（电力系统及其自动化专业论文）基于msnet的电网故障行波定位信息处理系统研究.pdf

a b s t r a c t f a u l tl o c a t i o ns y s t e mb a s e do nt r a v e l i n gw a v et r a n s m i s s i o nt h e o r yc a nr e a l i z e f a s ta n da c c u r a t ef a u l tl o c a t ef o r h i g h v o l t a g et r a n s m i s s i o nl i n e ，i th a sg r e a t s l g m n c a n c et os e c u r ea n de c o n o m i co p e r a t i o no fp o w e rg r i d h o w e v e rm o s to ft h e m a f eb a s e do nd i s p a t c h w o r k s t a t i o nm o d e iu n d e ri n t r a n e tc o m m u n i c a t i o n t h i sm o d e l w i t hp o o ri n t e r a c t i o na n dr e a lt i m ep e r f o r m a n c e ，a n di ti sd i f n c u l tt os h a r ef a u l td a t a s oam s n e tb a s e df a u l ti n f o r m a t i o np r o c e s s i n gs y s t e mf o rp o w e rg r i dt r a v e l i n g w a v ef a u l tl o c a t i o ni sd e s i g n e d ，i tc a nr e a l i z et h ef a u l ti n f o r m a t i o nr e a l t i m er e l e a s e a n df a u l td a t as h a r e f i r s t l y 仃a v e l i n gw a v ef a u l tl o c a t i o ns y s t e ma d o p tg p r sw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n t e c h n 0 1 0 9 yi sp r o p o s e d i nt h i sf o u n d a t i o n ，t h i sp a p e rc o n s t r u c t e dam u l t i a g e n tt h e o r y b a s e df a u l ti n f o r m a t i o n p r o c e s s i n gs y s t e mf o rt r a v e l i n gw a v ef a u l tl o c a t i o n ， d e c o m p o s e dt h ef a u l ti n f o r m a t i o np r o c e s s i n gi n t oa g e n t sw i t has p e c i 6 c 向n c t i o n t h e n a d o p tm u l t i - a g e n tt e c h n o l o g ye n h a n c et h e c o o p e r a t i o no fe a c ha g e n tt o i m p l e m e n t f a u i t c a i c u i a t e ， s oa st o i m p r o v es y s t e mp e r f o r m a n c ea n dl o c a t i n g p r e c i s i o n a t 1 a s t ， f a u l ti n f o r m a t i o np r o c e s s i n g s y s t e ms o r w a r eb a s e do n n e t p l a t f o r mi sd e v e l o p e d t h i ss o r w a r ei sc o m p o s e do fd a t ap r o c e s sa n di n f o r m a t i o n r e l e a s e ，a n da d o p t ss q ls e r v e r2 0 0 0t om a n a g ef a u l td a t a t h ep a r to fd a t ap r o c e s si s r e a l i z e d b yw i n d o w sa p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gu n d e rn e