家在该领域内的经验知识与基于实时系统中的实时数据知识（如当前开关是否变位，是否存在过流与失压信息）。专家领域内的知识可以通过知识的输入环境将知识数据录入到知识库中，对于实时数据的知识需要实时系统接口，自动获得实时系统传递的实时信息数据。
下面以在SD-2000配电自动化系统中实现的一个简单的手拉手环网为例（如图3），阐述如何基于专家系统实现馈线自动化。对于复杂的多电源配电网络，原理同简单环网相同。图中A、G为出线开关，B、C、D、E、F为分段开关，网络结构的开环点可以根据网络的运行状态确定。
实现馈线自动化的具体步骤如下：
(1)描述网络开关的拓扑结构，定义开关状态与故障的模板结构
网络拓扑是馈线自动化常规程序判断的依据，同时也是馈线自动化专家系统知识库中描述网络结构的依据，但前者是通过数据结构来描述拓扑的，而专家系统是通过知识来描述网络拓扑的。
在本例中网络拓扑结构的知识表述为：建立自定义事实。采用CLIPS的描述语言如下：根据两个出线开关建立两个堆栈队列，描述配电网络的拓扑结构作为专家系统的初始化事实知识，同时定义初始状态。
开关故障信息的模板结构作为知识规范化的方式，限制其槽的结构与槽的名称。描述如下：(2)确定配电网络运行的开环点
配电网络的运行特点为：闭环结构，开环运行，所以开环点的判断是馈线自动化专家系统的基础知识。在离线编辑状态无法确定网络的开环点，所以需要在在线运行状态中根据开关的实时状态信息数据确定。SD-2000配电自动化系统中实时数据平台将网络中各个开关的状态信息通过数据访问接口将实时开关的状态信息以数据知识的形式传递到馈线自动化专家系统中。专家系统根据传递的知识与规则库中的规则匹配，通过推理机的判断决定环网的开环运行点。此步骤的规则称为初始化规则，流程如图4所示。
以上规则中存在的一些基本的语法知识可参见文献［２］。
(3)根据故障开关知识进行故障定位与故障隔离的判断
初始化规则将环网开环点确定后以知识的形式存储在事实列表中，同时通过产生(phaseJudge-Fault)事实转移到判断故障阶段，故障判断规则通过搜集过流开关信息的事实等待触发。所以当配电网络出现故障时，SD-2000实时数据采集系统（SCADA）将开关的故障信息以规定的事实结构形式传递到馈线自动化专家系统，专家系统采用模式匹配方式将事实与规则的前件匹配，从而触发故障判断规则。将判断的结果打印或显示在规定的窗口上。故障定位与隔离的判断规则的流程如图5所示。故障判断规则描述如下：
(4)进行非故障区段的恢复供电
专家系统在故障定位结束后，将产生故障区段事实，该事实将自动触发故障恢复规则，由于对不同的故障区域存在不同的上游与下游非故障区域，将启动不同的恢复供电规则，这里包含正常的恢复供电规则、无上游区的恢复供电规则、无下游区的恢复供电规则。这三种不同的故障恢复规则只存在一个规则被触发，同时将判断的信息打印或输出到指定窗口中。规则如图6所示。描述如下：
以上可以看出一共5个规则就可以实现简单手拉手环网的馈线自动化，下面针对配电馈线自动化的故障点，上述的规则如何运行进行举例。
假设初始状态中开环点为D开关，在确定配电网络运行的开环点规则（defruleinitialize）将直接触发，将开环点事实产生((nameD)(statusoff))。同时产生判断故障事实(phaseJudge-Fault)，为故障判断触发提供条件，将初始化事实(phaseinitialize)删除，并打印输出。
当线路上B、C开关之间出现故障，则线路产生故障的过流信息，开关A、B过流，应用程序将生成过流事实（overcurrentA、B）。故障判断事实（defruleJudgeFault）触发，根据规则中前件的逻辑条件，最终输出判断结果“故障发生在B与C之间”,生成（FaultDuanB、C）事实，同时删除过流事实（overcurrentA、B）。
下一步将根据事实条件触发非故障区域恢复供电规则，对B、C之间产生故障的存在上游与下游区域，所以(defruleFaultRecover)规则将触发，根据前件中的逻辑判断则后件输出为“上游区恢复供电方案为：将A闭合；下游区的负荷转供方案为:将D闭合”。对于故障区域中不存在上游或下游区域的将分别触发(defruleNoneUpRiver)与(defruleNoneDownRiver)规则。
对于复杂的供电网络，需要知识工程师与电力调度专家详细讨论，确定对于不同故障点的故障隔离与恢复供电方案，同时知识工程师将方案知识化，录入专家系统知识库。
馈线自动化专家系统在实现馈线自动化的判断的方法上与常规程序相比存在其优点：故障判断、恢复供电迅速，恢复方案准确，无需操作人员干预等。所以基于人工智能的专家系统在馈线自动化具有一定的应用价值。
4系统设计的软件环境
专家系统平台采用C 实现，支持WINDOWS与UNIX跨平台环境，系统开放性好，提供与各种外部应用的接口，同时提供命令语言的扩充方法。专家系统外壳提供丰富的编辑与调试手段，使二次开发容易、方便。专家系统运行环境采用紧凑的内核模式，运行速度快，系统开销小。参考文献［1］杨以函，唐国庆.专家系统及其在电力系统中的应用［Ｍ］.北京：水利电力出版社,1995.
［２］JosephGiarr[1][2]下一页
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