关于变电站异常处理专家系统设计的几点思考

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关于变电站异常处理专家系统设计的几点思考

作者：佚名文章来源：不详点击数：更新时间：2008-9-24 17:33:58

摘要　根据我国目前变电运行的实际状况，论证了建立变电站异常处理专家系统的必要性及意义；并对该类系统设计过程中的难点问题，特别是对知识库的构造进行了探讨。
关键词　变电站　异常　专家系统
1　引言
　　近十几年来，我国电力工业发展迅速。供电紧张的情况已经基本上不复存在，建设的重点转向改善电网结构。各地区都兴建了为数不少的变电站，这些新站自动化程度高，无需多名值班员值守；同时，伴随电力改革，变电运行也改变了原有的模式，建立了操作队。操作队在中心站内对外围站进行监视、控制，外围站内通常只有一名值班员留守。变电站在电力系统运行中处于很重要的地位；正确、迅速地处理变电设备的异常，是变电运行值班工的基本职责。可是，变电站内设备众多，可能出现的异常也是多种多样的，要使运行人员全面地掌握各种异常的处理，不仅需要长时间的培训，而且需要实际工作经验的积累。所以，对于站内出现的某种异常，并不是所有的值班员都可以予以恰当的处理；而即使是一名经验丰富的值班员，也会有遇到陌生异常而要寻求帮助的时候。此时，他们共同需要及时的指导，而变电站异常处理专家系统正是以此为出发点进行设计，希望能满足他们的需求。特别是在当前变电运行操作队的机制下，该专家系统对在中心站内要照顾众多外围站的操作队员，以及在外围站内单独留守的值班员，可以提供更有效的帮助。
　　变电站的异常处理过程是一个运行人员依照运行规程、经验，根据现场情况进行判断、推理、处理的过程，它难以用精确的数学模型来描述，不可以通过传统的数学方法来求解或得到解决。而专家系统是一个在某一特定领域内，运用人类专家的丰富知识进行推理求解的计算机程序系统；它正可弥补单纯数学求解的不足。所以，用专家系统来解决变电站异常处理的问题，不仅是必要的，而且正好发扬了它的长处。
　　本文讨论了变电站异常处理专家系统的功能和应用范围，并对其中的关键问题－知识总结、数据模型建立（知识表示）和数据库设计做了阐述。
2　变电异常处理系统的功能设计和应用
2．1　离线查询、处理
　　此功能为系统的主体功能，反映了系统设计的初衷。在系统中，对站内设备进行分类，对每类设备可能产生的异常及相应处理进行了归纳、总结。本系统对变电站的异常采取分步式和交互式的处理。用户首先选择异常设备，然后选择对应的异常现象；接着系统将给出初步的处理提示，下面用户只要一步步地同系统交互，回答系统的提问，最终就会得到异常处理的方案或结果。
2．2　支持在线报警处理
　　当变电站内发生某些异常或故障时，通过当地监控系统或SCADA系统，会有相关的报警信息出现于本地站或中心站的监控机的事件报警窗口中。为帮助值班员分析和处理异常和故障，监控系统中要配置在线报警信息处理系统。现有的在线报警信息处理系统只对引起保护动作的相关报警进行处理，而且只限于诊断功能。例如报警处理进行到XXX线路故障，开关拒动，就停止了，至于开关为什么会拒动，如何处理开关拒动，就不能给出进一步的提示。本系统可弥补现有报警信息处理系统的不足，对与故障相关、异常相关的报警都可提供相关设备的异常处理指导。例如开关拒动的处理问题分为两步：
　　（1）首先要将其负荷转移，然后使拒动开关退出运行。这关系到变电站值班员和调度员两方面的工作，实际上是一种自动生成故障操作票的过程，与正常操作的规则有很大不同，本文不对这方面问题进行深入讨论。
　　（2）最后进行拒动开关的检查和处理。
2．3　支持防误操作系统
　　综合自动化变电站可以在微机监控系统中实施对设备的远方操作。在这种方式下，当一条通过了五防机检验的命令没有得到设备响应时，可以启动异常处理专家系统，帮助查找原因。
2．4　支持仿真培训系统
　　现有的变电站仿真培训系统中一般都有正常操作培训、故障模拟和处理培训、巡视培训功能。在现场中，操作、故障处理和巡视中都可能碰到异常处理问题，但在仿真系统中还没有关于异常处理方面的在线指导功能。将异常处理系统加入其中，是对仿真培训系统功能的补充和完善。
2．5　变电异常处理知识库的编辑
　　此功能即变电异常处理的知识获取部分，体现本系统的用户可维护性能。通过用户界面，可以对变电异常处理知识库中的原有知识进行修改。或当在实际运行中，发现有新的知识或规则时，能加入到知识库中，以使本系统更好地适应现场的情况，发挥其作用。
3　知识库的建立
　　专家系统性能的优劣取决于它所拥有的知识。领域的专家知识对于开发一个专家系统既是必要的，又几乎是充分的。知识获取是建造知识库的核心问题，也是建造专家系统的“瓶颈”问题。知识获取首先要求从知识源中提炼出求解问题的知识；对于变电站异常处理专家系统而言，它的知识源就是变电运行规程、有关变电运行的培训教材及书籍［1］［2］，还有就是变电运行人员的现场经验。
3．1　总结变电异常处理知识的深度
　　系统的使用者是变电运行人员，而并非专业的设备检修人员。在生产现场，对他们的要求无非是：当变电站内有设备发生异常时，或是有告警信号时，他们能够进行简单的分析、判断，看能否找出异常原因或部位；如果异常较易处理，就自行处理一下；如果找不出异常原因或无能力处理异常，就记录在案，通知检修人员及上级。因此，面对条目众多的变电运规，有各种各样的变电培训教材，现场人员的丰富经验；再考虑到系统的使用者的实际情况和水平，在提炼、总结知识时必须有所取舍，把握好尺度。既不能太浅显，以至解决不了实际问题；也不能过于深入，使异常处理专家系统变成了变电检修专家系统。
3．2　变电异常处理知识的表示
　　知识表示是专家系统的基础，必须选择一种适合表示变电站异常处理知识的表示方法，因此必须对变电站异常处理知识的特点进行分析。
　　变电异常处理专家系统的工作过程，是一个计算机与人，通过一步步的交互来解决问题的过程。总结起来有两类知识：
　　（1）从整体上来看，不同设备特定异常处理是由多个步骤组成的。各步之间存在着紧密的逻辑联系，按照内在的逻辑联系，构成了特定设备特定异常处理的综合知识，而这种综合知识具有类似于“树”的结构，因此这方面知识的数据模型是层次模型，又可叫树状模型。
　　（2）每一步处理的知识，称为步元知识，有四项基本内容：
1）“提示”，就是某种异常的机理、成因。
　　2）“处理步骤”，就是处理某种异常的细节步骤。
　　3）“注意事项”，告知用户本步处理中要注意的问题。
　　4）“向用户询问及答案”，可以使系统根据用户的回答来决定下一步将转向哪一个步元。
　　下面以某线路刀闸“拒绝合闸”的异常处理为例对此进行说明。它包含有十个步元，分别为：
　　①观察现场接触器，电动机和传动机构动作情况。
　　②设备编号，操作程序是否有误？
③电源及保险是否熔断或接触不良？
④操作回路中是否有其它的不通点？
⑤电动机端子上的电压正常吗？
⑥电动机的问题。
⑦接触器卡滞或接触不良。
⑧接地刀闸是否拉开到位？
⑨电动机是否缺相？
　　⑩检查机械卡滞、抗劲部位。
它们构成的树状知识模型如图1所示：