t行a m e w o r k ， d a t a a c q u i s i t i o na n df i a u i tc a l c u l a t ea r ei n t r o d u c e di nd e t a i l ，i na d d i t i o nm u l t i - t h r e a d i n gi s a p p l i e dt oa c c e l e r a t ed a t ap r o c e s s i n gr a t e t h ep a r to fi n f o r m a t i o nr e l e a s ei sb a s e do n b sm o d e l ，w e bp a g ea u t o m a t i cr e 丘e s hb a s e do na j a x ( a s y n c l l r o n o u s j a v a s c r i p ta n d x m l )t e c h n i q u er e a l i z e dt h e f a u l td a t a r e a l t i m er e l e a s e u n i t e ds o r w a r e d e v e l o p m e n tp l a t f o r mm a d et h i ss y s t e mh a sw e l lm a i n t a i n a b i l i t ya n de x t e n d i b i l i t y t h ep r o p o s e di n f - o r m t i o np r o c e s s i n gs y s t e mh a sb e e na p p l i e di nz h u z h o up o w e r c o m p a n y ，h u n a np r o v i n c e t h er e s u l ts h o w st h a tt h es y s t e mi sv e r yr e “a b l e i tc a n r e a l i z ea c c u r a t ef a u l tl o c a t i o na n dc o n v e n i e n tt or e l e a s ea n ds h a r ef a u l td a t a k e yw o r d s ： p o w e rs y s t e m ；t r a v e l i n gw a v ef a u l tl o c a t i o ns y s t e m ；i n f o r m a t i o n p r o c e s s i n gs y s t e m ；a g e n t ；n e t ；g p r s 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何 其它个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法 律后果由本人承担。 作者签名： 巧曩 日期。1 年 ，月哆日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借阅。本人授权长沙理工大学可以将本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和 汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密 ( 请在以上相应方框内打“”) 储摊：、毒鼍 嗍：7 月哆日 新躲写彩气应眺匆吵 第一章绪论弟一早瑁下匕 1 1 课题提出的背景和研究目的 超高压输电网络在优化电力工业结构和满足电力增长需要发挥了巨大的作 用，然而，超高压输电线路距离长，穿越地区地形复杂，工作环境极为恶劣，是 电力系统中发生故障最多的地方，故障点难以查找。国内外都发生过由于输电线 路故障而诱发的电力系统瓦解的事故，严重影响了电力系统的安全、可靠、经济 运行。因此，在输电线路故障后迅速准确找到故障点，不仅对及时修复线路和快 速恢复供电，而且对整个电力系统的安全稳定和经济运行都有十分重要的作用。 鉴于超高压输电线路在电力系统中的重要地位，输电网故障测距就显得尤为重要。 故障定位是电力系统查找输电线路故障点的重要依据，如何快速、精确地实 现线路故障点的确定是故障定位的基本任务，是电力系统继电保护领域的一个重 要研究课题。长期以来，由于故障定位可靠性差，精度偏低，不仅影响了故障线 路供电恢复时间，增加了因停电造成的经济损失，同时也给线路运行维护人员查 线带来了沉重负担。因此，输电线路故障测距具有巨大的经济效益和社会效益， 也是一项具有重大技术、经济意义的课题。 此外，充分利用科学技术的进步，进一步研究输电线路的故障定位，提高故 障定位精度，并通过网络技术实时、动态发布故障定位结果和共享故障数据，对 保证电力系统安全、可靠运行和利用故障数据进行故障分析，都具有重大的理论 与现实意义。 1 2 输电线路故障定位技术的国内外研究现状 长期以来，高压输电线路的准确故障定位一直受到重视，受科学技术发展水 平的限制，早期的故障定位装置定位精度不高，运行人员需要具备比较丰富的实 际操作经验才能做出故障判断。