CN103544574A - 基于可编辑公式脚本的变电站智能专家系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于可编辑公式脚本的变电站智能专家系统，它包括实时分析显示主模块、专家知识库离线配置工具模块和知识数据库模块，可编辑公式脚本预处理层与规则模式匹配层相结合的处理单元；可配置有效时域的离散事件动态比对单元；规则条件延时生效和延时返回触发机制单元；可配置的“发生前”及“发生后”相关现场信息的自动收集整理单元。本发明方案实现对变电站监控系统中各种电量、信号、报警、事件等信息统一、综合处理，专家知识库能够灵活修改和扩充，通过专家系统的智能告警和实时在线分析，能更加准确、及时地辅助变电站值班、维护人员正确地判断并处理事故和异常，从而更好地满足面向数字智能化变电站的新需求。

Description

基于可编辑公式脚本的变电站智能专家系统

技术领域

本发明涉及变电站监控系统所应用的专业技术领域，涵盖电力监控、轨道交通、水利监控、油气化工、煤炭矿井等需要实施供电监控业务的工控行业。

背景技术

随着国民经济的快速发展，供电系统变电站自动化技术水平日益提高，供电管理部门也面临着以下问题和矛盾：正常运行时面对各种海量运行信息，值班人员的监控任务较重，很容易遗漏重要告警信息，延误处理造成事故；一旦发生事故，动作事件及相关信息更多，值班人员眼花缭乱，很难抓住重点，从而影响事故的正确处理；同时，站内的自动化设备多、涵盖技术领域广，维护知识技能繁杂，单靠运行维护人员的自身学习，局限性大，时效性差，缺乏专家经验的及时辅助和指导，难以满足供电系统安全、可靠运行的需要。而目前变电站监控自动化系统在实时通讯、信息采集和运行控制等方面已很成熟、完善，但在辅助分析、决策的功能方面却相对匮乏，既有的专家分析功能还局限在单一设备的在线监测等方面，显然不能很好地满足当前的变电站系统运行维护工作的迫切需要。

发明内容

针对现有技术中所存在的问题，本发明公开了一种基于可编辑公式脚本的变电站智能专家系统，其目的是：实现对变电站监控系统采集的各种电量、信号、报警、事件等信息统一、综合处理，专家知识库能够灵活修改和扩充，通过变电站监控系统的智能告警和故障综合分析，能更加准确、及时地辅助变电站值班、维护人员正确地判断并处理事故和异常，从而很好地满足面向智能化变电站的新需求，具有与变电站监控后台系统相兼容，处理实时性高，通用、适应性强，可灵活配置和扩展的优点。

本发明的技术方案是：一种基于可编辑公式脚本的变电站智能专家系统，包括实时分析显示主模块、专家知识库离线配置工具模块及知识数据库模块，其特征在于，它还包括以下四个单元：

可编辑公式脚本预处理层与规则模式匹配层相结合的处理单元：可编辑公式脚本预处理层可通过编写公式脚本灵活地支持对各种输入信息进行数值运算、逻辑运算、函数运算，允许组合、嵌套、条件选择及递归处理，规则模式匹配层采取事件触发机制，具有逻辑清晰、简洁、高效的特性，通过可编辑公式脚本预处理层与规则模式匹配层相结合的处理模式既满足了复杂逻辑处理所需的灵活性又有效地降低了专家系统推理机实现的复杂度，提高其运行效率，并可根据不同的隶属度模型为输入事件赋予相应权值、通过阀值触发规则的方式支持模糊逻辑推理扩展。

可配置有效时域的离散事件动态比对单元：针对变电站监控系统采集的突发性保护动作、装置告警等离散事件信息，按类型或点号设置其有效时域，只有处在有效时域内的事件才参与规则的匹配分析，通过规则动态显现的“有效时间窗”实现对离散事件的关联筛选，既正确识别有效事件信息、及时地触发规则，又避免了无效、过时信息的干扰。

