人工智能与专家系统

专家系统在直流系统在线监测中的应用0背景直流电源是发电厂、变电站等现场中重要的电源。直流系统作为控制系统和信号系统、继电保护自动控制装置的工作电源，其配电线路的绝缘性能直接关系到发电厂、变电站等的安全运行和许多用电设备的安全，对其绝缘进行在线监测以及时有效地检测出单点接地故障（或绝缘劣化）具有重要的意义，同时本部分也是智能电网直流电源系统状态可视化的关键内容。直流系统支路繁多，各个支路工作环境各不相同，发生单点绝缘劣化的情况下虽然一般不会影响正常工作，但是当出现第二个接地点时，可能会导致继电保护装置发生拒动或者误动，从而引发事故。因此，对于接地故障或者绝缘劣化必须尽快排查。直流系统的接地故障监测与查找是一个技术性难题。传统方法是一次切除各个支路负载，根据绝缘监测装置的反馈来确定故障支路，然后沿该故障支路逐级排查，最后确定故障支路。但是由于一般在直流系统支路繁多，通过逐条支路拉闸的方法进行排查往往需要数个小时乃至数日之久，十分费时费力。而且切除支路负载可能造成整个直流系统的不稳定，带来较大的安全隐患。专家系统是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域问题。也就是说，专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统，它应用人工智能技术和计算机技术，根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验，进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，以便解决那些需要人类专家处理的复杂问题，简而言之，专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。将专家系统应用到直流系统在线绝缘监测中，通过机器学习，结合现有的相关运行标准和实际运行经验进行规则化入库，不断完善专家系统，可以大大提高直流绝缘监测的效率，实现绝缘监测系统的自动诊断。1专家系统的结构设计直流系统绝缘状况在线监测中所用的专家系统是一个能运用模糊的征兆知识进行模糊推理的系统。它能模拟领域专家的分析推断过程基于模型诊断方法的基本原理如图1所示。系统模型根据系统的组成元件、功能及元件间的相互联系而建立，描述了系统的结构和功能。根据建立的系统模型及系统输入定性推理出预期的系统行为，若预期行为与实际行为之间存在差异，则通过推理得出系统的故障。

该专家系统首先应有一个能反映领域专家经验的模糊知识库。其中包含模糊知识和模糊推理规则等，这些知识由知识获取程序从领域专家那里获得；其次应有一个模仿领域专家分析推断过程的模糊推理机，模糊推理机根据用户输入的征兆数据，并结合从模糊知识库中取得的相应模糊推理规则和知识进行模糊推理。推理中用到的数据和中间产生的数据应存放在一个模糊数据库中，推理的过程和结论还应交由一个解释程序进行解释。由此可见，系统中还应有模糊数据库、知识获取程序模块和解释程序模块。专家系统的基本结构可以得到如图2，所示的用于直流系统绝缘性能故障模糊诊断的专家系统基本结构。图2直流系统绝缘性能故障模糊诊断的专家系统基本结构

2知识库和数据库设计直流系统绝缘劣化失效模式分析表明：潜在的故障部件可分为正负线缆绝缘和正负母排绝缘，故所选择的方法要能实现绝缘下降故障的有效地量化检出和辨识。直流系统的绝缘性能本质上为系统等效对地绝缘电阻的大小，当绝缘电阻大时绝缘性能好；反之绝缘性能差。而电缆的直流泄漏电流和绝缘电阻满足欧姆定律。将基于模糊理论通过对现有的相关运行标准和实际运行经验进行规则化入库，实现直流系统绝缘专家系统对绝缘故障的自动诊断。运行标准参考中华人民共和国电力行业标准颁布的《电力用直流电源监控装置规范》（DL/T856—2004）：直流系统发生接地故障或绝缘电阻低于整定值（见表1）时，直流绝缘检测装置应可靠动作。表1绝缘电阻整定值系统电压（V）绝缘整定值（kQ）220251107481.7参考上述标准和其他实际运行结果，根据运算分析，按照直流系统等效对地绝缘阻抗的大小，将绝缘监测系统的预警等级分为四级，如表2表2绝缘监测系统预警等级分级预警级别绝缘情况等效对地阻抗故障定位结果一级良好>1M欧-二级较好25k〜1M欧-三级差10〜25k欧N号支路或母排，X极四级很差<10k欧N号支路I或II段或母排，X极3推理过程直流系统在线监测故障诊断过程为一个兼顾经验知识和模型知识、由浅到深的过程。诊断过程流程见图3所示。诊断由系统报告故障报警开始，系统首先向各支路监测模块发送数据采集命令，将各个支路、母排上监测模块所反馈得来的数据在案例知识库中进行搜索，判断是否存在以往成功诊断的案例，与其进行匹配。若故障为案例知识库已有的故障，