二战后经过多年的研究和改进，故障定位技术有 了很大的发展，提出了许多定位原理和方法，许多的故障定位装置被研制出并投 入实际运行，7 0 年代以后，随着计算机技术和通信技术在电力系统的应用，出现 了微机保护装置和故障定位装置，它们的开发和投运，加速了故障定位技术的实 用化进程。近年来，基于微机或微处理器的故障定位方法研究已经成为国内外的 热门课题之一。但微机故障定位技术出现的时间不长，从理论和实际应用方面都 有待于改进2 1 。 目前，故障定位主要分为基于故障稳态量的定位方法心一3 ，如阻抗法、故障分 析法；基于故障暂态分量的方法，如行波法哺叫。 1 2 1 基于故障稳态量的故障定位方法 基于故障稳态量酌定位方法的基本原理是：利用测量到的故障电愿、电流量， 根据所采用的约束条件计算出故障距离。故障约束条件是指线路发生故障时，与 故障距离具有一定的数学关系的电气量，或者是仅在线路故障点所具有的电气特 征。 1 阻抗法 阻抗法源于距离保护，是利用故障时测量到的电压、电流量计算出故障回路 的阻抗，而线路长度与阻抗成正比，因此可以求出由测量点到故障点的距离。阻 抗的计算一般基于集中参数模型，利霜本侧测量信息，容易实现定位算法，因此 应用较多。阻抗定位的算法需要采用迭代和解二次方程法n 纠，迭代有时可能收敛 至l 伪搬或难予收敛甚至不收敛；解二次方程法在原理上及实质都具有较大的优越 性，但存在区内伪根问题，虽然，文献 1 3 提出了改进措施，但不能完全消除阻 抗定位法的一些固有缺陷： 1 ) 过渡电阻。输电线路一般都采用双端供电，故障发生时对端电源向故障支 路提供助增电流，使得故障支路电流与本端测量电流的相位不一致。因此过渡电 阻的存在使得本端测量阻抗中增加了一个难以消除的非电阻性分量，从而造成测 距误差。尽管研究出许多补偿方法口1 ，但由于无法准确测量到故障支路电流或者 线路两端的系统阻抗，因而实际测距效果并不理想。 2 ) 线路结构不对称。阻抗法用于三相线路故障测距时，需耍根据故障类型的 不同选择合适的对称分量来构造测距算法。实际输电线路的架设是不对称的，靠 线路换位来获得较对称的三相线路参数也只是对于线路全长来说的。当线路中某 一点发生故障时，故障点到母线之间的各相参数是不对称的，从恧导致测距误差。 3 ) 线路分布电容。阻抗法采用线路的r l 集中参数模型，不计线路分布电 容的影响。随着线路长度的增加和电压等级的舞高，分奄电容也随之增加，从丽 影响测距精度。为了计及分布电容的影响，在计算测量阻抗时必须采用线路的n t 型模型或者分布参数模型，但相应的算法较为复杂，甚至求解网难。 4 ) 暂态故障分量。阻抗法建立在工频相量的基础上。高压输电线路发生故障 时，线路电压和电流中除了工频分量以外还含有大量的谐波分量和衰减非周期分 量，因丽为了提高测躐准确性，必须设计高性能的数字滤波算法，以削弱这些暂 态故障分量的影响。 此外，阻抗测距法存在的另一今缺点是适应性较差，它不适用于一些特殊线 路的放障测距，如直流输电线路、带串补电容的线路、t 型线路和部分同杆双回 线路。 2 2 故障分析法 故障分析法利用线路故障时在线路一端或两端测量到的电压和电流所满足的 线路方程式或方程组构造各种测距算法，直接求解故障距离。故障分析法可以采 用单端信息，也可采用双端信息。 1 ) 单端故障分析法 单端故障分析法利用测量端的电流故障分量分布系数来消除过渡电阻的影 响，根据分布系数与故障线路两端系统阻抗以及故障距离的关系建立方程，通过 叠代法口1 或求解二次方程法1 得到故障距离。但是，受故障线路两端系统参数变 化的影响，叠代法有可能不收敛，而求解二次方程法则有可能出现伪根甚至无解， 从而导致测距失败。故利用单端电气量的故障分析法难以实现准确故障测距。一 种近似做法是通过假定故障支路的电流与测量点的电流故障分量具有相同的相 位，即假定测量端的电流故障分量分布系数为实数来减小过渡电阻的影响。 2 ) 双端故障分析法 双端故障分析法同时利用线路两端的测量电压和测量电流来消除过渡电阻的 影响，而且不需要线路两端的系统参数，但需要解决两端测量信号的同步和信息 交换问题。对于同步问题的处理方法，一般是利用g p s 技术实现同步采样引，利 用线路两端电压和电流相量构造测距算法口1 ，或者直接利用线路两端电压和电流 采样值构造测距算法n 6 1 8 1 。也有利用线路故障前任一端电压和电流相量之间的关 系构造数据同步的测距算法。或是利用线路两端的正序和负序电压、电流相量直 接构造不需数据同步的测距算法。这两种测距算法不需同步采集。 除双端故障分析法不受过渡电阻的影响外，单端故障分析法和双端故障分析 法的影响因素与阻抗法的影响因素相同，而且其适用范围也受到了限制。 3 ) 电压法 电压法是故障分析法的特殊应用，即根据线路故障时电压在线路上有特定的 分布，而在故障点处电压具有极值的特点进行故障定位。如果能找到一种方法对 沿线各种电压进行计算，则电压极值点就是故障点。为了尽可能达到精确定位的 目的，应采用线路的分布参数模型进行计算。以故障线路一端的电压和电流为边 界条件，通过求解描述线路电磁暂态过程的电报方程可以获得故障线路沿线各点 的电压分布。