　　这样一棵树是对实际异常处理过程的抽象和反映。通过对实际异常处理过程进行分析，将其分解为若干步，找出它们之间的相互联系，形成步元，然后再逻辑归总、联结，就可以得到一棵树。
　　下面举一个步元的例子。这个例子是某线路刀闸“拒绝合闸”异常处理的一步：“检查接地刀闸是否拉开到位”。如表1所示。
　　总结、归纳好变电异常处理知识后，就可以进行数据库设计和用户界面设计。

3．3　异常处理知识数据库的设计
　　根据变电异常处理知识的树状模型以及数据库设计的三范式原则，可以设计四个表来存储有关数据及知识。
　　（1）设备表。它用于存储变电站的设备。其结构如表2所示：

（2）异常表。它用于存储设备异常类型的描述。其结构如表3所示。
　　（3）步元表。它用于存储对步元知识的描述。
其结构如表4所示。
　　（4）步元索引表。它用于表示各步元知识构成的树形数据模型，并存储上级步元中向用户所提问题的备选回答。其结构如表5所示。

4　结论
　　变电站异常处理专家系统，既有利于提高变电运行人员的素质，又是对变电站自动化的一个促进，具有很好的前景。
　　开发变电站异常处理专家系统的关键，是知识总结、数据模型建立（知识表示）和数据库设计。

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