规则条件延时生效和延时返回触发机制单元：针对变电站监控系统在运行时采集的大量过程暂态信息，通过实现规则条件的延时生效和延时返回触发机制，以持续时间为关键判据，从而有效地过滤掉过程暂态信息带来的不必要干扰，准确地对故障和异常信息进行定性分析。

可配置的“发生前”及“发生后”相关现场信息自动收集整理单元：在规则条件满足、给出分析结论的同时，根据预先配置，以触发规则的间隔单元、设备为中心，自动搜集故障或异常发生前后相关的现场信息，并进行汇总整理和统一文档保存。

本发明的有益效果是：通过采用可编辑公式脚本预处理层与规则模式匹配层相结合的灵活处理模式、可配置有效时域的离散事件动态比对方法、规则条件延时生效和延时返回触发机制，可配置的“发生前”及“发生后”相关现场信息自动收集整理功能等技术，配合本公司推出的NDT650变电站监控后台系统，实现了对变电站站域系统各种电量、信号、报警、事件等信息统一、综合处理，实现了智能告警和故障综合分析，能更加准确、及时地辅助变电站值班人员判断并处理事故和异常，很好地满足变电站系统运行维护的新需求。

本发明方案实现对变电站监控系统中各种电量、信号、报警、事件等信息统一、综合处理，专家知识库能够灵活修改和扩充，通过专家系统的智能告警和实时在线分析，能更加准确、及时地辅助变电站值班、维护人员正确地判断并处理事故和异常，从而更好地满足面向数字智能化变电站的新需求，具有与变电站监控后台系统相兼容，处理实时性高，通用性、适应性强，可灵活配置和扩展的优点。

附图说明

图1为本发明实施例的变电站专家系统构成示意图。

图2为本发明实施例的变电站专家系统数据处理流程示意图。

图3为本发明实施例的可配置有效时域的离散事件动态比对单元示意图。

图4为本发明实施例的关联现场信息分析示意图。

具体实施方式

以下结合相关附图和具体实施例对本发明作进一步的详细阐述。

如图1所示，图1为本发明实施例的变电站专家系统构成示意图，主要由实时分析显示主模块、专家知识库离线配置工具模块和知识数据库模块三部分组成，其中：实时分析显示主模块负责与监控系统通讯获取各种变电站运行状态和事件信息、分类筛选告警、实时分析、规则匹配以及提供告警提示栏、历史查询等用户交互界面；专家知识库离线配置工具模块主要负责将各种与变电站运维相关的处理逻辑正确地转译为一组表示具体规则的二维表信息，并保存在数据库内；知识数据库模块主要负责规则配置信息以及必要的历史记录存储。

如图2所示，图2为本发明实施例的变电站专家系统数据处理流程示意图。

当变电站监控系统采集的遥信、遥测等实时状态量和保护动作、装置告警等离散事件信息作为输入对象进入专家系统的输入对象队列后，一方面可经过智能告警模块的筛选，根据对象的属性和严重紧急程度，被划分为普通提示信息、检修信息、告警及事故及变位等类型信息，分别在专家系统用户界面的不同视图显示；另一方面，可经过可编辑公式脚本预处理层处理，根据计算结果触犯事实对象，后者经过规则模式匹配层的处理，完成规则匹配和得出诊断分析结果。

可编辑公式脚本预处理层可通过编写公式脚本灵活地支持对各种输入信息进行数值运算、逻辑运算、函数运算，允许组合、嵌套、条件选择及递归处理，如支持以下运算类型和处理：

1.代数运算，包括加(+)、减(-)、乘(*)、除(/)、幂(^)、取绝对值(abs)、取反(-)和开方(sqrt)；

2.按位运算，包括与(&)、或(|)、非(～)；

3.三角运算，包括sin、cos、tg、ctg、acsin、accos、actg和acctg；

4.逻辑运算，包括与(&&)、或(||)、非(！)、大于(>)、大于等于(>=)、小于(<)、小于等于(<=)、等于(=)、不等于(<>)；

5.括号（），优先级选择；

6.关键字if…then…else…，条件选择；

可编辑公式脚本预处理层具有极高执行效率：所有编辑好的公式脚本只需在专家系统启动时进行一次编译、校验并生成可执行的代码，而不需要在每次公式计算时都进行语法检测；通过公式表、计算量表和计算量参数表等二维表的关联映射，每个公式脚本都可以应用于任意多项实际的运算处理，不需要由于运算对象的不同而重复定义；每次公式的运算结果即可直接触发事实对象进入规则模式匹配层的处理，也可以作为中间结果参与下一个公式运算。