在此基础上，利用一特定的故障测距函数，可以找出线路上的电压 最低或最高点，该点即为故障点。 文献 1 9 利用特征线法求解线路电报方程，并构造了故障距离判别函数，进 而通过搜索该判别函数的最小值点来获得故障距离。文献 2 0 和 2 1 在此基础上 作了进一步研究，并将其推广到三端网络及三相系统。文献 2 2 利用贝瑞隆法求 解线路电报方程，所用的故障距离判别函数消除了故障初始角的影响。文献 3 提出以线路一端测量点的模电压和电流故障分量为边界条件求解电报方程，则相 应于各模量的故障距离判别函数在故障点均取得最大值。由于受过渡电阻以及线 路参数的影响，电压法难以保证测距结果的准确性。 综上，常规定位算法所需要的分析数据均可通过系统现有的微机保护或微机 故障记录装置得到，费用低，易于实现。但无论哪种常规定位算法都是建立在一 种或几种假设的基础上，这些假设都会带来一些误差；通过误差补偿或者采用多 端线路数据进行分析，在一定程度上可以提高算法的精度，但对于高阻接地、多 电源线路、断线故障、分支线路等情况定位效果较差，即使在常规定位算法可以 使用的场合，它的测量精度也无法保证在1 k m 以内。 1 2 2 基于故障暂态分量的行波定位方法 行波法是根据行波传输理论实现的定位方法。当输电线路发生故障时，会产 生沿线传输的故障行波，在故障点和阻抗其它阻抗不连续点发生折、发射，利用 故障行波的传输时间计算故障距离。早在1 9 3 1 年就已经提出架空线路的行波定位 法，其后经过几十年的发展，有了较大的进展。各种行波定位方法主要分为下述 a 、b 、c 、d 四种类型，5 | ：a 型是根据故障点产生的行波传到母线后反射到故障 点，在由故障点反射后到达母线的时间差来定位，其测距公式为： x = 詈 ( 1 1 )x = 一 li 1l 2 、 其中，x 为测量点到故障点的距离，y 为行波传播速度，f 为测量点到故障点 往返一次的时间。 b 、c 型包括脉冲或信号发生器，是故障后认为施加高频或直流信号，根据 雷达原理制成，其中b 型是双端法，c 型是单端法；d 型是根据故障点产生的向 两侧母线运动的行波到达两侧母线的时间差来判断故障位置，其测距公式为： x 。：生必( 1 2 )x 一= = l o i1 z l “ 2 。 其中，工。是输电线路朋端到故障点的距离，为输电线路小刀的长度， ，为行 波传播速度，f 。、f 。分别是故障初始行波波头到线路达小端和力端的时刻。 b 型和c 型已得到实际应用，6 0 年代英国的一些2 7 5 k v 和4 0 0 k v 线路上使 用了c 型故障探测器。由于仅利用故障产生的行波来定位，不用附加脉冲或信号 发生器等设备，a 型和d 型定位显示出一定的优越性，近年来主要是针对a 型和 d 型的研究阳，2 3 ，2 引。文献 1 7 根据故障线路分合闸产生的暂态行波提出了e 、f 型 故障定位方法，但其易受保护动作的影响，此外对于瞬时性故障，也无法找出线 路故障点，不利于查找和分析线路可能存在的隐患。 根据行波的物理性质，行波定位方法可以分为电流行波法和电压行波法。由 于c t 可以传变上百k h z 的暂态信号，基于电流行波的故障定位装置【5 ，9 ，2 4 1 彳艮快得 4 到了实际应用。但是，基于电流行波的定位方法需要在每条线路安装数据采集装 置，增加了数据分析的难度和计算量。受超高压线路上广泛采用的电容式电压互 感器c v t 行波传变特性不佳的影响，电压行波法的应用受到了较大的限制，文献 【2 5 】通过将电感线圈串入c v t 接地导线中抽取暂态电压行波，文献【4 ，6 ，2 6 】的研究 显示，电压行波比电流行波相对幅值大，理论上较易测量；针对实际运行中5 0 0 k v 线路电容式电压互感器高频特性差、截止频率太低的不足，研制了基于r o g o w s k i 原理的专用电压行波传感器来耦合c v t 接地线的电流间接提取故障电压行波，并 提出了基于电压行波传感器的故障行波定位设计方案和进行了装置的研制，使电 压行波用于故障定位步入了实用化。 基于整个输电网的故障行波定位系统【6 ，2 6 2 8 】具有n 1 容错能力，可以采用包 含故障线路的任意两个变电站进行故障定位，增强了定位可靠性和适应能力。文 献 6 ，7 ，2 6 】讨论了基于整个输电网的行波定位方法，通过构建行波定位网络。 在电网中每个变电站安装行波定位装置，记录各变电站行波到达时间以实现全网 定位。但没有提出网络故障定位的具体实现方案，也没有设计基于网络的故障行 波定位算法。文献【2 9 】在双端行波定位原理的基础上，提出了基于网络的故障行 波定位算法。通过对网络中各行波到达时刻进行过滤、匹配，结合初始行波传输 路径实现全网综合定位。当网络中某一台定位装置故障、启动失灵或时间记录错 误后仍能进行精确定位，具有良好的可靠性。 1 2 3 相关领域技术的应用 现代行波故障测距技术能够得以实现并不断向前发展，与相关领域技术在行 波测距中的应用是密不可分的，其中最为重要的相关领域技术包括现代微电子技 术、全球定位系统( g p s ) 技术、数字信号处理( d s p ) 技术、计算机技术和通信技术 等。 