（计算机应用技术专业论文）面向故障投诉的配电网故障定位系统.pdf

中文摘要 配电网故障定位是保证配电网安全运行的重要手段，本文针对配 电网严重缺乏量测信息的实际情况，对基于故障投诉的配电网故障定 位问题进行了深入的研究，提出了一种面向故障投诉推理的配电网模 型，即将配电网看作图，将可开断配电设备和用户区看作图的节点， 将配电线路看作图的边，采用了配电网分层的概念，并讨论了分层算 法。 采用面向对象的左孩子一右兄弟二叉树链表式的数据结构描述配电 网，它相对于采用邻接矩阵和邻接表等数据结构，具有表示清晰简洁、 检索方便灵活以及节省空问等许多优点。 详细分析了配电网故障定位中存在的大量的不确定性，提出运用主 观贝叶斯的不精确推理方法实现配电网故障投诉推理，采用投诉可信度的 概念描述故障投诉信息的不确定性，并讨论了投诉可信度的设置方法。 在总结配电网故障定位判断经验的基础上，详细论述了各种情形下充 分陆度量、必要| 生度量等静态强度参数的设置依据和设置方法。引入阈 值的概念，在此基础上建立了配电网故障投诉推理机制。 详细设计了一个可用于各种复杂配电网故障投诉推理的通用应用 程序。通过对应用实例的大量测试表明，面向用户投诉的不精确信息， 采用贝叶斯不精确推理法和面向对象技术，可以排除少数故障投诉中 的错误信息的不利影响，最终获得比较可信的故障定位结果。 在最后列举了实际的应用实例，并讨论了为保证配电网故障定位准 确性和可靠性应注意的问题。 基于开发出的通用故障投诉推理程序，设计并实现了一个集成的配电 网故障定位系统，该系统应用于部分省市的配电网故障定位，效果良好。 关键词：配电网，故障投诉，故障定位推理，主观贝叶斯法 a b s t r a c t an e wd i s t r i b u t i o nn e t w o r km o d e lf o rf a u l tl o c a t i o n r e a s o n i n gi sp u t f o r w a r d ，i nw h i c h ，ad i s t r i b u t i o nn e t w o r ki sr e g a r d e da sag r a p h ，s w i t c h d e v i c e sa n dc o n s u m e r sa r er e g a r d e da sn o d e sw h i l et h ef e e d e rl i n e sa r e r e g a r d e d a s e d g e s b a s e d o nt h e p r o p o s e dm o d e l ，a l la l g o r i t h m o f d i s t r i b u t i o nn e t w o r kh i e r a r c h i z i n gi sd i s c u s s e d t h em e t t i o dt od e s c r i b ead i s t r i b u t i o nn e t w o r kb yo b j e c t o r i e n t e dd a t a s t r u c t u r eo f r i g h tc h i l da n d l e f ts i b l i n gb i n a r yt r e ei sp r e s e n t e d c o m p a r e d w i t ho t h e rd a t as t r u c t u r e s ，s u c ha sa d j a c e n tm a t r i xa n da d j a c e n tt a b l e ，t h e p r o p o s e da p p r o a c h h a st h ea d v a n t a g e so f s i m p l e ri nd e s c r i p t i o n ，m o r e f l e x i b l ei ns e a r c h i n g p r o c e s s a n dm o r e s a v i n g si ns p a c e u n c e r t a i n t i e si nf a u l tl o c a t i o nr e a s o n i n ga r ed i s c u s s e d as u b j e c t i v e b a y e s i a nm e t h o db a s e df a u l tl o c a t i n gs c h e m ei sp r e s e n t e dt om e e tt h e r e q u i r e m e n to fu n c e r t a i nf a u l t1 0 c a t i o nr e a s o n i n gi nd i s t r i b u t i o ns y s t e m c e r t a i n t yf a c t o r sa r ei n t r o d u c e dt od e s c r i b et h eu n c e r t a i n t yi nt r o u b l