（电气工程专业论文）基于双层多agent系统的电力系统故障诊断方法研究.pdf

重庆人学硕士学位论文中文摘要 摘要 随着现代化程度的提高，整个社会对电力供应的依赖也越来越强，优质、可靠、 稳定的电力供应成为终端用户的普遍需求。然而近年来，国内外电力系统先后发生 了多次重大停电事故，不仅造成了巨大的经济损失，同时也严重影响了人民的正常 生产、生活秩序。因此防止电力系统大面积停电、保证系统安全正常运行，是全世 界电力系统所面临的一项迫切而重大的任务。防止发生大面积停电事故需要解决的 问题很多，涉及到电力系统的许多方面，如系统的设计、运行、继电保护、自动控 制等。其中发生故障后尽快找出故障位置、正确对事故进行处理并能及早恢复正常 供电以减少停电损失便是一种有效手段。 现代电力系统日趋大型化和复杂化，一旦发生故障，便会有大量的报警信息集 中涌现。近几年来，各级电网调度中心配置的调度自动化系统仅是单纯的数据采集 系统，当故障发生时，它只是将大量报警信息不加选择地提供给调度员，而在此情 况下要求调度员迅速、正确地判断故障非常困难，所以，电力系统故障诊断的研究 就成为一个非常有意义的研究课题，它能辅助调度人员处理事故，可起到缩短事故 处理时间、防止事故扩大的作用，对保证电力系统安全稳定运行具有重要意义。 本文通过对电力系统故降渗断的研究，具体完成了以下研究工作： ( 1 ) 分析了电力系统故障诊断的目的和内容以及目前电力系统故障诊断方法的 发展概况，研究了各种故障诊断方法在电力系统故障诊断中的优势和局限性。 ( 2 ) 研究了多a g e n t 技术，提出了基于广域信息的双层多a g e n t ( d m a s ) 电 力系统故障诊断系统构架，实现了信息的分层利用。 ( 3 ) 根据所提d m a s 的结构要求，研究了故障诊断的数据特征及采集方式， 采用“s d h + i p ”的广域数据传输模型和方法。 ( 4 ) 研究了d m a s 中的故障诊断的信息利用以及故障诊断判据，建立了基于 保护动作原理和状态信息逻辑表达式的电力系统故障诊断模型，提高了故障诊断的 速度和可靠性。 ( 5 ) 算例验证了论文所提方法的有效性。 关键词：故障诊断，多a g e n t 系统，变电站层，系统层 重庆大学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t w i t ht h ei m p r o v e m e n to f m o d e r n i z a t i o n , t h ew h o l es o c i e t yb e c o m e sm o r ea n dm o r e d e p e n d i n go nt h ep o w e rs u p p l y a l lc u s t o m e r sd e m a n dh j 【g hq u a l i t y , r e l i a b l ea n ds t e a d y p o w e rs u p p l y h o w e v e r ，r e c e n t l yt h ep o w e rs y s t e mb o t ha th o m ea n da b r o a dh a p p e n e d l o t so fb i go u t a g e s ，w h i c hn o to n l yr e s u l t si nh u g ee c o n o m i cl o s s ，b u ta l s oi n f l u e n c e s p e o p l e sp r o d u c t i o na n dl i f es e r i o u s l y t h e r e f o r ep r e v e n t i n gb i go u t a g e sa n de n s u r i n g t h e s y s t e m ss e c u r i t yi sa nu r g e n tb u ti m p o r t a n tm i s s i o nt h a tt h ep o w e rs y s t e mf a c e s t oa v o i d t h eb i ga l e ao u t a g e sc o m ed o w nt om a n yp r o b l e m s ，s u c ha st h ed e s i g n ，o p e r a t i o n , p r o t e c t i o nr e l a ya n d a u t oc o n t r o le ta 1 h e r e i n t of i n d i n go u tt h ef a u l tp o s i t i o nf a s t , d e a l i n g w i t ht h ef a u l tc o r r e c t l ya n dr e c o v e r i n gp o w e rs u p p l yi sa l le f f i c i e n tn l e a s u r e 1 1 1 em o d e mp o w e rs y s t e mb