现代微电子技术在行波故障测距中的应用使得对于电压和电流暂态信号的高 速采集和存储成为可能，进而为现代行波故障测距( 尤其是单端行波故障测距) 的 实现提供了技术支持。 g p s 技术在电力系统中的应用，为研制现代电力系统同步时钟创造了条件， 进而使得d 型( 双端) 现代行波故障测距原理的实现成为可能。文献【3 0 3 2 】提出 了采用g p s 时钟信号与高精度晶振信号信息融合实现高精度时钟的方法，建立了 晶振信号同步g p s 信号的回归数学模型，估计出g p s 时钟随机误差的统计方差 和晶振的累计误差；对晶振时钟进行实时修正，产生高精度时钟，并可预测了修 正后的时钟精度。既消减了g p s 时钟信号的随机误差，又消除了晶振时钟信号的 累计误差。该时钟已经在电力系统工业现场得到应用。 d s p 技术的应用促进了各种实时高性能行波故障测距算法的发展，而现代通 信技术的应用为现代行波故障测距系统技术的实现奠定了网络基础，加快了故障 信息处理系统的发展，对电力系统信息化管理具有重要意义。 1 3 故障信息处理系统研究现状 1 3 1 故障信息处理系统的发展 微机保护装置和故障录波器等二次设备实时监测着电力系统的运行状态这些 设备都有具有信息储量大的特点，当电力系统正常运行时，微机保护设备可对t c 、 t p 等一次设备进行数据采样，实现对电力系统的有效监控；当电力系统发生异常 时，微机保护设备及时的启动来处理故障，并记录下故障的简要信息，与此同时 故障录波器也记录下故障的详细信息，这些信息都是对故障进行分析与处理所需 的宝贵资料。故障信息分析系统的前身就是故障录波器的联网系统，即单台录波 器通过电话m o d e m 与调度端实现点对点的数据远传。这种工作模式虽然解决了 现场录波器数据的传输问题，但传输信息仅限于本设备所记录的信息，无法传输 保护信息，且数据格式各异，不便于管理，信息仅为继电保护专业服务，资源共 享程度低，造成通讯资源浪费；此外，数据通过m o d e m 传输，信息的可靠性和 速度大大降低。随着继电保护工作智能化、信息化需求的不断提高，仅依靠故障 录波器联网己经不能满足要求了。 随着计算机、通信、网络技术的飞速发展，变电站综合自动化技术在电力系 统中得到了成功应用，为故障信息系统的建立提供了便利的条件。将变电站二次 部分接入站内监控网中，实现与调度中心的远方通信。各保护厂商为实现保护与 监控网的信息交换，也研制了保护专用的信息管理机。但也存在与其它保护和录 波器不兼容的问题，而且现有变电站综合自动化系统只能比较好地处理站内故障， 对于变电站之间的故障因难以获得其它变电站信息而不易处理；尽管主站端部分 的实现了定值召唤和故障信息召唤，但大多功能较弱，没有自成系统，不能完全 实现对故障录波器及保护装置的自动化管理。 1 3 2 现有故障信息处理系统的不足 目前，对于故障信息处理系统的研究和开发还处在探索阶段，还没有统一的 技术规范和实施方法，不足之处在所难免3 3 8 1 ： 1 各装置数据格式不兼容 目前国内不同厂家的保护装置所采用数据类型和数据格式均不同，为此，大 多数故障信息分析系统都在系统中集成了数据转换工具，主站软件在读取数据时 必须将微机保护装置的数据进行转换才能识别和准确读取，增加了额外的工作量， 特别是处理实时性要求较高的故障，更不利于快速地采取故障处理措施。 2 数据通信网络 6 在故障信息系统主站和子站之间的通信网络上，当前运用的系统主要采用了 公用电话网( p s t n ) 、电力系统专用数据网( s p d n e t ) 和a t m 数据网。电话网络 成本低，结构简单。但由于网络带宽的限制，数据传输速率相当低，这就严重制 约了数据的传输量，也可能回给故障信息系统的反应造成一定的延时。专用数据 网一般采用p 2 p 传输方式，这种方式要求主站系统和子站系统的路由器端口一一 对应，并且每增加一个厂站，主站端都要相应增加路由器的端口。随着硬件的不 断增多，这给设备安装和系统维护带来相当大的不便。而a t m 数据网在带宽、 通道可靠性、维护工作量上都有相当多的优点，但组建a t m 网络的投资太大。 3 数据涌流 已有的一些故障信息处理系统对的子站功能定位较简单。子站系统往往只负 责将故障信息数据从各个装置收集上来并不加过滤的将这些数据直接传输给主站 系统，然而在发生故障时，厂站的装置产生大量的故障信息，并一起涌向主站， 在通信网络带宽不变的情况下，很可能会造成数据冗余、通道堵塞的情况，这给 电力系统的运行埋下了安全隐患。 4 主站功能单一 很多故障信息系统的主站软件，通常只是将原来的故障录波分析软件的功能 直接移植到故障信息系统罩面口引，只能进行一些离线的简单的故障分析，没有充 分发挥出调度端系统信息全面、计算能力强的优势，没有在调度端建立故障信息 数据库及相关的高级应用。 5 系统的可扩展性能不够好 现有的故障信息系统在开发的时候没有充分的考虑到今后与其它系统互联的 需耍，与其它系统( 如m i s ，s c a d a 系统) 之间的数据共享相当困难。 6 系统软件结构不合理 国内外开发的故障信息系统，系统架构多为单层模式、c s 模式或瘦客户端 b s 模式。 单层式系统架构的故障信息系统应用程序所包含的用户界面、业务逻辑和数 据处理全都在调度端主机上，软件复用水平低，开发周期长，资源利用率低，易 用性差，系统伸缩性小，数据共享和程序维护都非常困难，已不能适应当前电力 系统实际应用的要求。 