规则模式匹配处理层，其逻辑清晰、高效，每个条件都可保存规则匹配过程中相关触发对象的初始状态信息和索引，当规则激活给出分析结论时，有助于迅速收集、记录相关的现场信息。

本发明方案中的可编辑公式脚本预处理层与规则模式匹配层相结合的处理单元，为专家知识的规则匹配分析提供了极大的灵活性和便捷性，如可通过编写公式脚本，依照不同的隶属度模型，给输入对象赋予相应的权值，并通过阀值判断规则是否满足生效，即可实现规则的模糊逻辑推理。

如图3所示，图3为本发明实施例的可配置有效时域的离散事件动态比对单元示意图。针对变电站监控系统采集的突发保护动作、装置告警等离散事件信息，其前后次序和时标往往不一致，为了实现前后关联事件的有效判断，本发明方案实现可配置有效时域的离散事件动态比对：对具体的突发离散事件可按类型或点号预设对应的有效时域，从其发生时刻起开始计时，只有处在有效时域内的事件才参与规则的匹配分析，只要当规则左键对应的所有的事件对象条件有效时域出现重叠，即规则动态显现“有效时间窗”时，规则才匹配成功。本发明方案中可配置有效时域的离散事件动态比对单元，实现了对离散事件的有效关联筛选，既正确识别出有效事件信息及时匹配规则，又避免了无效、过时事件信息的干扰。

针对变电站监控系统在运行时采集的大量过程暂态信息，本发明方案实现规则条件的延时生效和延时返回触发机制单元，其技术实现特征在于：对代表过程暂态信息的每一个输入对象以及中间计算量对象，均可配置为带有时限门槛地触发和复位事实对象处理方式，即以持续时间为关键依据参与规则匹配，从而有效地过滤掉过程暂态信息带来的不必要干扰，准确地对故障和异常信息进行定性分析。下面以实例说明其运用和实用价值，如：变电站内一次侧断路器合闸后会有“弹簧未储能”节点信号给出并作为遥信上送监控系统，正常工况下断路器应在20秒以内储能成功，同时该节点信号也会自动复位，但如果储能异常或失败，则该节点信号会持续存在；针对此种情况，在本发明方案中可设置代表“弹簧未储能”节点信号的输入对象处理方式为延时触发，时限门槛设为20秒，触发名为“弹簧储能故障或异常”的事实对象，并添加对应的规则处理；运行时，正常的合闸过程中“弹簧未储能”信息不会出现在用户界面的告警事件栏里干扰值班人员的判断，但当出现故障或异常时，“弹簧储能故障或异常”及对应规则会立刻生效，第一时间在告警事件栏里显示并弹出，提醒值班人员注意和及时进行处理，并同时自动收集、保存相关的现场信息。

可配置的“发生前”及“发生后”相关现场信息自动收集整理单元：在变电站系统的日常故障异常分析中，除了故障异常事件本身的参数信息以外，往往还需要对事件反生前后的其它事件和状态信息，甚至站内相关设备的有关信息都需要进行通盘地考虑，才能正确地找出故障源头和起因。本发明方案中实现了可配置的“发生前”及“发生后”相关现场信息的自动收集整理单元，其技术实现特征在于：对于进行故障异常分析的规则，除了规则结论中可通过格式化字符串形式来描述定性分析结果和专家处理建议之外，还可通过“规则关联处理表”配置规则被激活生效时需要收集的相关信息种类（事故变位、操作变位、SOE、遥控、遥测越限、RTU通讯状态、装置告警、保护事件、保护报告等）、所属装置\间隔、点号，同时指定关联采集的起始时限（发生前）和截至时限（发生后）；当运行时规则匹配被激活生效后，专家系统在第一时间给出分析结果和建议的同时，根据规则关联配置将从输入对象列表中搜索从起始时限开始的关联信息条目，与规则分析结果一起，按时间的先后顺序汇总为一份统一清单列表文档，如在截至时限到来前还有新的关联信息出现，会被继续添加到该清单列表文档中，最后在专家系统指定的保存目录下保存为按“时标_事件名称.txt”命名的文档；如若触发规则的是保护装置动作事件，还将同时收集对应保护装置的定值整定、保护压板状态及对应的录波数据一并保存。