ec a l l s t o g e t h e rw i t ht h ew a y t od e t e r m i n et h ev a l u eo fs u c h p a r a m e t e r s b a s e do nh u m a ne x p e r i e n c e so ff a u l tl o c a t i o n j u d g m e n t ，i m p o r t a n t p a r a m e t e r s s u c ha sl i k e l i h o o do fn e c e s s i t yf a c t o ra n dl i k e l i h o o do f s h f f i c i e n c yf a c t o ri ns u b j e c t i v eb a y e s i a nm e t h o d sa r ed e t a i l e d an e w c o n c e p to f t h r e s h o l dv a l h ei si n t r o d u c e d ，b a s e do nw h i c h ，t h em e c h a n i s m o ff a u l tl o c a t i o nr e a s o n i n gi ss e tu p au n i v e r s a l p r o g r a mi sd e v e l o p e d f o r l o c a t i n g f a u l t so nc o m p l i c a t e d d i s t f i b u t i o nn e t w o r k so fd i f f e r e n tk i n d s s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h e b a de f f e c t so fm i s t a k e ni n f o r m a t i o ni naf e wt r o u b l ec a l l s c a nb e e l i m i n a t e da n dc o n s e q u e n t l y , ar e l i a b l er e a s o n i n gr e s u l to ff a u l tl o c a t i o n c a nb eo b t a i n e d b a s e do nt h ed e v e l o p e dp r o g r a m ，a ni n t e g r a t e df a u l tl o c a t i n gs y s t e m u s i n g i n f o r m a t i o nf r o mt h et r o u b l ec a l ls y s t e m ，a n dd i s p l a y i n gb yg e o g r a p h y i n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) i s d e s i g n e da n dr e a l i z e d d e s i g nc o n s i d e r a t i o n s t o g u a r a n t e e t h e a c c u r a c y a n dr e l i a b i l i t yo ff a u l t l o c a t i n g a r ea l s o d i s c u s s e d k e y w o r d s ：d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，t r o u b l ec a l l ，f a u l tl o c a t i o n r e a s o n i n g ，s u b j e c t i v eb a y e s i a n m e t h o d 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文怒本人在导师措导f 进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过瓣疆究成果，瞧不包含魏获褥叁望蠢蹩或其健教雾蔽稳的学位残证 书而谴粥过的材籽。与貔一同工 譬的同志对本研究所做的任何黉献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：诲勇签字日期：z 船多年2 月弓日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者巍全了解基洼盘茔有关保留、使用学位论文的规定。 簧授权基囊蠡堂搿默将学位论文匏全部或部分内容缡入蠢关数据库避行检 索，并采髑影印、缩印或扫描等复谁手段保存、汇编班供查阕酾偌阅。