e c o m e sm o r ea n dm o r eb i ga n dc o m p l e x o n c e h a p p e n e daf a u l t ，t h e r ea r el a r g eq u a n t i t i e so fa l a r mi n f o r m a t i o ns p r i n g i n gu p i ti sv e r y d i f f i c u l tf o rd i s p a t c h e rt o j u d g et h ef a u l tr a p i d l ya n dc o r r e c t l yi nas h o r tt i m ei nt h ef a c eo f s u c he x t e n s i v eq u a n t i t yo fd a t a s ot h ef a u l td i a g n o s i so fp o w e rs y s t e mi sat r u l y s i g n i f i c a t i v er e s e a r c hi s s u e ，w h i c hc a na s s i s tt h eo p e r a t o r st ol o c a t et h ef a u l t s ，l e s s e nt h e t i m eo fd e a l i n gw i t ht h ef a u l t sa n da v o i de n l a r g i n gt h ei n c i d e n c eo ft h ef a u l t s i ti s i m p o r t a n tt ot h es a f ea n dr e l i a b l eo p e r a t i o no f p o w e rs y s t e m t 1 1 i sp a p e rs t u d i e so nt h ep o w e rs y s t e mf a u l td i a g n o s i si sr e s e a r c h e di nt h i sp a p e r t h ed e t a i lw o r ki sa sf o l l o w s ： ( 1 ) a n a l y z et h ep u r p o s ea n dc o n t e n to ft h ee l e c t r i cp o w e rs y s t e mf a u l td i a g n o s i s ， d e v e l o p m e n t so f p o w e rs y s t e mf a u l td i a g n o s t i cm e t h o d sa n dr e s e a r c ha d v a n t a g e s a n dl i m i t a t i o n so f m e t h o d si nt h es t u d yo fe l e c t r i cp o w e rs y s t e mf a u l td i a g n o s i s ( 2 ) r e s e a r c ht h em u l t i - a g e n tt e c h n o l o g y ，p r o p o s e ad o u b l e m u l t i a g e n ts y s t e m ( d m a s ) f i a m e w o r ko ff a u l td i a g n o s i s ，r e a l i z e st h eh i e r a r c h i c a lu t i l i z a t i o no f i n f o r m a t i o n ( 3 ) a c c o r d i n gt ot h ed e m a n d so fd m a ss t r u c t u r e ，r e s e a r c ht h ec h a r a c t e r sa n d c o l l e c t i o nm o d eo ff a u l td i a g n o s i sd a t a , p r o p o s et h e 、v i d ea r e ad a t at r a n s m i s s i o n m o d e l _ o p t i c a lf i b e r + s d h + i p ”m o d e l ( 4 ) r e s e a r c ht h eu t i l i z a t i o nm e t h o do fi n f o r m a t i o na n dc r i t e r i o no ff a u l td i a g n o s i si n d m a s ，e s t a b l i s ht h ef a u l td i a g n o s i sm o d e lo fp o w e rs y s t e mb a s e do nt h ea c t i o n p r i n c i p l eo