火II旦玫＜口口口木；□丿V©J丫入玫用出口寸収卩早叹扫匕旦日匕/|、賂占J口寸収卩早,火II竺用税火II夭口巧丿牛,根据专家经验进行推理，粗略地定位故障范围，再利用基于模型的推理，利用知识库中关于部件的结构和功能描述来辨别错误功能，这是通过发现预期值和观测值之间的矛盾及应用基于模型诊断的一致性推理来实现的。图3直流系统在线监测故障诊断过程4基于模型的直流系统在线监测绝缘故障诊断方案当直流绝缘实时监测设备发现整个直流系统等效对地阻抗到达报警值时将启动报警，各个支路、母排上监测模块所反馈得来的数据若在案例知识库中无法匹配到现成的成功诊断案例，则将进入基于模型知识库的推理流程：（1）将直流泄漏电流无线采集模块采集的各支路上近正母线的传感器发送的漏电流数据做求和处理（在直流泄漏电流无线采集模块中已将支路上离正母线近端的传感器所采集的数据中加入标志位用于识别传感器所在支路位置，将支路上近正母线的段称为I段，将支路上远离正母线的段称为II段），得到的1总，将1总与等效对地电阻为50k欧的漏电流150kQ进行比较，若1总<150kQ，则向后台发送“绝缘下降故障点在母排上”诊断结果。否则，转到（2）；（2）选择支路i上采集的漏电流数据，进行诊断，直到所有支路上都完成诊断；（3）第，段支路上近母线端的传感器所测漏电流为I。若L>人kq，则向后台发送“第‘段支路绝缘情况正常”的诊断结果，返回（2）；若「-150kQ，转到（4）；（4）若预警等级不大于三级，则向后台发送“第「段支路存在绝缘下降故障”的诊断结果，转到（2）；否则，转到（5）；（5）将第「段支路上远离正母线段的传感器所测漏电流L与150kq比较，若「2>150kq，则向后台发送“第i段支路II段存在绝缘下降故障”的诊断结果。转到（6）；将L与Ji-2相减，若Ji-1-Ji-2<150kQ，则向后台发送“第i段

否否否B.否B.否是'"所有支路都已■完成诊.断，—I>I否否否B.否B.否是'"所有支路都已■完成诊.断，—I>Ii—1Si—250kn〔开始诊断流程、:I结束诊断第i段支路的||段存在绝缘下降故障第i段支路的II段存在绝缘下降故障母排上的故障＞第i段支路绝缘情况正常＞第i段支路存在绝缘下降故障选择支路i的采集的数据图4基于模型知识库的直流系统绝缘故障诊断推理流程5结论将专家系统原理应用到直流系统在线监测绝缘故障诊断中，是一种新的思路和方法。该系统所得到的诊断结论好坏主要取决于知识库所提供的知识和推理规则以及在实际运行中通过机器学习获取的经验知识。诊断过程中数据采集模块提供的征兆数据的准确性也对最终的诊断结果有很大的影响。该系统也可与实际排查结果相结合，最后显示出可能性最大的诊断报告，并给出处理建议。系统中的知识库中的规则数量和质量还有待充实和提高，以期将来能发挥更大的作用。参考文献沈小军.城市轨道交通直流馈出电缆在线监测技术[D].上海交通大学，2007.李立伟，陈伟斌，马平.新型直流系统绝缘监测装置及其实现[J].高电压技术,2008,34(11):2322-2326.⑶吴今培，肖健华.智能故障诊断与专家系统[M].科学出版社，1997.刘少宇，郭宗军，董明，等.专家系统在变电站设备诊断中的应用[J].高电压技术,2001,27(5):17-19.彭飞.一次直流系统接地故障分析[J].企业科技与发展,2011(22).⑹许烽，徐政，傅闯•多端直流输电系统直流侧故障的控制保护策略[J].电力系统自动化，2012,36(6):74-78.杨洪耕，刘守亮，肖先勇.基于S变换的电压凹陷分类专家系统[J][J].中国电机工程学报,2007,27(1):98-104.刘建国.变电站直流系统接地故障分析[J].北京电力高等专科学校学报：自然科学版，2012,29(8):43-44.康云志.直流系统绝缘异常的处理与查找原则分析[J].科技与生活,2009(22):19-19.徐玉秀，邢刚，原培新•基于专家系统与神经网络集成的故障诊断的应用研究[J].振动与冲击，2001,20(1):41-43.黄海宏，陈伟，王海