丽意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在勰密后适用本授权说明) 学位论文俘者签名：o 冬勇 签字日期：户驴哆年a 月弓j 日 警涵魏艚簪 签字日期：另缈尹年月7 日 第、章配电网故障定位综述 第一章配电网故障定位综述 1 1 面向故障投诉的配电网故障定位的意义 随着我国城乡建设的飞速发展，各个行业对供电的可靠性、电能质量、工作效率和优 质服务等方面提出了越来越高的要求。配电网是连接高压输电线路和低压用户之间的一个 关键环节，配电自动化系统是管理配电系统的重要手段。配电自动化系统的一项最重要内 容是当配电网发生故障时，能决蝴定位和隔离故障区域，尽量减少停电面积和缩短停 电时间。配电网故障定位是配电网故障隔离、排除和供电恢复的基础和前提，它对于提高 配电网运行效率、改善供电质量、降低劳动强度、缩短停电时间、减小停电面积等都具有 重要意义。 近年来，随着电子技术、通信技术和计算机技术的发展，可以利用在户外柱上开关处 安装馈线终端单歹椰n ，获得反映配电网运行状况的实时数据，并根据上报的配电网故 障信息进行故障定位。但是由于建设费用和复杂性的限制，一般只在负荷密集区或 重要、关键区域建设配电自动化系统。在尚未建设配电自动化系统的区域，仍是依 靠用户投诉电话信息( t c m ) 来定位故障区域，因此面向故障投诉的配电网故障定位 系统，是解决此类配电网故障定位问题的有效手段之一。即使在实现了配电自动化 系统的区域，面向故障投诉的配电网故障定位系统还可作为配电自动化设备失灵时 的备用手段，甚至可以将配电自动化系统上报的故障信息看作一种特殊的故障投诉 信息，由此可得到更加准确的故障位置。 随着经济和社会的发展，客户对供电服务质量和供电质量的要求越来越高，因 此很多城市的供电部门都开始实施配电管理系统( d m s ) 工程，结合数据采集及监 控系统( s c a r ) a ) 和地理信息系统( g i s ) ，对配电网进行综合监测和管理，取得了一 定的成效。但是城市配电网设备分布广，数量大，而且具有地理分散的特点，特别 是低压线路深入到最终用户，这给全面的配电网监控带来了困难，为此配电网管理 和调度人员需要更多的辅助手段来保证配电网运行水平和供电质量。通过用户电话 投诉信息来确定故障位置，就是一种很好的辅助手段。尤其是近年来，电力系统推 行电力服务统热线9 5 5 9 8 ，取得了良好的效果，也为故障定位信息来源提供了有 力的保障。基于故障投诉的配电网故障定位系统，通过接受和分析用户的电话投诉 信息，快速确定配电网中的故障位置，并及时安排检修人员到现场排除故障，是提 第一章配电网故障定位综述 高配电网供电质量及其服务水平的有力工具。 综上所述，面向故障投诉的配电网故障定位系统是解决没有实施配电自动化区 域的配电网故障定位的一种有效手段，无论对于提高供电呵靠一p j - ：和服务水半，还是 对于提高配电网运行效率和经济效益，均具有重要意义。 1 2 国内外发展及研究现状 随着能量管理系统( e m s ) 和s c a d a 系统在世界各国电网调度中心的，。泛应 用，配电自动化系统的管理水平已经取得了长足的进步。早期的自动化方案较少 利用通信手段，多采用重合器或断路器与分段器、熔断器相互配合的方法来完成 配电网故障判断、隔离和网络重构功能，但用户将承受多次的停送电，因此已不 能很好地满足用户的需要。随着电子技术和通信技术的发展，目前的配电管理系 统大多采用基于馈线兀u ( 如各类短路故障指示器) 的配电自动化系统实现配电网 故障区域的确定和隔离。f t u 的应用，不仅扩展了检测功能，也扩展了故障判断 的智能化和恢复供电的快速性。可在辐射网中完成对故障的开断和隔离，也可在 环网方案中实现网络的自动重构，尽快恢复对非故障区段的供电【l 】。 文献 2 提出了一种配电网故障区段判断和隔离的统一矩阵算法，但是由于将 配电网看作无向图，因此不能较好地反映配电网拓扑结构，弗且需要矩阵相乘以 及对结果进行规格化处理，处理麻烦。文献【3 】提出了采用有向图描述配电网，从 而避免了矩阵相乘和规格化处理，大大改进了文献 2 】中的算法，但是该算法仅限 于单一故障下的故障定位，并且没有讨论如何根据配电网的网架结构以及开关的 当前状态自动生成有向图。文献【4 ，5 】提出了利用过热弧的搜寻算法实现配电网 故障区段的定位，但是该方法需要建立配电网归一化负荷矩阵。 文献 6 】提出了一种在故障信息不足的情况下，基于开关跳闸信号、保护信息 和故障录波信息的分层式故障诊断方法，该方法提高了故障诊断的实时性和信息 利用的灵活性。文献 7 】提出了一种合理利用采集信息进行分层故障诊断的方法， 对复杂故障情况下利用故障录波信息作进一步诊断进行了研究，提出了虚拟保护 的诊断思想，并建立了相应的面诊断模型，有效弥补了利用开关、保护信息诊断 的局限性。文献【8 】提出利用基于模拟分子进化优化诊断故障的新方法。文献 9 论述了利用因果网技术进行故障定位的方法，采用因果网描述故障元件、继电器、 开关之间内在的动作关系，并提出了利用面向对象技术形成因果网的方法。文献 1 0 1 论述了基于p e t r i 网络理论进行故障诊断的方法，描述了故障元件、保护、开 关之问内在的动作关系，提出了运用简单的矩阵计算进行诊断的方法。 