fp r o t e c t i o na n dl o g i ce x p r e s s i o no fs t a t ei n f o r m a t i o n ，i m p r o v et h e s p e e da n dr e l i a b i l i t yo f f a u l td i a g n o s i s 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 ( 5 ) v a l i d a t et h ev a l i d i t yo f m e t h o dp r o p o s e di nt h i sp a p e rb yc a s e s k e y w o r d s ：f a u l td i a g n o s i s ，m u l t i a g e n ts y s t e m ，s u b s t a t i o nl a y e r ，s y s t e ml a y e r i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重麽太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：、丑娟甥 签字日期： 2 7 年s 月埤日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重庞太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重废太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( 、) 。 ( - i f f 只在上述一个括号内打“”) 学位论文作者签名：i 习娟畸 导师签名：州k 二导师签名：，寸一k 一 签字日期： 2 唧年占月斟日 签字日期：加弦7 年厂月哆日 重庆大学硕士学位论文l 绪论 l 绪论 1 1 课题研究的背景和意义 随着现代社会工业化程度不断提高，对能源的巨大需求促进了我国电力体制改 革的不断深入和电力工业飞速发展，系统中电力设备容量的不断增大，电网规模也 不断扩大，人们对电网安全、经济运行的要求逐步提高，用户对电能质量和供电可 靠性的要求也进一步提高。 一方面，我国的电力系统还比较薄弱，供电的可靠性不高，电力系统的故障绝 大多数发生在输电线路上，而输电线路尤其是超高压远距离输电线路发生故障时， 一般均需及时巡线找到故障地点并进行处理，以保证线路的安全供电。对于长线路， 特别是经过山区的长线路，例如一些大型水电站的出线，一般经过较长的山区，而 山区往往交通不便，如果进行人工巡线将要耗费大量的人力物力和时间，造成更多 的经济损失；即使是交通方便的平原地区，遇到恶劣天气时发生故障，全线巡线也 很艰苦。所以要采用有效的故障定位手段，较准确地查找故障相和故障点，缩小巡 线范围，使运行人员能够迅速找到故障点消除故障。 另一方面，当电力系统发生故障后，根据保护的动作情况应该可以进行故障元 件的识别。但是有时可能出现几套保护装置同时动作的情况，其中有的保护装置是 正确动作，而有的则可能是误动作。例如当线路发生两相短路故障时，相差高频保 护和距离保护动作是正确的，而零序电流保护如果动作则是错误的。另外，电力系 统数据传输中也有可能出现保护动作信息的传输错误。因此，必须有较好的分析方 法才能顺利判断出故障元件，以便于找出事故原因尽快恢复系统供电。 在电力系统运行中，系统发生故障和不正常运行状态都会危及到电力系统的安 全稳定运行。由于我国电力系统的各项措施还不是很完善，故障的发生很难完全避 免。电力系统发生故障可能引起下列严重后果： ( 1 ) 数值很大的短路电流通过短路点将燃起电弧，烧坏甚至烧毁故障设备： ( 2 ) 短路电流通过故障设备和非故障设各时，产生热和电动力的作用，致使 其绝缘遭到破坏或使设备使用寿命缩短； ( 3 ) 电力系统中大部分地区的电压下降，使大量用户的正常工作遭到破坏或 产生次品、废品； ( 4 ) 破坏电力系统各发电厂之间并列运行的稳定性，而使故障扩大，甚至造 成整个电力系统瘫痪。 电力系统的任务是生产电能并将电能输送给用户，保证及时安全可靠的发电和 供电是对电力系统运行的首要要求。既然故障是不可避免的，而且故障会对电力系 重庆大学硕士学位论文l 绪论 统元件的正常使用以及人们的生活产生很大的负面影响，那么在故障后就应该快速 有效地进行故障情况的分析，找出故障发生的原因、元件或地点，以保证电力系统 尽快恢复供电。因此，对电力系统进行准确的故障定位与故障诊断是现场事故恢复 处理的重要部分，对电力系统安全稳定运行具有重要的意义本课题具有如下的意 义； ( 1 ) 提高继电保护运行、事故分析和电网运行的管理水平和决策水平； ( 2 ) 减轻调度人员对电网频繁调整的工作量，在电网事故状态时，使得调度 人员的反应速度能够满足电网运行的需要： ( 3 ) 在发生严重故障或者复杂故障时，能使调度值班人员和继电保护运行管 理人员及时准确地了解故障情况，快速地判断故障地点、故障性质及严重程度，科 学地分析故障原因； ( 4 ) 能使调度值班人员和继电保护运行管理人员及时采取正确的措施缩小故 障范围、避免事故扩大、降低故障损失 1 2 电力系统故障诊断的目的和内容 当前电力系统研究的任务之一就是发展先进、准确、高效的自动故障诊断系统， 快速、准确地进行故障识别由于自然环境、制造质量、运行维护水平等诸多方面 的原因，电力系统的各种元件在运行中不可能一直保持正常状态。