6 输电网络故障诊断专家系统的设计与实现

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3.0 李琳琳 2024-10-14 6 4 89.5KB 14 页 15积分

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在上一章中了解了输电网络的结构、SCADA 系统以及故障诊断所需的信息

本章将详细介绍整个系统的设计与实现，包括总体结构设计、开发工具选择、各

部分的具体实现等等，在此之前有必要说明一下本系统设计的两个基本依据：

1)整个输电网络不存在变压器故障，所有故障均属于线路故障、母线故障。

且不考虑断路器、保护故障，只考虑它们的动作性能，如误动、拒动等。

2 ) SCADA 系统在接收信息时，通讯系统已经对其每帧每位进行了 CRC 校

验和奇偶校验，保证了信息传输的可靠性，因此本系统认为从 SCADA 系统接

收到的故障信息是可信的，无需进行故障信息数据的预处理。

6. 1 系统总体结构设计

开发一个实用的专家系统，首先确定专家系统的总体结构是非常重要的，

这有助于对整个系统的开发过程有一个全局的了解，明确每一阶段的具体任务，

这样才能在接下来的专家系统的具体实现过程中做到有条不絮，缩短系统的开

发周期，提高系统的开发效率。本文提出的输电网络故障诊断专家系统构造的指

导思想是能够面向两类用户，即专家系统的建造者和使用者。对于前一类用户，

系统可视为一个建造工具，通过知识获取与编译程序帮助用户建造某一特定场

合的输电网络故障诊断专家系统：而对于后一类用户，系统则是一个实用的特

定场合的故障诊断专家系统，辅助用户进行故障分析和处理。其基本原理是根据

专家提供的运行经验，建立故障诊断的知识库及相应的推理机制，当故障发生

后，SCADA 系统发来的保护和断路器动作信号激活系统，依据网络拓扑结构形

成故障数据链，启动推理机，进行信号识别及故障诊断处理。据此设计了输电网

络故障诊断专家系统的总体结构如图。该专家系统大致可分为两大部分：人机接

口和专家系统内核。人机接口包括 SCADA 系统接口、运行专家人机接口和用以

输出结果及进行系统维护的图形用户接口：专家系统内核包括状态库、事实库、

知识库、推理机等。

图6. 1 输电网络故障诊断专家系统总体结构图

下面简单介绍一下各部分的基本概念和功能，具体的实现在以后的各章节

中加以详细介绍。

1)SCADA 系统接口实现与调度自动化 SCADA 系统数据采集功能模块的连

接，实时接收来自 SCADA 系统的原始故障数据，通过第一次滤波，对相关数

据进行整理，以供构成进行推理使用的数据链。电力系统实时网络通常采用

WINSOCK 通信方式、TCP/IP 协议，以打包发送的方式传递，该接口也应采用

相同方式。对于单机系统，也可采用 DDE 通信方式。

2)动态数据库动态刷新的故障数据库，它保存故障信息。

3)状态库记录输电网络设备的实时运行状态，如开关、保护、断路器的状态

等。

4)故障数据链根据动态数据库所提供的信息，结合网络拓扑结构和运行状

态，以时间为参考变量，构成用于推理的数据链。

5)知识库根据专家经验和运行规程整理的事实和规则，是专家系统推理的

依据。

6)推理机故障诊断推理机制。

7)专家人机接口知识获取、知识库维护接口。

8)图形用户接口推理结果的输出、人机交互和系统维护等。

确定了系统的总体结构后，接下来要做的工作就是系统各部分的具体程序

实现。下面将详细讨论系统开发工具的选择以及知识库、推理机、解释机制等等。

6. 2 系统的软件设计

本故障诊断专家系统在进行软件设计时，参照上一节中的系统总体结构各

部分要实现的功能，在设计过程中遵循了如下原则：1)知识与知识处理机构分

开和互相独立的原则；2)按系统功能实现模块化构造的原则；3)交互性原则，

即用户与专家系统之间的信息交换，知识工程师进行知识库维护等具有良好的

交互性。并考虑了如下因素：1)高效性尽管系统在进行故障诊断时，诊断时间主

要根据判据规则的数量而定，但在系统软件时间特性设计方面还是尽量注意要

求优化编程，节省时间和空间，以提高专家系统的诊断工作效率。2)易维护性系

统模块化的设计使得维护工作变得非常容易，在不用改动整个系统的基础上，

可以很容易的添加需要的功能模块，大

大的减轻了软件维护的工作量。3)可操作性面向对象的编程技术为系统设计

出轻松、友好的界面提供了方便。本系统在设计完成各项功能时，尽量采用简单

的操作，方便用户的使用。

系统总体软件结构如图 6.2 所示：

图6. 2 系统总体软件结构

6. 3 系统开发工具的选择

开发一个专家系统是一个复杂而艰巨的过程，需要几年或更长时间的努力。

而实现效果的好坏，除了和知识获取有关外，还取决于开发专家系统所使用的

工具。事实上，开发工具的选择不仅影响到建造速度，还影响到建造专家系统的

可行性。目前，国内外专家系统的开发工具是很多的。总的来说，主要有三种：

一种是采用高级程序语言，如 FORTRAN, C++, PASCAL 等；一种是采用人工智

能语言，如 LISP, PROLOG 等；再一种是采用专家系统工具，如 OPSS, CLIPS

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摘要：

6输电网络故障诊断专家系统的设计与实现在上一章中了解了输电网络的结构、SCADA系统以及故障诊断所需的信息本章将详细介绍整个系统的设计与实现，包括总体结构设计、开发工具选择、各部分的具体实现等等，在此之前有必要说明一下本系统设计的两个基本依据：1)整个输电网络不存在变压器故障，所有故障均属于线路故障、母线故障。且不考虑断路器、保护故障，只考虑它们的动作性能，如误动、拒动等。2)SCADA系统在接收信息时，通讯系统已经对其每帧每位进行了CRC校验和奇偶校验，保证了信息传输的可靠性，因此本系统认为从SCADA系统接收到的故障信息是可信的，无需进行故障信息数据的预处理。6.1系统总体结构设计开发一个...

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