第一章聚电网赦漳定位练述 引入人工智能技术解决该问题一直最近年来研究的热点，文献 11 】将断路器 _ 摹爨保护动俸售息作为敲障渗颤豹如发点，劳锌对实际运行中用予救障诊凝的断路 器和保护渤作信息存在大量的不确定性，提出用模糊集处避报警信息的不确定性， 劳且绘出缀量结襞合理性的标准，但是该方法不能较好处理断路器不正常动l 乍或 漱生多重故障的情况。模糊理论怒将经典的集合理论模糊化，并s l 入语亩变量和 近似推理的模糊逻辑，是种具有完整模糊体系的智能技术，它擅长解决不确定 性的问题。由予配电信邋的传输干扰和保护的时黻偏差等问题的存在，使得配电 系统的故障诊断问题存在许多不确定因素，因此将模糊联论应用鼯己电系统的故障 诊断，可渡稽强楚理这粪不确定靛闯蓬豹能力，在一定程度上提篱了诊羝系统鹃 容错性。但是模糊系统具有知识库维护复杂、自学习能力差等缺陷，不能较好地 姣理装路器摆动、诿动驻及发生多重数簿豹揍凝。 文献 1 2 1 4 提出运用专家系统的方法进行故障判断，把保护、断路器的动作 逻辑及运行人爨瓣经验矮袈剿表示出来，缮戒赦跨判颧专家知识痒，遂嚣棂据 s c a d a 系统采熊的实时数据、警报信息和专家知识库滋行推理和判断，最终获 怒放障袋嚣。重终开发的故障诊辑专家蓉绞，一般利用继邀擐护的动终傣号，根 据保护范围的相交运算所得的交榘来判断故障区域。但魑我国大电网的e m s 和 s c a d a 系统中的保护信息没有接入1 1 9 。晷翦的瓣电网故障定位专家系统大多是 麓于产生式规则的专家系统，它可以有效模拟故障诊断专家完成故障定位的过程， 根据断路器跳闸信号和保护信息的推理葶判断进行故障定位。但是在具体实现中 存在知谈库获褥和维护戮难、不艇备自学习能力釉容赣髓差等缺陷，竞箕在故障 后保护装置或断路器出现拒动或误动时，专家系统缺乏有效识别错误的方法，容 荔错判、漏翔。 文献 1 6 - - 1 9 1 提出运用人工神经网络的方法进行故障判断。将人工神经网络 瘸子藿己彀系统熬款簿诊鞭，具裔囊组织巍学习憝力巍容锩戆力，溷蘧一般可敬诊 断保护装置或断路器出现拒动、误动以及发生多踅故障的情况。但是在实际应用 中却存在翘识接理嶷力弱、收敛速瘦漫、逶疲牲慧窝对诊凝结暴缺乏解释等缺陷， 并且在威用之前需要大墩具有代寝性的样本进行网络权值的训练。 文献 2 0 - 2 2 1 提出基于遗传舞法豹醚电霹故障定位方法，营先根据元 牛故障 与保护动作和断路器跳闸之间的关系，将配电网的故障诊断问题转换为一个0 、l 整数规划闻题，进丽用遗传算法进 亍处理。遗传算法是搬据人类遗传机蠼两提出 的一种愈局优化算法，它是模拟生物进化过程中的繁殖、杂交和突变等璇象的人 工智能技术。遗传算法舆有较强的全局优化能力。擅长处理优化问题，因此对保 护或断路器出现拒动或谖动静情况，髓够给密全髑最优诊舐绪暴，其有较高的容 第一章配电网故障定位综述 错性。但是在如何建立更加合理的故障诊断数学模型及确定交叉和变异等参数方 面，还需进一步的理论研究。 为弥补单一的人工智能技术存在的缺陷而获得较优的性能，因此将混合人工 智能技术引入配电系统的故障判断越来越流行。文献 2 3 针对故障诊断中存在的 大量不确定性，提出了将模糊集和模糊推理方法结合专家系统进行故障诊断的新 方案，尝试用分布式方法求解故障诊断问题，并扩充了文献 1 3 中模糊集的范围， 将故障时电压和电流不同于正常时的特征信息用模糊集表示，利用模糊推理来提 高诊断结果的准确性和可用性。文献 2 4 】提出基于实时数据平台与专家系统的结 合，通过实时系统采集的状态信息与故障信息数据做馈线自动化的触发判据，自 动生成故障隔离与恢复供电方案。文献 2 5 ，2 6 幂t j 用基于框架式专家系统和模糊 逻辑智能推理相结合的方法实现配电网的故障定位功能，但是该方法难以克服实 时信息畸变而导致的错误诊断，容错性差。文献 2 7 1 提出并实现了一种电力设备 故障诊断模糊推理专家系统，采用模糊产生式表示法表示知识，并引进了模糊匹 配与加权模糊逻辑进行模糊推理，实现了一种较为理想的非精确推理。文献 2 8 1 将人工神经网络和专家系统结合应用于故障诊断问题进行了研究，提出了电力系 统故障诊断神经网络专家系统的一种实现方式，充分利用专家系统的推理判断能 力和人工神经网络的学习和容错能力，明显提高了电力系统故障诊断的性能。 在配电自动化逐步发展的今天，面向t c m 的故障定位系统的研究同时也越 来越受到重视，文献 2 9 3 0 对利用故障投诉电话信息和模糊集理论实现配电网故 障定位进行了研究，根据配电网的拓扑，提出实现配电网分层的概念和方法，再 在获得足够故障投诉电话信息的前提下，利用模糊集理论实现故障定位。文献 3 1 3 2 提出利用故障电话信息，采用专家系统的方法推理出配电网故障位置，但 是该方法只适应于特定的配电网结构，适应性差。文献 3 3 1 提出了一种能适用不 同配电网络结构的故障定位混合算法，该算法由模糊推理算法和基于启发性规则 的专家系统算法两种予算法组成，前一种子算法处理由r 1 u 获得的故障信息，后 一种子算法处理由用户报修提供的故障信息。文献【3 4 】介绍了一个建立在地理信 息系统基础上的配电网故障定位专家系统，该系统主要讨论配电网正线到用户端 的配电区域，利用g i s 的地理信息功能和专家系统的推理判断功能，根据用户的 电话信息实现配电网的故障定位功能。 