因此，需要有专 门的技术为电力系统建立一个安全保障体系，其中最重要的一个方面就是电力系统 故障诊断技术。近年来，电力系统规模的不断扩大和各种监控设备的广泛应用使得 电力系统故障诊断显得更为重要。因为电力系统发生故障后，所有相关的监控设备 均会产生相应的报警信息送至控制中心。尤其是电力系统发生复杂故障或自动装置 动作不正常时，情况更加严重。对于复杂故障或自动装置不正常情况下在1 秒种之 内将有几百甚至几千条报警信息涌入控制中心这远远超过了运行人员对故障信息 的处理能力。此外，调度人员对故障和报警信息处理的方法各不相同，处理能力参 差不齐。大部分值班人员不能充分利用各种故障与报警信息，所以很难给出一个科 学合理的故障诊断结果 电力系统故障诊断的目的是当电力系统发生故障后，在全系统范围内，实时地 区分各种故障和不正常运行状态，快速及时地通知维护人员采取故障隔离或者安全 告警措施，以求最大限度地维持系统的稳定、保持供电的连续性、保障人身的安全、 防止或者减轻设备的损坏。根据保护的动作情况进行故障元件的识别，确定故障元 件，以便对故障进行处理并尽快恢复供电，减少损失。 电力系统故障诊断的内容是利用保护和断路器的动作信息来推断可能的故障位 置，识别故障的元件和误动作的保护与断路器，并对保护和断路器的动作情况作出 2 重庆大学硕士学位论文 l 绪论 评价。其中故障元件的识别是关键问题n 。因为识别出了故障元件之后，只要根据 保护动作原理进行简单的逻辑推理就可以识别误动的保护与断路器。因此，国内外 这方面的研究工作主要集中于故障元件的识别，电力系统故障诊断也一直是国内外 热门的研究课题，具有重要的理论价值和实用价值。 1 3 电力系统故障诊断的研究现状 。 故障元件的识别是电力系统故障诊断的关键，它也是电力系统故障分析的一个 重要环节。目前，电力系统故障诊断的方法主要有：专家系统方法、人工神经网络 方法、优化技术方法、粗糙集理论方法、模糊集理论方法、p e t r i 网络方法、遗传算 法和多a g e n t 方法等 ( 1 ) 基于专家系统的诊断理论 专家系统( e x p e r ts y s t e m ，e s ) 利用专家推理方法的计算机模型来解决问题， 根据故障诊断的知识表示和所用推理策略的不同，专家系统分为两类： 1 ) 基于启发式规则推理的系统口。此类系统把保护、断路器的动作逻辑以及运 行人员的诊断经验用规则表示出来，形成故障诊断专家系统的知识库，采用数据驱 动的正向推理将所获得的征兆与知识库中的规则进行匹配，进而获锝故障诊断的结 论。 2 ) 结合正、反向推理的系统h5 1 。此类系统结合正反向混合推理方法，根据断 路器和继电保护与被保护设备之间的逻辑关系建立推理规则，同时通过反向推理， 有效缩小可能的故障范围，以动作的继电保护与故障假设的符合程度计算可信度。 文献【5 】介绍了基于事例推理和基于规则推理的混合推理的故障诊断专家系统。由于 采用混合推理，提高了故障诊断专家系统的适应性和自学习能力。 基于专家系统的诊断方法的主要特点是可以方便地把诊断经验用规则表示出 来，并允许在知识库中增加、删除或修改一些规则，以确保诊断系统的实时性和有 效性，同时还能给出符合人类语言习惯的结论，并具有相应的解释能力等该方法 在实际应用中存在的缺陷主要有：建立知识库及验证其完备性比较困难：容错 能力羞，缺乏有效的方法识别错误信息；大型专家系统知识库的维护难度很大； 专家系统在复杂故障诊断任务中会出现组合爆炸和推理速度慢的问题。这些方面 缺陷使得专家系统难以满足大规模电力系统在线故障诊断的需要，目前主要用于离 线故障诊断。 ( 2 ) 基于人工神经网络的诊断方法 与专家系统相比，基于人工神经网络( a r t i f i c i a ln e u r a ln e t w m , k ，砧州) 的故 障诊断方法具有鲁棒性好、容错能力强和学习能力强等特点。目前应用于电力系统 故障诊断的a n n 有基于b p 算法的前向神经网络和基于径向基函数的神经网络等。 3 重庆大学硕士学位论文1 绪论 文献【5 】给出了典型的故障诊断神经网络b p 模型，其实现方法是：以电力系统继电 保护信息作为a n n 的输入，以可能发生的故障作为其输出，选择适当的样本集训 练a n n 。文献【6 】将大型输电网络分区，对各个区域分别建立基于b p 算法的故障诊 断网络，然后综合获得最终的故障诊断结果。 基于a n n 的诊断方法的主要特点是避免了专家系统故障诊断所面临的知识库 构造等难题，不需要推理机的构造。由于用于a n n 训练的完备样本集获取困难， 目前该方法教适合于中小型电力系统的故障诊断。a n n 方法在故障诊断应用中存在 的问题主要有：其性能取决于样本是否完备，而大型的电力系统的样本集获取非 常困难；与符号数据库交互的功能较弱；不擅长处理启发性的知识；不知如 何确保a n n 训练时收敛的快速性和避免陷入局部最小；缺乏解释自身行为和输 出结果的能力以上缺点限制了a n n 故障诊断方法在大型电力系统中的在线应用。 