下面以实例说明其运用和实用价值：如图4所示为一典型的常规牵引变电站主变器低压侧与馈出线部分主接线图，主变低压侧101断路器为主变保护控制，馈线端301断路器为馈线保护控制；在本发明方案中，由主变低压侧保护动作事件触发的故障分析规则，可将下级馈线保护的启动、动作事件、开关状态、遥测越限等信息配置为关联采集的信息，同时整定采集起始时限（保护动作发生前）为3秒，整定采集截至时限（保护动作发生后）为9秒；当主变低压侧过流保护动作后，除了保护动作本身的事故参量、动作参数被收集以外，关联采集时限内的所有下级馈线保护装置的保护启动等相关信息也将被实时记录，并和对应的保护装置录波数据汇总在一起；事后当运行维护人员进行事故分析时，通过主变低压侧保护动作前，下级301馈线保护已启动，比较两者录波数据中相关的变化关系，则可断定是301馈出线端外A处反生短路故障，而主变低压侧保护出现了越级跳闸的异常行为，从而及时地校核上下级保护整定、压板投退状态以及检查对应保护装置运行工况，而不是误认为只是一起普通的主变过流保护动作而错过了隐患的排查。

典型应用：基于本发明方案的变电站专家系统作为本申请人推出的新一代变电站数字智能化产品的重要组成部分已成功地应用于具体的轨道交通数字智能化变电站工程项目，其运行效果获得了用户和工程人员的良好好评。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例和附图并不是用来限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，同样在本发明之保护范围之内。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (8)

1.一种基于可编辑公式脚本的变电站智能专家系统，包括实时分析显示主模块、专家知识库离线配置工具软件和知识数据库模块，其特征在于，它还包括：

可编辑公式脚本预处理层与规则模式匹配层相结合的处理单元：可编辑公式脚本预处理层可通过编写公式脚本灵活地支持对各种输入信息进行数值运算、逻辑运算、函数运算，允许组合、嵌套、条件选择及递归处理，规则模式匹配层采取事件触发机制，具有逻辑清晰、简洁、高效的特性，通过可编辑公式脚本预处理层与规则模式匹配层相结合的处理模式既满足了复杂逻辑处理所需的灵活性又有效地降低了专家系统推理机实现的复杂度，提高其运行效率，并可根据不同的隶属度模型为输入事件赋予相应权值、通过阀值触发规则的方式支持模糊逻辑推理扩展；

可配置有效时域的离散事件动态比对单元：针对变电站监控系统采集的突发性保护动作、装置告警等离散事件信息，按类型或点号设置其有效时域，只有处在有效时域内的事件才参与规则的匹配分析，通过规则动态显现的“有效时间窗”实现对离散事件的关联筛选，既正确识别有效事件信息、及时地触发规则，又避免了无效、过时信息的干扰；

规则条件延时生效和延时返回触发机制单元：针对变电站监控系统在运行时采集的大量过程暂态信息，通过实现规则条件的延时生效和延时返回触发机制，以持续时间为关键判据，从而有效地过滤掉过程暂态信息带来的不必要干扰，准确地对故障和异常信息进行定性分析；

可配置的“发生前”及“发生后”相关现场信息自动收集整理单元：在规则条件满足、给出分析结论的同时，根据预先配置，以触发规则的间隔单元、设备为中心，自动搜集故障或异常发生前后相关的现场信息，并进行汇总整理和统一文档保存。