当配电网管理员接到投诉电话时，实际上由于受配电网复杂性以及用户主观原 因和知识水平等因素的影响，在随机投诉的信息当中包含着大量不确定性甚至错误 因素，给配电网的故障定位带来困难。因此该领域的发展趋势是运用不精确推理技 术实现配电网故障投诉推理，正确排除错误投诉信息的干扰，快速获得可靠的故障 第章配电网故障定位综述 定位结果。 1 3 故障控诉信息和敌障投诉推理巾的不确定性 由于配电网地域广，配电设备节点和配电支路繁多，加之用户主观原因和知 识东平等嚣素瓣影镌，在众多陡凝投诉傣慧中，逸含兹大量不礁定瞧蠢素葚至链 误因素，给配电网故障定位带来了困难，主要表现在以下三个方面： ( 1 ) 配电网的复杂性导融了配电设备或配电线路故障发生的不确定性，从而 器致翅户鼓障投诉豹不确定性，用户可g g 髓时电话投诉任意豹配电嬲户区、配电 线路或配电设备发生故障； ( 2 ) 用户溅配电管理员 妇于受到自身主观原因和知识水平等因潦的局限，提 供的故障投诉信息具有不确定性，例如群众电话投诉巢小区配电变腱器发生异常 ( 镯热餮翅) ，瓣魏教障鬏擎誊继塞不筢宠全臻定，是巍攥建褥出该，l 、隧配电变压器 敞障的大致概率； ( 3 ) 配电网发生故障后，用户电话投诉故障信息的不完备性导数故障投诉信 息具有不确定性，例如某小区配电变压器由于短路故障导致菜小区所有用户发生 停电事蘸，魏辩可l 只有部分蠲户会窀落蔽诱，这整激诿投褥豹鼹声其爱上报箨 电信息和停电区域，而且因自身的局限，上报的停电酝域不定是暖确和完整的。 因此，利用用户上报的故障投诉信息在实现配电网的故障定位过程中，故障 投辨拦理氇必然具有不确定牲，它表现穗以下三个方瓣： ( 1 ) 故障孜诉信息是故障投诉推理熬虢捷帮基蚕窭，鳆障投诉倍辍其有不确定 性，故障投诉推理也就必然具有不确定性； ( 2 ) 故障投诉推理采用专家的经验知识，专家的经验知识具有不确定性，根 掇专家翡经骢翔识建立戆菰簿投器接理娆翔盛然其鸯不确定洼，嚣魏簸漳投瀑攘 理也必然具有不确定性； ( 3 ) 故障投诉推理规则的证据，一般前一条规则推理的结论，它是经配电网 敬障投诉接避褥到豹，具蠢不确定性，从蔼导致推理瀚中闻结果秘蠼螽结果也必 然矮有不礴宠往。 推理是按一定策略由融知判断推出另一判断的思维过程。推理方法就是运用 知识求解问题的方法，使闷题从初始状态转移到目标状态的方法和途径。推理分 精确撵理嚣不精确推理嚣葶孛。壤确整理怒蠲辏确豹知谚 推理密确定瓣结论。不糖 确推理是对不确定性知识的运瘸与处理，势力图用定爨的方法处理不确定性闯鼹， 墩终推论具有一定的不确定性，但却是台理或者近乎仑理的结论。筒向配电网故 第一章配电网故障定位综述 障定位的故障投诉推理受到用户主观人为条件和配电网客观现实条件的限制，故 障投诉信息和故障投诉推理中均存在大量的不确定性，因此必须采用不精确推理 方法实现配电网的故障投诉推理。 1 4 不精确推理方法 不精确推理有多种方法，主要有以下几种，它们各有优缺点 3 “。 ( 1 ) 基于纯概率的不精确推理方法 纯概率方法是利用经典概率方法或逆概率方法实现不精确推理。 经典概率方法只能用于简单的不确定性推理，它只考虑证据为真或为假两种极 端情况，并且在实际应用中要求给出证据出现情况下结论的条件概率，这是相当困 难的，从而使应用受到了限制。 逆概率方法有较强的理论背景和良好的数学特性，当证据及结论都彼此独立时 计算复杂度低，但是它要求各事件互相独立，并且给出结论的先验概率及证据的条 件概率也是一件相当困难的工作。 f 2 1 基于可信度理论的不精确推理方法 可信度方法是在确定性理论的基础上，结合概率论提出的一种不精确方法， 它采用可信度因子表征不确定性。 基于可信度的不精确推理方法比较简单、直观和有效；但是推理结果的准确 性依赖领域专家对可信度因子的指定，并且合理准确估计知识的可信度因子是相 当困难的，且具有较浓厚的个人主观判断色彩，容易产生片面性。另外，推理中 随着推理链的延伸和可信度的传递，误差将会越来越大，当推理达到一定深度时， 推出的结论不再可靠。 f 3 1 基于证据理论的不精确推理方法 证据理论是一种不确定性理论，该理论引入专家系统并日益得到广泛应用。 由于在证据理论中引入信任函数，它满足比概率论更弱的公理系统，并能区分不 精确和不知道，使证据理论能够解决由不知道引起的不精确性，具有较大的灵活 性。同时，随着证据的积累，应用证据理论可缩小假设的集合，从而得出可信的 结论。 证据理论的优点是它满足比概率论更弱的公理系统，而且它能处理由不知道 所引起的不确定性，知识的结论部分可以是更一般的假设，便于领域专家从不同 的语义层次上表达他们的知识，不必限制在单元素所表示的最明确层次上。证据 理论的缺点是当证据元素很多时，对信任函数及正交和等运算将是相当复杂的， 第一章配电网故障定位综述 工作量很大。另外，证据理论要求证据中的，i 素是互斥的，这在许多应用领域难 以做到。 ( 4 ) 基于模糊推理的不精确推理方法 模糊推理是在模糊集合论基础上利用模糊性知识进行的一种不精确推理方 法，它通过引用模糊集、隶属函数来定量表示事物的模糊性。 模糊推理的主要问题是建立隶属函数比较困难，隶属函数的赋值主观性比较 强而且又不唯一，不易寻求最佳值。 ( 5 ) 基于主观贝叶斯的不精确推理方法 主观贝叶斯法是在贝叶斯( b a y e s ) 公式的基础上改进提出的不精确推理方法， 它在地矿勘探专家系统p r o s p e c t o r 中得到成功应用。 