如何设计适用子大型电力系统的故障诊断系统，仍是一个有待进一步研究的问题。 ( 3 ) 基于优化技术的诊断方法 基于优化技术( o p t i m i z a t i o nt e c h n o l o g y ) 的诊断方法是一种基于数学模型的求 解方法，其基本思想是将电力系统故障诊断问题描述成为o 1 整数规划问题，并构 造一种解析数学模型，利用优化技术寻找问题的最优解。文献阴建立了根据保护动 作和继电器信息识别故障元件的数学模型，并从诊断结果应该尽可能解释所有报警 信息的角度出发，给出了故障诊断问题的适应度函数，从而将电力系统故障诊断问 题转化为o 1 整数规划问题。文献【8 】提出了发生故障时的报警信息对不可观测的保 护状态进行识别的新概念，并构造了故障诊断和不可观测的保护状态识别集成的o - l 整数规划模型。 基于优化技术的诊断方法的主要特点时其诊断模型理论上是严密的，不需要引 入启发式知识，用常规的算法即可实现，比较适合所需信息比较完整的电力系统故 障诊断该方法需要改进之处主要包括：如何建立合理的电网故障诊断数学模型， 在形成目标函数的过程中，需要考虑多级后备保护时比较困难；由于优化方法在 寻优过程中存在随机因素，有可能会失去某些最优解； 由于在诊断过程中必须进 行迭代，从而导致速度较慢，如何提高诊断速度也是一个重要的研究方向。 ( 4 ) 基于p e t r i 网络的诊断方法 p e t r i 网络是在构造有向图组合模型的基础上，形成可以用矩阵运算所描述的严 格定义的数学对象。p e t r i 网络是离散事件动态系统建模和分析的理想工具。电力系 统故障发生属于一个离散事件的动态系统，由系统中各级电压的变化、各类保护的 动作反映故障，并把切除故障的过程看作一系列事件活动的组成，而事件序列与相 应实体联系在一起。动态事件主要包括实体活动和信息流活动。 鉴于电力系统故障动态过程描述的可行性，可用p e u i 网络构造电力系统故障诊 4 重庆大学硕士学位论文l 绪论 断模型。文献【9 】以输电网络中的设备为单位，首先研究了故障韧除”过程中的p c t r i 网络模型，进而对故障诊断的p e 啊网络模型求解文献【l o 】在此基础上加入了后备 保护的模型，进一步发展了基于p e l r i 网络的故障诊断模型文献【l l 】提出了嵌入冗 余p e t t i 网络方法，它在原考虑的故障类型p e t r i 网络的基础上加入错误伴随矩阵c ， 其目的是要解决由于网络中事件序列和信息流不正常时的故障诊断。 基于p e u - i 网络的诊断方法的主要特点是可以对同时发生、次序发生或循环发生 的故障演化过程进行定性与定量的分析，比较适合于变电站的故障诊断。该方法存 在的不足之处在于：对大规模电网基于p e t r i 网络建模时，因设备的增加和网络规 模的扩大会出现状态的组合爆炸；匿) p e t r i 网络方法的容错能力较差，不易识别错误 的报警信息；基本的p e 西网络不能描述时间特征要求高的行为特征，因此在复杂 系统建模时，需要采用高级的p e t r i 网络，例如谓词，变迁网、有色时间等。 ( 5 ) 基于粗糙集理论的诊断方法 租糙集理论皿o u s hs e tt h e o r y ) 是一种用于处理不完整性和不确定性问题的新型 数学工具。文献【1 2 】描述了粗糙集理论的主要思想：在保持分类能力不变的前提下， 通过知识约简，导出问题的决策或分类规则，无需提供问题所需处理数据集合之外 的任何先验信息，能有效地分析和处理不精确、不一致、不完整等各种不完备数据， 从中发现隐含知识，揭示潜在规律。文献【1 3 ，1 4 】把粗糙集理论应用于电力系统故障 诊断和警报处理。尝试应用粗糙集理论来处理因保护装置和断路器误动作、信号传 输误码而造成的错误或不完整警报信号，提出的方法考虑各种可能发生的故障情况， 建立决策表，然后实现决策表的自动化简和约简的搜索，删除多余属性后抽取出诊 断规则，揭示警报信息内在冗余性。文献【1 5 】提出了基于粗糙集理论与二元逻辑运 算相结合的属性约简算法以及改进的值约简算法，并将其应用于由断路器和保护作 为条件属性、故障区域作为决策属性的诊断决策表的约简过程中，利用决策表的约 简形成综合混合知识模型。文献【1 6 】提出和构造了4 类不同的粗糙集与神经网络( n n ) 组合的故障诊断模型，给出了粗糙集与n n 在4 类模型中实现不同的互补性、关联 关系、应用机理和原则及相应的局限性。 基于粗糙集理论的诊断方法的主要特点是能够较强地处理信息不完整和信息 冗余的情形，比较适合中小型电力系统和变电站的故障诊断。该方法需要进一步改 进之处有：粗糙集方法的诊断规则的获取取决于条件属性集下的各种故障情况训 练样本集；当丢失或出错的警报信息不是关键信号时，不会影响诊断结果；然而， 当丢失或出错的警报信息是关键信号时，诊断结果将受到影响；当考虑发生多重 故障时，粗糙集方法将出现决策表十分庞大，甚至出现“组合爆炸”问题。 ( 6 ) 基于模糊集理论的诊断方法 模糊集理论f f u z z ys e tt h e o r y ) 在电力系统故障诊断的应用分两类情况：一类认 5 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 为诊断所依据的信息正确，但故障与对应的动作保护装置和断路器状态之间存在不 确定的关联关系，以及用模糊隶属度对这种可能性进行描述的度量：另一类则认为 诊断所依据的报警信息的可信度不为l ，而根据系统网络拓扑与故障所发生的动作 保护、断路器状态赋予报警信息的可信度，再由专家系统或a n n 给出故障诊断结 果的模糊输出文献【1 7 】属前一类，认为故障与动作的保护装置之问、动作的保护 装置与所控制的断路器之间可以存在不确定的关联关系，可以用模糊数学来描述它 们之间的关联关系。根据可能的故障，可以寻找由故障点到报警信息可能的通路， 再寻找故障点与可能动作的保护装置之间、动作的保护装置与可控制的断路器之间 的关联关系，合成总的模糊度，用以表示故障诊断位置可能性的度量。文献【1 8 】属 于后一类，它先对诊断模型所依据的输人信息进行模糊化，根据输电网络当前的拓 扑结构，对保护、断路器动作行为的统计数据赋予报警信息可信度，通过a n n 或 专家系统诊断模型输出模糊数，再由反模糊系统去解释其输出，提供给运行人员一 个语言化的结论。 基于模糊集理论的诊断方法的主要特点是能处理信息的不确定性，往往需要与 其他各种人工智能技术( 例如专家系统、a n n 等) 结合在一起使用。根据对模糊系 统具体应用的分析，尚需深入研究的问题有：对不确定性问题用隶属度函数来描 述时，应建立什么样的有效隶属函数是极其关键的问题；建立大规模复杂系统的 模糊模型存在难度，同时，当诊断系统的结构等发生变化时，与其有关的模糊知识 库或规则的模糊度也要作相应修改，可维护性能较差。 ( 7 ) 基于遗传算法的诊断方法删 遗传算法( g e n e t i c a l g o r i t h m 。简称为g a ) 是由美国学者h o l l a n d 于1 9 7 5 年首 次提出的，是模拟自然界生物进化过程的计算模型。g a 是建立在d a r w i n 自然选择 和m e n d e l 遗传学说的基础上，通过模仿生物遗传和进化的进程，寻求对复杂问题 的全局最优解的优化算法，它依据适者生存，优胜劣汰的进化规则，对包含可能解 的群体进行基于遗传学的操作，不断生成新的群体并使群体不断进化，同时以全局 并行搜索优化群体中的最优个体，以求得满足要求的最优解。 g a 按一定规则对问题进行字符串编码，模拟人工染色体表示某优化问题的可 行解，用随机方法形成初始解群，再按自然选择的原理，通过群体搜索策略和遗传 操作，对群体中个体之间的信息交换，使得g a 不易陷入局部极小点，能够以很大 概率得到全局最优解集或局部最优解集 基于遗传算法的故障诊断方法的主要特点是对待求解问题不需涉及常规优化问 题求解的复杂数学过程；同时不需要直接对知识规则和训练样本选择处理g a 从 优化的角度解决故障诊断问题，它能够在诊断信息不完整的情况下给出全局最优或 局部最优的多个可能的诊断结果。但在诊断所依据的信息发生畸变，出现复杂的故 6 重庆大学硕士学位论文1 绪论 障模式的时候，也难以保证诊断结果的可靠性。 ( 8 ) 基于多a g e n t 技术的诊断方法 多a g e n t 系统( m u l t i a g e n ts y s t e m ，m a s ) 是分布式人工智能的试验平台，当 一个问题在多个物理上或者逻辑上能形成分解的问题求解实体时，每个子问题求解 实体仅仅拥有问题求解所需的有限数据，信息和资源，不同的子问题求解实体之间 必须相互交互才能最终求解问题。m a s 中a g e n t 的自治性以及a g e n t 之间的合作、 协同等特征为电力系统故障诊断提供了一种自然的建模方式。文献 2 3 1 以a g e n t 技 术来实现故障恢复系统，系统由数个母线a g e n t 单元和一个管理服务a g e n t 构成， 在服务a g e n t 的协调下，母线a g e n t 单元在故障状态下通过与其他母线a g e n t 单元 相互作用、交换、通信、合作，形成多a g e n t 诊断系统，得到局部最优目标。文献 2 4 1 提出了利用监控与数据采集( s u p e r v i s o r y c o n t r o la n d d a t a a c q u i s i t i o n ，s c a d a ) 系统和数字故障记录信息的基于m a s 技术的电力系统故障诊断体系结构，并应用 基于知识和基于模型推理方法自动解释s c a d a 系统数据和故障记录。文献 2 5 1 提 出了一种基于w 曲的m a s 变电站故障诊断方法，该方法是以架构于w e b 上的广域 分布式人工智能系统为基础，形成一个动态诊断m a s 。 m a s 研究的重点在于如何协调在逻辑上或物理上分离的、具有不同目标的多个 a g e n t 的行为，使其联合采取行动或求解问题，协调各自的知识、希望、意图、规 划、行动，以对其信息、资源进行合理安排，最大限度地实现各自的目标和总体目 标，以对更复杂，更大规模的问题的解决起到重要作用 2 6 1 m a s 是解决大规模电 力系统故障诊断问题很有前途的发展方向。