2.根据权利要求1所述的基于可编辑公式脚本的变电站智能专家系统，其特征在于：所述实时分析显示主模块负责与监控系统通讯获取各种变电站运行状态和事件信息、分类筛选告警、实时分析、规则匹配以及提供告警提示栏、历史查询用户交互界面；所述专家知识库离线配置工具模块负责将各种与变电站运维相关的处理逻辑正确地转译为一组表示具体规则的二维表信息，并保存在数据库内；所述知识数据库模块负责规则配置信息以及必要的历史记录存储。

3.根据权利要求2所述的基于可编辑公式脚本的变电站智能专家系统，其特征在于：所述可编辑公式脚本预处理层，所有编辑好的公式脚本只需在专家系统启动时进行一次编译、校验并生成可执行的代码，而不需要在每次公式计算时都进行语法检测；通过公式表和公式参数表两张二维表的关联映射，每个公式脚本对应于任意多项实际的运算处理，而不需要由于运算对象的不同而重复定义；每次公式的运算结果即可直接触发事实对象进入规则模式匹配层的处理，也可作为中间结果参与下一个公式运算。

4.根据权利要求2所述的基于可编辑公式脚本的变电站智能专家系统，其特征在于：所述规则模式匹配层，每个条件都可保存规则匹配过程中相关触发对象的初始状态信息和索引，当规则满足给出分析结论时，有助于迅速的收集、记录相关的现场信息。

5.根据权利要求2所述的基于可编辑公式脚本的变电站智能专家系统，其特征在于：所述可配置有效时域的离散事件动态比对单元是指对具体的突发离散事件按类型或点号预设对应的有效时域，从发生时刻起开始计时，只有在有效时域内的事件才参与规则的匹配分析，只要当规则所有的事件条件有效时域出现重叠，即规则动态滑动的“有效时域窗”出现时，规则才匹配成功。

6.根据权利要求2所述的基于可编辑公式脚本的变电站智能专家系统，其特征在于：所述规则条件延时生效和延时返回触发机制单元是指：对代表过程暂态信息的每一个输入对象以及中间计算量对象，均配置为带有时限门槛的触发或复位事实对象的处理方式，即以持续时间为关键的触发和复位依据，从而有效地过滤掉过程暂态信息带来的不必要干扰，准确地对故障和异常信息进行定性分析。

7.根据权利要求2所述的基于可编辑公式脚本的变电站智能专家系统，其特征在于：所述可配置的“发生前”及“发生后”相关现场信息的自动收集整理单元是指：对于进行故障异常分析的规则，通过格式化字符串形式来描述定性分析结果和专家处理建议，通过“规则关联处理表”配置规则被激活生效时需要收集的相关信息种类，所属装置\间隔、点号，同时指定关联采集的起始时限和截至时限；当运行时规则匹配被激活生效后，专家系统在第一时间给出分析结果和建议的同时，根据规则关联配置将从输入对象列表中搜索从起始时限开始的关联信息条目，与规则分析结果一起，按时间的先后顺序汇总为一份统一清单列表文档，如在截至时限到来前还有新的关联信息出现，会被继续添加到该清单列表文档中，最后在专家系统指定的保存目录下保存；如若触发规则的是保护装置动作事件，还将同时收集对应保护装置的定值整定、保护压板状态及对应的录波数据一并保存。

8.根据权利要求3至7之一所述的基于可编辑公式脚本的变电站智能专家系统，其特征在于：所述变电站的主变低压侧断路器为主变保护控制，所述变电站的馈线端断路器为馈线保护控制，由主变低压侧保护动作事件触发的故障分析规则，将下级馈线保护的启动、动作事件、开关状态、遥测越限信息配置为关联采集的信息，同时整定采集起始时限、整定采集截至时限；当主变低压侧过流保护动作后，保护动作本身的事故参量、动作参数被收集，关联采集时限内的所有下级馈线保护装置的保护启动相关信息将被实时记录，并和对应的保护装置录波数据汇总在一起。

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