主观贝叶斯法是在概率论基础上建立起来的，具有坚实的理论基础，它分别 给出证据肯定存在、肯定不存在情况下和证据不确定情况下结论的先验概率更新 为后验概率的方法，并且实现了不确定性的逐级传递。另外，知识的静态强度是 由领域专家根据实践经验给出的，这些参数比较全面反映了证据和结论之间的因 果关系，符合现实中某些领域的实际情况，使推出的结论有较高的准确性。但是 主观贝叶斯法要求给出结论的先验概率，而且它要求事件之间具有相互独立性。 1 5 故障投诉推理方法的选取 随机性和模糊性都是现实世界中不确定性的处理方法。概率论用概率表示随 机事件发生的可能性，是对随机性的定量描述。模糊性是客观事物在性态及类属 方面的不分明性，它是客观世界中某些事物本身所具有的一种不确定性。它们之 间的根本区别是概率事件的结局“非此即彼”，而模糊事件的结局“亦此亦彼”。 利用用户电话投诉获取配电网的故障信息并实现配电网的故障定位，用户电 话投诉事件是随机的，故障投诉信息是不确定的，但是配电网故障事件是确定的。 利用用户投诉的故障地区，根据配电网的拓扑结构不断向上搜索，显然与该投诉 相关的所有上层配电网设备或配电线路即是配电网的故障样本空间。只是由于故 障投诉信息的不确定性和不完备性，使得用户故障投诉信息与配电网设备或配电 线路故障事件之间不能表现出确定的因果关系，从而使得配电网故障投诉推理的 结果也表现出不确定性，这显然是对随机性问题的表示与处理，因此本文采用基 于概率论的不精确推理方法。 在基于概率论的不精确推理方法中，纯概率方法只能进行简单的不精确推理， 这对于解决配电网的故障定位问题显然是困难的。可信度方法采用可信度因子表 第一章配电网故障定位综述 征不确定性，该方法比较简单和直观，但是推理结果的准确性依赖领域专家对可 信度因子的指定，合理准确估计知识的可信度因子是相当困难的，具有较浓厚的 个人主观判断色彩。随着推理链的延伸，可信度传递的误差将会越来越大，当推 理达到一定深度时，推出的结论不再可靠，这对配电网故障投诉推理的准确性有 很大影响。证据理论引入信任函数，它能区分不精确和彳i 知道，并能够解决由不 知道引起的不确定性，具有较大的灵活性。但是证据理论要求证据中的元素是甄 斥的，而且需要穷举样本空间的所有子集，并进行正交和等繁琐运算，工作量异 常大，这些在配电网故障定位中显然很难做到。 主观贝叶斯法是一种比较灵活和实用的不精确推理方法，它是在概率论基础 上建立起来的，理论基础坚实，而且知识的静态强度可以全面反映证据和结论之 问的因果关系，并可以很好地实现概率传递，推理快速而准确，因此本文采用主 观贝叶斯不精确推理方法进行配电网的故障投诉推理。 1 6 本文的工作 本文提出面向故障投诉推理的配电网模型，并在此基础上提出了配电网分层 的概念，讨论了分层算法。在提出该漠型的基础上，运用面向对象技术，提出采用面 向对象的左孩子一右兄弟二叉树链表式的数据结构描述配电网。 本文详细分析了在配电网故障定位中存在的大量的不确定性，提出采用主观贝 叶斯的不精确推理方法实现配电网故障投p 静匪理，并引入阈值的概念，在此基础上建 立了配电网故障投诉推理机制。 本文采用投诉可信度的概念描述故障投诉信息的不确定性，讨论了投诉可信度的设 置方法：在总结配电网故障定位判断经验的基础上，详细讨论了主观贝叶斯法的静态强 度参数的设置依据和设置方法。 本文详细设计了一个可用于各种复杂配电网故障投诉推理的通用应用程序。 通过对实例的大量测试表明，采用主观贝叶斯法的风险决策理论快速准确定位配 电网故障位置是可行的。 本文设计并实现了个集成的配电网故障定位系统，该系统利用电力客户呼叫系统 获得用户的故障投诉信息，并采用配电地理信息系统将推理结果较好展示出来。通 过对配电网的离线仿真和实际应用结果表明，将主观贝叶斯不精确推理法应用在 配电管理系统中可以取得良好的效果。 本文最后讨论了为保证配电网故障定位准确性和可靠性应注意的问题及对系 统的改进的一些想法。 第二章故障定位的基础一配电网模型 2 1 概述 第二章故障定位的基础一配电网模型 配电网模型是配电自动化高级应用的基础和前提，它直接影响整个配电软件系 统的性能和效率。虽然电力系统建模技术已很成熟，但是配电网的节点较输电网的 节点要多得多，并且我国配电网严重映乏量测信息，因此传统的模型化方法不能很好 地满足配电网故障投诉推理的要求。 文献【2 ，3 】提出了种将馈线开关看作节点、将馈线看作边，建立网络描述矩 阵的配电网非赋权无向图模型，它可以利用柱上开关的量测信息进行故障区域判断 和隔离，但是它不能反映配电网的潮流方向和配电网的运行情况，并且需要矩阵相 乘以及对结果进行规格化处理，处理麻烦。文献 4 】提出采用有向图描述配电网，大 大改进了文献【2 】中的方法，避免了矩阵相乘和规格化处理，但是该算法仅限于单一 故障下的故障定位，并且没有讨论如何根据配电网的网架结构以及开关的当前状态 自动生成有向图。文献 3 6 】提出了配电网的变结构耗散网络模型，即采用无向图描 述配电网的潜在连接方式，采用赋权有向图描述配电网的当前运行方式，将线路上 的分段开关和联络开关看作节点，节点的权为流过该节点的负荷，将相邻的两个节 点间的馈线和变压器综合看作边，边的权为该条边上所有变压器供出的负荷之和。 