但m a s 中各a g e n t 的知识和行为、协 调与协作是有待深人解决的核心问题。 1 4 多a g e n t 技术在电力系统中的应用 多a g e n t 技术是分布式人工智能的新技术，适用于电力系统这样一个复杂开放 的分布式系统。本文拟采用多a g e n t 结构实现电力系统故障诊断，故在本节对多 a g e n t 技术在电力系统的应用进行了分析。 ( 1 ) 多a g e n t 技术在电力市场运营支持中的应用 在电力市场中，各市场成员对解除管制后的各种电价信号做出反应，在成员问 展开竞争并各自进行调整，各利益主体为了自身利益而进行交易。从整个系统的角 度来看，系统运行的成本趋于最小，即提高了电力工业的整体效益但却与传统的 电力管理与运行方式完全不同，因此有必要对市场模式、交易模式及电力市场环境 下的运行调度等新问题进行研究。另外，电网开放后市场的参与者众多，市场信息 与运行信息必须分离，并在获得授权的范围内实现共享。因此，已在信息管理、搜 索和过滤等方面有了深入研究的a g e n t 技术被引入电力市场相关问题的研究中。 7 重庆大学硕士学位论文1 绪论 文献【2 7 】对利用a g e n t 技术研究电力市场问题的可行性进行了分析，并指出将 a g e n t 技术用于建立电力市场运行系统的优势。文献 2 s - 3 0 利用多a g e n t 技术对电 力市场中的主体一发电商、配电商、电力交易中心和独立调度等分别进行了建模， 设计了基于多a g e n t 的仿真平台框架。文献 3 1 1 利用多a g e n t 技术研究了在没有集 中规划的情况下如何保证跨电网交易时的优化输电问题，仿真结果表明，所有市场 参与者可完全根据自己的利益做出理性决策，电网能在可用传输容量的约束下选择 最有途径，最终在全网范围内实现输电费用的最小。文献【3 2 】研究了电力期货市场 环境下作为市场参与者代表的智能a g e n t 利用遗传算法更新其期权交易策略的问 题。 ( 2 ) 多a g e n t 技术在继电保护中的应用 由于继电保护装置的实时性要求高，传统的保护原理是基于就地测量信息的。 随着电网结构的日趋复杂，其运行条件也有很大的不确定性，因此保护间的配合设 计难度加大，固定整定值的缺点也日益显现。多a g e n t 技术在电力系统继电保护领 域的应用探索为解决这些问题开辟了一条新路。 在保护配置设计阶段，文献 3 3 - 3 5 模仿传统保护配置的设计方法将复杂的保护 配置设计问题进行分解。每个具备相关知识库与实例库的设计a g e n t 负责一个子问 题，并由一个a g e n t 负责协调与控制，设计a g e n t 之间与设计a g e n t 与控制a g e n t 之问通过消息传递进行通信，操作人员通过界面a g e n t 与系统交互。这种方式解决 了专家系统知识库局限的问题。 在保护设置的设计上，文献【3 6 】阐述了基于m a s 的继电保护系统的特点、结构、 模型及决策过程，并就其系统构架，通信、可靠性和应用范围等问题进行了讨论， 提出了a g e n t 技术在后备保护中应用的方案，从而有效缩短了后备保护的动作时间。 ( 3 ) 多a g e n t 技术在事故分析与故障诊断中的应用 电力系统发生故障后，运行人员要利用故障录波数据、s c a d a 系统的历史数 据以及其它监控设备提供的信息进行综合分析，确定事故原因，检查保护动作情况， 由于信息量大且存在丢失关键数据的可能性，所以这是一项费时、费力的工作，在 很大程度上依赖于分析人员的经验积累。而一些研究机构开发的保护性能分析工具 只关注分析过程中的某一方面，而且软件的扩展性差，因而要发挥这些系统的整体 效益还需要大量的人工p 7 】。 文献【3 8 】利用多a g e n t 技术搭建了一个灵活的结构，将现有的各种辅助分析系 统分别包装成一个个智能a g e n t ，各自独立地实现自身功能。这样，新的故障信息 源以及新的分析手段能够很方便地集中到一起，延长了故障分析系统的生命周期。 将a g e n t 技术应用于故障诊断是计算机支持下协同工作的一种实现方式文献 2 5 】 提出了基于w e b 的多a g e n t 变电站故障诊断系统，其利用计算机网络将分布在不同 0 重庆大学硕士学位论文1 绪论 地域的设备及监控系统、诊断系统与研究者、使用者联系起来，实现协同工作中的 信息交换、共享和问题的处理，是一种提高诊断能力的新途径。 ( 4 ) 多a g e n t 技术在电压无功优化中的应用 电压无功控制对电力系统运行的安全性与经济性具有十分重要的意义。在我国 大多数地区，电压无功控制比较常用的方法是根据系统状态在九区图上的位置来决 定相应的控制手段，如调节变压器分接头、投切电容器。这种控制方法以变电站为 单位分散进行，各节点控制措施的不协调加速了一些集中式全网电压无功优化系统 的诞生。但全网电压无功控制问题是一个复杂、分布式的优化问题，集中式的系统 因主机任务过于繁重、数据通信量大而难以满足控制的实时性和可靠性要求，系统 不易扩展。随着互联电网的发展，电网规模不断扩大，集中式电压无功优化系统的 瓶颈更加突现。 文献【3 9 】提出了基于m a s 的电压无功优化控制的原理、结构和实现框架，并对 全局无功电压优化控制的数据模型和目标函数进行了分析和改进。