人工智能在電力系統(tǒng)故障診斷中的應(yīng)用

　　隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展和電力走向市場,人們對電網(wǎng)的安全運(yùn)行和供電可靠性的要求越來越高。電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，要求調(diào)度人員迅速準(zhǔn)確的判別故障元件與故障性質(zhì)，及時(shí)處理故障，恢復(fù)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。輸配電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中發(fā)電廠與電力用戶之間輸送電能與分配電能的中間環(huán)節(jié)，包括各電壓等級的輸配電線路和變電所。它的故障是不可避免的，而電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和各種監(jiān)控設(shè)備的應(yīng)用使得輸配電網(wǎng)絡(luò)故障診斷顯得尤為重要。因?yàn)槠淇煽啃灾笜?biāo)是影響整個(gè)電力系統(tǒng)可靠性的重要因素，其可靠性的改善將給整個(gè)電力系統(tǒng)的安全、可靠性和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來巨大的效益。所以研究工作者一直致力于發(fā)展先進(jìn)、準(zhǔn)確、高效的自動(dòng)故障診斷系統(tǒng). 

　　輸配電網(wǎng)絡(luò)故障診斷主要是對各級各類保護(hù)裝置產(chǎn)生的報(bào)警信息、斷路器的狀態(tài)變化信息以及電壓電流等電氣量測量的特征進(jìn)行分析,根據(jù)保護(hù)動(dòng)作的邏輯和運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn)來推斷可能的故障位置和故障類型。由于這一過程很難用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法描述,而人工智能技術(shù)則由于其善于模擬人類處理問題的過程,容易計(jì)及人的經(jīng)驗(yàn)以及具有一定的學(xué)習(xí)能力等特點(diǎn)在這一領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。通過對網(wǎng)絡(luò)缺陷判斷的認(rèn)知過程的分析，應(yīng)用綜合知識診斷、模糊理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能技術(shù)的最新成果，開發(fā)出一套綜合自動(dòng)邏輯分析判斷系統(tǒng)，可對缺陷進(jìn)行了分析并提供監(jiān)督處理意見，使檢修人員對問題的認(rèn)識更具全面性、有效性和針對性。本文簡要介紹了相關(guān)的人工智能技術(shù),如專家系統(tǒng)(ES)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)、模糊理論(FZ)、遺傳算法(GA)等的基本概念,并在此基礎(chǔ)上按單一智能方法、綜合智能方法的應(yīng)用，分別對文獻(xiàn)中提出的相應(yīng)的輸配電網(wǎng)絡(luò)故障診斷方法進(jìn)行述評,分析他們在輸配電網(wǎng)絡(luò)故障診斷中應(yīng)用的特點(diǎn)以及存在的主要問題，以促進(jìn)該研究領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。 

　　1單一智能方法 

　　1．1專家系統(tǒng) 

　　專家系統(tǒng)是人工智能應(yīng)用研究最活躍和最廣泛的課題之一,它是一個(gè)智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng),其內(nèi)部具有大量專家水平的某個(gè)領(lǐng)域知識與經(jīng)驗(yàn),應(yīng)用人工智能技術(shù),根據(jù)某個(gè)領(lǐng)域一個(gè)或多個(gè)人類專家提供的知識和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理和判斷,模擬人類專家的決策過程,以解決那些需要專家決定的復(fù)雜問題[1]。按其所求解問題的性質(zhì)，可把它分為幾種類型，其中的診斷專家系統(tǒng)的任務(wù)就是根據(jù)觀察到的情況（數(shù)據(jù)）來推斷出某個(gè)對象機(jī)能失常（即故障）的原因。 