c s 两层系统架构的故障信息系统能够很好的利用客户端的本地资源，客户 端可以享受高质量、响应迅速的用户体验，并且具有良好的开发人员和平台支持， 能很好地解决数据共享问题。但其缺点也比较突出：一是由于客户端与服务器端 建立连接需要消耗服务器端部分资源，当客户端数目激增时，服务器端的性能会 因为负载过重而大大降低，甚至全面崩溃的局面。另外，子站端客户程序的部署 过程相当的烦琐，需要的工作量大、管理困难并且可扩展性差。 7 b s 两层系统架构也开始应用于电力系统故障信息系统中h 叫它的所有计算和 程序的实现都在主站服务器上完成，客户端即是只是一个浏览器，不存在客户端 程序的更新和部署。但这种架构只能通过有限的h t m l 语言来呈现用户界面，没 有利用客户端计算机的计算处理能力，浪费了客户端的本地资源，只能利用浏览 器的打印功能来打印资料，不适用于故障信息报表的打印。并且在使用客户端程 序的时候必须保持网络的连通，在数据访问的时候不能支持脱机对数据库的操作， 程序响应速度缓慢。 基于以上的原因，文献 4 1 提出了一套基于n e t 平台分布多层式系统体系架 构来设计“故障信息处理系统的解决方案。详细的阐述了“故障信息系统”的 多层分布式体系架构，并介绍了基于n e t 的各项新技术在故障信息处理系统中的 具体应用。 1 4 本文所做的工作 针对目前故障定位和故障信息系统存在的问题和发展情况，本文着重对故障 信息处理系统的开发进行了研究，并做了如下工作： 1 ) 设计了故障定位系统的g p r s 无线通信方案，实现了定位装置与定位主机 的可靠通信和故障数据的实时传输。 2 ) 在综述了故障定位技术和故障信息处理系统的基础上，分析了现有故障信 息处理系统的不足。设计了基于m i c r o s o r n e t 平台的三层体系结构的故障定位 信息处理系统。并详细介绍了各部分主要功能的实现过程。此外，对系统的数据 安全和系统新能也做了全面的考虑。 3 ) 研究了多a g e n t 技术及其在电力系统继电保护的应用情况。在此基础上， 提出了一种基于多a g e n t 思想的故障定位系统结构。 本论文分为六章，第一章综述了行波定位技术和故障信息处理系统的应用和 发展情况。第二章简要介绍了多a g e n t 技术，及其在电力系统继电保护和故障定 位中的应用情况和应用前景。第三章设计了行波定位系统的g p r s 无线通信方案， 在第二章的基础上提出了一种基于多a g e n t 思想的故障定位系统结构，并介绍了 其工作流程。第四章设计了基于n e t 平台的三层体系结构的故障定位信息处理系 统，以及系统的功能模块设计。第五章详细介绍了故障定位信息处理系统的功能 实现，包括数据库的选择与设计、w 曲访问数据库、数据处理与故障计算、信息 查询与报表和系统数据安全五个方面。第六章对全文进行了总结与展望。 8 第二章a g e n t 技术及其在故障检测中的应用 电力系统是世界上规模最大、结构复杂的人工系统，其实时性强，系统故障 可能会造成巨大的社会和经济损失。由于其地域分布广泛，且包含大量特性各异、 分布分散的设备和控制系统，加之电能生产与消费的同时性和负荷变化的随机性， 电力系统表现为一个不可观察且不确定的、连续动态变化的开放式环境。电力系 统中的数据、控制都呈现一种分布的状态，对其进行完全集中式的求解可能遇到 信息不全、通信瓶颈或计算速度等问题。如果对各种不同的分散设备获得的信息 进行单独、孤立的加工，不仅会导致信息处理工作量的增加，而且会割断各设备 信息间的有机联系，丢失信息有机组合蕴涵的大量特性，造成信息资源的浪费。 解决电力系统面临的上述问题需不断运用新理论、新技术。 多a g e m 理论是设计和实现复杂软件系统和控制系统的新途径，多a g e n t 系 统中的a g e n t 通过对问题域的描述、分解和分配，构成分散的、面向特定问题相 对简单的子系统，并协调各系统并行和相互协作地进行问题求解，其思想十分适 合大规模诊断问题的智能求解。通过a g e n t 与环境交互、a g e n t 闯进行协调与合 作可以更有效地利用分布式系统中的信息、知识和计算资源，解决一些传统人工 智能无法解决的大规模复杂的问题。故适用条件h 幻与电力系统的特征几乎完全吻 合，在电力系统中得到了广泛应用。 目前随计算机技术、信息技术的发展，已研究出自适应的电力系统故障检测 方法、人工智能故障检测方法及信息共享的综合自动化系统。信息技术在电力系 统故障检测中的推广与应用是电力系统故障检测技术发展的一个整体趋势，研究 一个统一的故障检测方法，满足对各种故障信息进行综合处理、统一分析，以提 高故障检测的精度和鲁棒性，这已是当前信息技术研究的一大主题。 2 1a g e n t 技术与多a g e n t 系统 从2 0 世纪9 0 年代以来，a g e n t 和多a g e n t 技术的出现是计算机科学领域中 发生的令人激动、晟重要的事之一。科技界普遍认为该技术将在2 l 世纪的复杂分 布式系统、网络信息系统等方面扮演非常重要的角色。 