在此基础上，文 献 4 0 l 采用基于辅助问题原理的分布式并行优化算法进行了优化计算。该算法将全 网的电压无功优化问题分解为多个子网的分布式优化问题，由各子网的区域优化控 制a g e n t 并行计算由于电网不同区域间的潮流交换和控制措施均会对全局优化产 生影响，故文献【4 1 】构建了将管理分区与优化分区的协调与协商机制。但是由于电 力系统电压无功优化的多a g e n t 模型涉及数据库、知识库、通信和控制等多个方面， 且三级电压控制的组织结构在我国也并未得到完全认同，所以多a g e n t 技术在电压 无功优化控制中的应用还处于初级阶段 ( 5 ) 多a g e n t 技术在e m s 中的应用 短期负荷预测和最优潮流是能量管理系统( e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m ，e m s ) 发电计划的一个重要部分。然而，要综合考虑各种负荷波动因素并取得比较精确的 结果并不容易 文献【4 2 】提出利用多a g e n t 技术采取分布式计算和分段整合的方法进行较精确 的负荷预测。该方法的基本思想是在分布式计算环境下采取不同的负荷预测方法， 在软件a g e n t 的协调控制下将所得结果与负荷历史数据做比较，并采用与历史数据 ( 图形) 最为接近的计算结果作为负荷预测值，将各个软件a g e n t 的计算结果分段 整合，从而取得整体上较为精确的预测，而且所需的计算时间也大大降低。a g e n t 间的信息共享和交换通过。黑板系统”来进行文献【4 3 】将m a s 方法应用于最优潮 流问题，先将优化问题分解为一系列小的松散结合的子问题，然后对许多子问题的 a g e n t 进行并行优化，a g e n t 之间采用异步通信机制。 文献【4 4 】提出了一种基于a g e n t 技术的能量管理系统，这个系统可以处理电力 系统连续变化的目标和要求，并且该系统具有开放性，这体现了多a g e n t 技术在e m s 9 重庆大学硕士学位论文 i 绪论 中广阔的应用前景文献1 4 5 将基于c o r - b a 的多a g e n t 技术应用于e m s 的图形 w e b 发布系统，使系统变得简洁、易用，做到了真正的跨平台和完全免维护。 ( 6 ) 多a g e n t 技术在发电厂中的应用 构建包括集散控制系统( d i s c r e t ec o n t r o ls y s t e m ，d e s ) ，监控信息系统( s u p i n f o r m a t i o ns y s t e m ，s i s ) ，管理信息系统( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ，m i s ) 在内的3 级网络系统己成为电厂管理控制一体化、自动化发展的趋势。其中s i s 面 向生产和技术管理层，能在对安全性、可靠性和实时性要求很高的d c s 和非实时的、 具有突发性及对安全可靠性要求不高的m i s 之间起到过渡和隔离作用，更好地保障 电厂生产的顺利进行。文献【4 6 】指出基于a g e n t 的系统构造方法能有效地提高系统 性能和解决问题的能力，增强系统的适应性、灵活性和可扩展性，有利于系统的集 成，适用于s i s 这种复杂系统。文中提出将s i s 的具体功能和支持功能分开的基于 多a g e n t 系统s i s 的体系结构和实现方法，给出了基于多a g e n t 的s i s 体系结构的 参考模型，并在此基础上探讨了基于多a g e n t 的s i s 的总体开发框架和实现方法， 为构建s i s 提供了一种新思路 此外，多a g e n t 技术在电力系统脆弱性评估与战略安全防御体系的建立1 4 7 4 8 1 、 安全稳定控制咿5 a l 、电力系统恢复1 5 1 1 以及输电线的设计1 5 2 1 等方面也有初步的应用。 1 5 本文的主要研究内容 电力系统的快速发展，使得电力系统各种事故频发，给社会及人民生活都带来 极为不利的影响。而故障诊断对事故的预警、预防乃至故障后的及时恢复都有着积 极的作用。本文分析了目前电力系统故障诊断现状以及不足，从广域信息的角度出 发，进行系统故障诊断方面的研究，主要工作如下： ( 1 ) 分析电力系统故障诊断的目的和内容以及目前电力系统故障诊断方法的 发展现状，在此基础上研究各种故障诊断方法在电力系统故障诊断中的优势及其局 限性，并讨论了多a g e n t 技术在电力系统各方面的应用； ( 2 ) 比较利用保护和断路器动作信息的电力系统故障诊断的解析模型，分析 其优缺点； ( 3 ) 介绍了多a g e n t 技术，提出基于双层多a g e n t ( d o u b l em u l t i - a g e n ts y s t e m ， d m a s ) 系统的电力系统故障诊断系统构架，实现本地信息和广域信息的数据采集 与故障诊断，在提高故障诊断的速度以及准确度方面起到了一定的作用； ( 4 ) 研究电力系统故障诊断广域数据信息采集系统，解决在电力系统故障诊 断过程中故障特征信息很难实时获取的问题，并寻找适合电力系统数据传输的技术 体制