文献 3 9 还提出了基于变结构耗散网络模型的配电网不良数据辨识和网络接线分析 方法。文献【4 0 】对上述模型进行了改进，提出了采用有向边( 即“弧”) 描述馈线，某 条边的方向就是该条馈线上潮流的方向，并且改用邻接表的数据结构，根据各馈线 开关的状态，采用“基形变换”得出配电网当前的运行方式，并在其上发展了网络 拓扑、故障判断和网络优化方法。 上述文献论述的配电网模型都是建立在基于馈线f t u 的配电自动化系统的基 础上，它对于馈线上配置有柱上r t u 和f t u 等量测设备的配电嘲故障判断和故障隔 离有效可行。但是配电网设备分布广，数量大，而且具有地理分散的特点，特别是 低压线路深入到最终用户，配电网由于建设费用的限制，无法实现全面自动化，这 对于没有配置量测点的配电区域，s c a d a 系统有时甚至根本不可能获得实时故障 信息，因此利用这些模型进行配电网故障诊断具有一定的局限性。 文献 3 0 n 用故障投诉电话信息弥补s c a d a 系统对配电网故障信息采集的不 第二章故障定位的基础一配电网模型 足，提出了将相连的配电线路看作节点，将变压器或断路器均看作边，然后按照潮 流的走向采用邻接矩阵描述配电网模型，它通过自动分层适应了配电网络结构的多 变性，并运用模糊集理论实现了故障定位。 2 2 面向故障投诉推理的配电网模型 近年来随着城乡电网改造的进行，城区形成了多供电途径的网格状配电网，但 是由于保护的需要，一般采用辐射状供电的开环运行方式，因此对一个确定的配电 网( 包括辐射状网、环状网和网格状网) ，总可以将它看作由许多以电源点为根的树 组成的森林，总可以将它划为若干个以电源点为根的树状配电子网络。 本文借鉴上述文献中有关配电网建模的研究成果，并根据配电网的实际运行规 律，提出了面向故障投诉推理的配电网模型。将配电网看作图，将配电线路看作图 的边( e d g e ) ，将配电可开断设备看作图的节点( n o d e ) ，它包括配电网电源开关、分 段开关、变压器、配变低压线路源端开关以及熔断器等配电设备，用之反映配电网 的运行情况。并将用户区也看作图的节点( n o d e ) ，用之反映用户区内部配电系统的 运行情况。我们将每个节点均称为可开断节点，假设每个节点都存在能使配电网健 全部分脱离故障的开关，并定义某一个节点故障是指配电网故障区域发生在该节点 和该节点下游以及上游相邻节点围成的区域，而该节点下游的所有用户都会受到该 故障的影响。 为表示清晰方便，用v ，表示编号为i 的节点，图2 1 虚线框内部分的模型如图 2 2 所示： ( 1 ) 设置电源开关节点，如图2 2 中的节点v l ； 仞设置配电网分段开关节点，如图2 2 中的节点v 2 和v 3 ； ( 3 ) 设置配电变压器节点，如图2 2 中的节点v 4 、v 5 、v 6 年i i v 7 ； ( 4 ) 设景配变低压线路源端节点，如图2 2 中的节点v 8 、v 9 v 1 6 r 习设置终端用户节点，如图2 2 中的节点7 5 0 、”5 1 v 7 i ； 其中，电源开关节点故障的含义是指该电源开关故障或该电源开关和它的下游 相邻节点围成区域内的配电线路发生故障，例如电源开关节点v i 故障的含义是指该 电源开关发生故障或节点v l 、v 2 、v 3 和v 4 围成区域内的配电线路发生故障。配电网 分段开关节点故障的含义是指故障区域发生在该节点和该节点下游以及上游相邻 节点围成的区域，例如配电网分段开关节点v 3 故障的含义是指该分段开关发生故障 或节点v ，、v 5 和v 。围成区域的配电线路发生故障。配电变压器节点故障的含义是指 该配电变压器发生故障或该节点和该节点上游相邻节点围成区域的配电线路发生 故障，例如配电变压器节点v 5 故障的含义是指该变压器发生故障或节点v 3 和v 5 之间 1 0 第一二章故障定位的基础一配电网模型 的配电线路发生故障。配变低压线路源端节点故障是指该配变低压线路源端设备发 生故障或该节点和该节点下游以及上游相邻节点围成区域的配电线路发生故障，例 如配变低压线路源端节点v 。2 故障是指该配变低压线路源端设备发生故障或节点v 6 、 v 。和v 6 3 围成区域的配电线路发生故障。终端用户节点故障的含义是指该用户内部 配电系统发生故障或该节点和该节点上游相邻节点围成区域的配电线路发生故障， 例如终端用户节点v 5 0 故障的含义是指该用户区内配电系统发生故障或节点v s o 丰t j v 8 之间的配电线路发生故障。 一i _ l刺一2 2 1 龟梦i 山。li i i ， 一 l 搏h f 刊藕舟鼎画s 辛再6 2 6 5 纛6 9 7 0 7 1 ； - 。5 f 5 丁5 8 笃蛘6 l 6 3 钾6 酽6 7 6 舻 4 图2 1 典型的配电线路 图2 2 虚线框内的配电网模型 可见，将一个确定的配电网划为若干个以电源点为根的树状配电子网络，然后 按照上述方法建立面向故障投诉推理的配电网模型。这样不仅可以简洁描述整个配 电网的拓扑关系和运行情况，而且还可以实现将整个配电网故障定位问题转化为局 部树状配电网的故障投诉推理问题，使复杂问题简单化。 