2 1 1a g e n t 和多a g e n t 系统概述 a g e n t 是1 9 8 6 年m i t 的著名计算机学家和人工智能创始人之一的m a r v i n m i n s k y 写的s o c i e t yo fm i n d ( 思考的社会) 一书中首次提出的，它将“社会 和“社会行为 引入计算机领域，将计算机从传统意义上的封闭的、有一致性要 求的计算上升为个社会形态的计算，即开放性的、非一致性的计算。从而使计 9 算变为动态和协商的过程，也就是在解决社会的一系列矛盾中，经过谈判、协商、 妥协等过程求出各方均能接受的解。他认为社会中某些个体经过协商可求得问题 的解，这个个体即a g e n t 。a g e n t 的基本思想是使软件能够模拟人类的社会行为和 认知，即人类社会的组织形式、协作关系以及认知和思维等方式。广义的a g e n t 包括一个具有自适应、自治能力的硬件、软件或其它任何自然物和人造物，狭义 的a g e n t 专指信息世界中的软件实体。 a g e n t 和多a g e n t 系统思想、技术、方法和理论广泛地应用在众多不同的领 域，如网络信息系统、信息恢复、电力系统、智能机器人技术、电子商务、教育 训练、社会仿真等等。它是当今人工智能领域的前沿科学，其目标是将大的复杂 系统( 软硬件系统) 建成小的、彼此独立的、相互通讯及协调、易于管理的子系 统，从而解决复杂系统的许多技术难题。 多a g e n t 技术是人工智能技术的一次质的飞跃，a g e n t 之间的通讯可以开发 新的规划和求解方法，用以处理不完整、不确定的知识；a g e n t 之间的协作，不 仅可以改善单个a g e n t 的基本能力，更可以发挥多个a g e n t 的综合能力。用来解 决实际问题时，具有很强的鲁棒性和可靠性，具有较高的求解效率。它表达实际 应用问题时，用各个a g e n t 的通信、合作、分解、协调、调度、管理和控制来表 达系统的结构、功能及行为特征。同一a g e n t 系统中的各a g e n t 可以异构，因而 它对复杂的系统具有无可比拟的表达能力，已广泛地应用于协调专家系统、智能 机器人、交通管制、柔性制造、软件开发、分布式智能决策、分布式监控和诊断、 计算机网络自动化与智能化等领域h 2 j 。 它们不仅是一个很有前景的技术，而且是一种新的思维方式，一种处理复杂 的、分布式和相互作用的问题、系统设计和分析问题的概念性的范例出现，是计 算和人工智能方面的一个新观点。 2 1 2a g e n t 概念及其特性 a g e n t 是一类在特定环境下能感知环境、并能灵活自主地运行以实现一系列 设计目标的计算实体或程序。a g e n t 作为自主的个体在一定的目标驱动下具有某 种对其自身行为和内部状态的自我控制能力，能够不受人或其他a g e n t 的直接干 预，并尽可能准确地理解用户的真实意图，包括帮助用户方便、准确地描述和表 达任务意图，采取各种由目标驱动的积极主动的行为，如社交、学习、推理、合 作等，感知、适应并运行于复杂的和不断变化的动态环境，有效地利用环境中各 种可以利用的数据、知识、信息和计算资源，为用户提供迅捷、准确和满意的服 务。 从a g e n t 的定义来看，a g e n t 具有以下特征：自主性、反应性、社会性、主 动性、适应性、协同性。自主性，即a g e n t 运行时不直接受他人控制，对自己的 l o 行为与内部状态有一定的控制力。这是最基本的属性，是a g e n t 区别于其他抽象 概念的个重要特征；反应性，即a g e n t 能够感知所处的环境，并通过行动对环 境中相关事件做出适时反应；社会性，即通信能力。a g e n t 处于由多个a g e n t 构 成的社会环境中，通过某些交互途径与他人交换信息，协同完成自身问题求解或 者帮助其他a g e n t 完成相关活动。a g e n t 间通过某种通信语言相互交换各种信息， 是a g e n t 协同和学习的基础：主动性，即a g e n t 对环境做出的反应是目标导向性 的主动行为，即为了实现其目标。在某些情况下a g e n t 能够主动地产生目标，继 而采取主动的行为。a g e n t 并不是简单地针对周围环境和其他a g e n t 的信息做出 反应，而是主动的与环境交互；适应性，指a g e n t 能够对环境的变化做出反应， 在适当的时候采取面向目标的行动，以及从其自身的经历、所处的环境和其他 a g e n t 的交互中学习；协同性，即a g e n t 能相互间协同工作完成复杂任务，是最 重要的属性，也是a g e n t 社会性的具体体现。 此外，在1 9 8 6 年m i n s k y 出版的思维的社会中提到的a g e n t 中，我们还 可以从另一角度更全面去了解a g e n t 这一概念：假如a g e n t 仅仅只是针对具体问 题由程序安排来进行推理和计算的，则它不能够在开放的、动态的环境中保持更 强的解决问题的能力，因此为能适应环境的变化和协作的求解，a g e n t 还必须能 够利用知识修改内部状态，即心智状态( m e n t a l s t a e t ) 或思维状态。a g e n t 心智状 态为a g e n t 如何行动提供了一个解释，也就是说它的行动是由a g e n t 的心智状态 驱动的h 引。