　　專家系統(tǒng)在輸電網(wǎng)絡(luò)故障診斷中的典型應(yīng)用是基于產(chǎn)生式規(guī)則的系統(tǒng),即把保護(hù)、斷路器的動(dòng)作邏輯以及運(yùn)行人員的診斷經(jīng)驗(yàn)用規(guī)則表示出來,形成故障診斷專家系統(tǒng)的知識庫,進(jìn)而根據(jù)報(bào)警信息對知識庫進(jìn)行推理,獲得故障診斷的結(jié)論�；�于產(chǎn)生式規(guī)則的故障診斷專家系統(tǒng)得以廣泛應(yīng)用主要是由故障診斷和基于產(chǎn)生式規(guī)則的專家系統(tǒng)的特點(diǎn)所決定的。輸電網(wǎng)絡(luò)中保護(hù)的動(dòng)作邏輯一級保護(hù)與斷路器之間的關(guān)系易于用直觀的、模塊化的規(guī)則表示出來;基于產(chǎn)生式規(guī)則的專家系統(tǒng)允許增加、刪除或修改一些規(guī)則,以確保診斷系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和有效性;能夠在一定程度上解決不確定性問題;能夠給出符合人類語言習(xí)慣的結(jié)論并具有相應(yīng)的解釋能力等。此外,框架法專家系統(tǒng)善于表達(dá)具有分類結(jié)構(gòu)的知識,能夠比較清楚的表達(dá)事物之間的相關(guān)性,可以簡化繼承性知識的表述和存儲,在輸電網(wǎng)絡(luò)報(bào)警信息處理和故障診斷中也有少量應(yīng)用。 

　　文獻(xiàn)[2]提出了一種知識獲取的多層流式的功能模型,可以自動(dòng)獲取變電站的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和保護(hù)配置等方面的知識,用于產(chǎn)生變電站停電后的恢復(fù)方案，原理上有創(chuàng)新。文獻(xiàn)[3]介紹了一個(gè)基于專家系統(tǒng)和多媒體技術(shù)開發(fā)的配電變壓器測試與診斷解釋系統(tǒng)，主要用作培訓(xùn)工具，以保留和傳播專家的經(jīng)驗(yàn)與知識。文獻(xiàn)[4]采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)開發(fā)了用于保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的專家系統(tǒng)，著重考慮了保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與電力網(wǎng)絡(luò)本身設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)，以確保保護(hù)系統(tǒng)是電力系統(tǒng)運(yùn)行中的一個(gè)繼承的和有效的部分。以輸電線路距離保護(hù)的設(shè)計(jì)為例，揭示了該專家系統(tǒng)的功能。文獻(xiàn)[5]描述了意大利電力公司正在開發(fā)的用于大停電后協(xié)助運(yùn)行人員進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù)的專家系統(tǒng)的主要目標(biāo)與軟件結(jié)構(gòu)。著重介紹了在系統(tǒng)部分挺點(diǎn)時(shí)，如何決定最適當(dāng)?shù)妮旊娡ǖ缹㈦娏�輸送到停運(yùn)的火電廠的機(jī)組，以恢復(fù)其運(yùn)行，同時(shí)保證系統(tǒng)運(yùn)行在安全狀態(tài)。文獻(xiàn)[6]介紹了一個(gè)用于配電變電站恢復(fù)控制的專家系統(tǒng)，作為變電站自動(dòng)化的一個(gè)組成部分。目前只考慮了韓國常見的雙母線、雙斷路器接線方式的變電站。文獻(xiàn)[7]描述了為葡萄牙輸電控制中心研制的智能警報(bào)處理和系統(tǒng)恢復(fù)輔助專家系統(tǒng)的解釋機(jī)制的開發(fā)，增加解釋機(jī)制后明顯改善了專家系統(tǒng)的行為。作者開發(fā)這一專家系統(tǒng)用了七八年的時(shí)間，已經(jīng)達(dá)到實(shí)用水平。文獻(xiàn)[8]用多個(gè)智能代理的思想設(shè)計(jì)了以分布式專家系統(tǒng)為基礎(chǔ)的配電自動(dòng)化的概念性框架。用IA處理不同的專家系統(tǒng)之間的合作，IA之間用標(biāo)準(zhǔn)的信息交換語言KQML來實(shí)現(xiàn)。這樣可以把現(xiàn)有的一些專家系統(tǒng)，如負(fù)荷預(yù)報(bào)、配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、配電系統(tǒng)恢復(fù)和保護(hù)設(shè)備的協(xié)調(diào)等集成為一個(gè)配電自動(dòng)化系統(tǒng)。 

　　雖然專家系統(tǒng)能夠有效的模擬故障診斷專家完成故障診斷的過程,但是在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一定缺陷，其主要問題是知識獲取的瓶頸問題、知識難以維護(hù)，以及不能有效的解決故障診斷中許多不確定因素，這些問題大大影響了故障診斷的準(zhǔn)確性。 

　　1．2人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 

　　人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）是模擬人腦組織結(jié)構(gòu)