面向故障投诉推理的配电网模型具有较强的适应性和扩展性，例如可以将配电 自动化系统上报的故障信息看作投诉信息进行故障投诉推理。再如它可以结合低压 配电网的运行规律，将低压断路器等可开断低压配电设备和用户端看作图的节点， 将低压配电线路看作图的边，将之运用于小区照明配电系统的故障定位。 第二章故障定位的基础一配电网模型 2 3 配电网分层 在面向故障投诉推理的配电网模型中，可以将一个实际配电网划分为若干个以 电源点为根的树状配电子网络。在此，层是用来描述树状配电子网络节点的层次特 性的，它在树状配电子网络的连接关系中，离电源点越近的配电网可开断设备其层 次越低。分层时，电源开关节点的层号为1 ，然后沿着潮流的方向搜索，当搜索到 一个可开断节点，则把它定为k 层。然后再以这个可开断节点为起始点，继续搜索 与之相连的分支，当找到新的可开断节点，则把这个可开断节点定为( k + 1 ) 层， 以次类推，最终遍历整个网络。对于一个树状配电子网络，其分层过程可依照图2 | 3 所示的框图进行，其中h i 】表示节点v 。的层号。 电源开关节点v s 放八队列q h v s 】= 1 适! 多 吨 上否 从队列q 首取一个节点v i 将节点v j 放入队列q 矛v i 点运尘 子节点搜索完= 二 、， j ，是 从队列q 移出节点v i 图2 3 树状配电子网络的分层图 图2 3 中，各树状配电子网络的分层搜索是从各个电源开关节点v 。开始的，为 篓 第：二章故障定倪的黧辎一配电嘲模型 此要设鼹队列q 。由于所有电源开关节点的层号均为1 ，因此在初始化时h v s 】= l 。 爨然当鼹有豹父节点豹子节点弱鼷号都确定之磊，毽靼队列0 力空时，戟完戒了熬 个分层过程。 例如，对图2 ，l 所示赚线框内配电网进行分艨，电源开关节点v ；的屡号为1 ， 可开断节点v 2 、v 3 和v 4 的层号均为2 ，w 开断节点”5 、v 6 ，v 9 的层号均为3 ， 可开断节点v 协v m v 1 6 ，v 5 0 ，v 5 i ，v 5 7 的层号均为4 ，可开断节点7 5 8 ， v 5 q ，v 7 l 的鼷号均为5 等。 2 4 面向故障授诉推疆的箱谈表示方法 知谈楚智蘸的基碡，瑟对一个复杂酌| 、菇题，稻蒋辩诀它的裙鲶状态秘霹髓窭瑰 的各种状态，并用一定的数据结构充分有效地表涿它，如何列出嗣确定一系列操作 并藤鼓；e 确表这，这是辩决海疆鹣基磕；知识表示方法载楚在计舞褪中露竣合适瓣 形式对问题求解过程中所需要的各种知识进行描述，从而便于存储、检索、使用和 黪教瓣一搴争方法。 一般的知识激示方法有谓词逻辑表示法、框架表示法、语义阿络表示法、过程 袭示法、产生式袋示洼酾嚣良对象表示法六秘p “。 其中，产生式表示法也叫规则表示法，是由一个或多个证据引出一个结论的知 识表示法，它是专家系统中用得疑多的一糖知识裳示方法。产生式的基本形式是： 球e | r h e nh 其中，e 是证据，指出该产生式w 用的前提或条件，h 熙结论或操作，熬个产生式 表示茹鬃证据被满足，煎可推出结论h 或执行辕所疑窥的搡作。产生式表示法懿 肖自然憔、模块性、清啼f 性、灵活性和有效性等多种优点，但是落不能表达结构性 知援，并篮篷配求解效率低。 产生式表示法表现形式单一、直观，它既可袭示确定性知识，又可表示不确定 程娟每 ，溉霹表示痘发式知识，又毒表示其毒强暴关系戆避翟毪躲谖，瓣嚣夔配邀 网故障定位专家系统大多是基于产生式规则的专家系统，并有许多成功的先例。本 文采其l 产生式表零法表承数障投器攫理静援翼| j 瞧知识。 面向对象方法是最j 跹几年迅速发展起来的一种新的认识方法和程序设计方法， 它殴对熬寒模型纯理实_ | 犍器，采瘸数摆撼蒙署珏倍感隐薮技术，使人们的认识系统与 计算机系统一致，问题空问和求解空间一致。面向对象技术集中在面向对象建模和 黼向对象方法学上，它农问题的矜据、设计、实现、测试、维护和扩充备个阶段以 对象为出发点。 在过去的半个多世纪中，面向功能的“自顶向下”的思维方式在计算机及其应 + 第二章故障定位的基础一配电网模型 用领域发挥了巨大的作用。但是随着配电自动化水平的不断提高，配电管理系统功 能越来越强，规模越来越大，结构也越来越复杂，采用传统程序设计方法开发出的 配电管理系统的分析和应用软件，面临日益突出的维护、扩展和重用等问题，面向 对象技术的同臻完善为解决这个问题提供了可能。 面向对象的知识表示法是最结构化的知识表示方法，它存在语义网络的灵活 性，荠且其封装特性有力地克服了语义网络的弱点，使之具有良好的模块性。面向 对象技术可咀弥补人工智能的不足，面向对象的知识表示方法适合人工智能分类的 知识表示，将面向对象技术引入推理中可以适应多熏推理模式，可以有效提高推理 的灵活性、实用性、通用性和快速性【4 “。本文采用面向对象表示法描述面向故障投 诉推理的配电网模型。 本文采用产生式表示法表示配电网故障投诉推理的规则性知识，采用面向对象 表示法描述面向故障投诉推理的配电网模型。 2 5 配电网的数据结构 数据结构是关联数据元素的集合，是知识的形式化或模型化问题，它对于提高 系统的效率和性能具有重要意义。 在面向故障投诉推理的配电网模型中，配电网可看作由许多以电源点为根的树 组成的森林，并且每个树状配电子网络具有明显的层次特性和树形结构，因此本文 采用树形结构的存储表示方法描述面向