进一步理解即是a g e n t 不仅应该是具有社会能动性的高度自治的实体， 还应该是一个能方便描述思维状态的系统，而实际上它的很多理论研究工作也都 是围绕如何恰当选择思维状态而展开的。文献 4 4 中提出了较为完善的a g e n t 思 维状态属性，即： 1 信念 信念是a g e n t 计算的动机，它描述了a g e n t 对达到某种效果可能采取的行为 路线的预测，表示a g e n t 估计能够做到的行为，或a g e n t 可能的行为。其常用同 义词有认识、知道、认为、预计及反应等。 2 知识 知识是a g e m 计算的基础，它描述a g e n t 对当前世界状况的认识，属于思维 状态的认知方面，表示a g e n t 过去的行为。其常用同义语有能力等。 3 愿望 愿望是a g e n t 计算的目标，它描述a g e n t 对未来世界状况及可能采取的行为 路线的喜好，属于思维状态的感情方面，表示a g e n t 想要做的行为，或a g e n t 将 来的行为。愿望的一个重要特性是a g e n t 可以拥有互不相容的愿望，而且a g e n t 也不必相信它的愿望可实现。愿望的常用同义词有目标及希望等。 4 意图 由于a g e n t 能力有限性假设，不能一次去追求所有的目标，需要选择某个目 标来做出追求的承诺，这个过程形成意图。意图是a g e n t 计算的根据，它属于思 维状态的意向方面，作用是引导并监督a g e n t 的动作。意图表示a g e n t 实际能够 做到的行为，或a g e n t 现在的行为。意图的常用同义词有承诺、规划、策略、决 策及选择等。 5 。义务 义务是a g e n t 计算的保证，它表示a g e m 必须做的行为，或a g e n t 必然的行 为。义务的常用同义词有：责任、道义、规范及标准等。 6 交互 为能更好地预测环境的变化，实现自身和全局目标，a g e n t 之间必须进行必 要的交互，交互能力不是理性a g e n t 的必要特性，但它是a g e n t 社会性的体现。 从语义上讲，交互就是a g e n t 思维状态的传递，是a g e n t 计算的外在因素。 由此，从a g e n t 本身所具有的特性及思维状态属性，可以看出a g e n t 在动态、 开放式环境中具备良好的互通协作能力。 2 1 3 多a g e n t 系统的概念及其特性 虽然a g e n t 定义了其具备特定功能，但对于现实中复杂的、大规模的问题， 只靠单个的a g e n t 往往无法描述和解决，因此，一个应用系统中往往包括多个 a g e n t ，这些a g e n t 不仅具备自身的问题求解能力和行为目标，而且能够相互协作， 来达到共同的整体目标，这样的系统就成为多a g e n t 系统。 多a g e n t 系统是一个松散藕合的a g e n t 网络，是由多个a g e n t 组成的社会在 宏观层次上的表现。它研究的是一组自治a g e n t 之间行为的协调，通过对它们的 知识、目标、规则的协同和调整，使它们能够联合起来采取行动或求解问题。在 实际应用中，常见的也是由多个a g e n t 一起组成的交互式团体来求解超出a g e n t 个体能力的大规模问题，因此多a g e n t 系统对实际应用来讲更加具有研究的意义。 多a g e n t 系统中的各a g e n t 除了具备前面所述的特性以外，在当它们组成整 体共同完成任务时。还具有如下特性【4 5 l ： 1 ) 系统中的每个a g e n t 都拥有解决问题的不完全信息或能力。原因在于若仅 一个a g e n t 就具备解决问题的完全能力，则多a g e n t 系统的存在便失去了意义， 而就大部分实际运用环境而言，也不可能存在能够解决全部问题的单个a g e n t ， 这也是多a g e n t 系统应运而生的原因之一。 2 ) 不存在系统全局控制。一般情况下，多a g e n t 系统中的各a g e n t 地位是平 等的，每一个a g e n t 都没有特殊权利对全系统进行管理指挥，同时这也从另一方 面印证了第一点一多a g e n t 系统中的各a g e n t 不具备完全解决问题的能力。 3 ) 系统数据是分散的。在人们处理问题的时候，往往希望数据或信息是分类、 1 2 分时处理好的，但在处理过程中不但会消耗较多系统资源，还有可能造成数据的 遗漏、错误等。而在多a g e n t 系统中，不仅保持了数据的完整性，还通过各a g e n t 分别对数据进行处理，减少了系统总的运算量，这也是多a g e m 系统优于其他解 决方法的地方。 4 ) 计算是异步的。多a g e n t 系统的各a g e n t 可以在不同时间甚至不同空间进 行各自的计算，它们需要的仅仅是解决问题统一的步调，而不是统一的运算过程， 这也是多a g e n t 系统照应第三点得到的特性。 5 ) 在多a g e n t 系统的实现过程中，不追求单个、庞大、复杂的体系，而是按 面向对象的方法构造多层次的、多元化的a g e n t ，其结果降低了系统的复杂性， 也降低了各个a g e n