【正文】 12MX313L414L415L316L3對上面的故障診斷決策表采用RS理論進行屬性約簡，得到了關(guān)于初始決策表的多組約簡：{ZHBT1, ZHBT2, SDL3, SDL4, GLL3, GLL4}，{KG3, KG5, ZHBT2, SDL3, SDL4, GLL3, GLL4}，{KG5, KG6, KG10, KG11, SDL3, SDL4, GLL3, GLL4}等。根據(jù)分區(qū)，考慮單重故障、保護或者開關(guān)拒動的情況，對110kV區(qū)域建立初始決策表。通過對各個區(qū)域分別進行粗糙集的知識獲取，就可獲得各區(qū)域的故障診斷規(guī)則。其次對兩種常用的Petri網(wǎng)模型的分析方法進行了介紹，即基于可達圖與覆蓋樹的分析方法和基于關(guān)聯(lián)矩陣的代數(shù)分析方法。覆蓋樹就是采用有限的形式表達無限的可達圖。例如發(fā)燒、咳嗽、頭疼都是由感冒引起的，當感冒的條件滿足后，到底是會發(fā)燒還是咳嗽又或是頭疼，這三者都有可能，需要根據(jù)個人的體質(zhì)來決定。邏輯“與”表示只有當參與運算的邏輯變量的取值全部是“真”時，邏輯結(jié)果才為真。而，由于，變遷不使能。當時，則不必標注。 Petri網(wǎng)的定義對于一個離散事件系統(tǒng)，它的基本Petri網(wǎng)模型所包含的結(jié)構(gòu)元素為：庫所（，用圓圈 表示）、變遷（，用豎線 或者小矩形 表示）及有向?。ㄓ脦Ъ^的線表示）。屬性值約簡算法的具體過程為：刪除決策表的第行第列屬性值，將該決策規(guī)則剩余的個條件屬性與其余個樣本的對應(yīng)條件屬性進行比較。該適值函數(shù)為如下定義: （32）說明如下：表示屬性集合的長度，中1的個數(shù)為。首先將設(shè)為條件屬性的非空子集，若有子集,存在關(guān)系，那就稱為屬性的依賴集，若不是，則為獨立集。這就產(chǎn)生了獨立的知識，它說明該集合里任一屬性都是有用的。它是對客觀事物的一種描述。但任何知識都是對事物變化及規(guī)律的一種概括性描述。設(shè)集合是集合上的關(guān)系，滿足：(1)如果，則稱滿足自返性集合或者稱是自返的。(4) 新型成員。本文在簡要介紹了常見故障源的基本功能和在系統(tǒng)中所處地位的基礎(chǔ)上，又詳細分析了不同故障源的故障類型、原因和現(xiàn)象，為故障診斷提供可靠依據(jù)。表22 變壓器的故障類型及故障原因故障類型故障原因內(nèi)部短路① 各相繞組之間相間短路；② 一相繞組線匝間短路；③ 某相繞組與鐵芯間接地短路；④ 某相引出線與外殼間接地短路。短路故障⑤ 導(dǎo)線絕緣層、支持絕緣等受外力作用損壞；⑥ 雷擊、大風等惡劣天氣導(dǎo)線間絕緣被破壞；⑦ 導(dǎo)線絕緣子表面污穢，造成閃絡(luò)；⑧ 由于檢修失誤或操作錯誤造成人為的短路。(2) 各種設(shè)備參數(shù)狀態(tài)表達以及報警信號處理監(jiān)控系統(tǒng)可以明確的表示變電站設(shè)備的狀態(tài)量。 圖21 SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖目前，變電站使用的現(xiàn)場遠方量測終端（RTU）裝置有兩種，分別為布線式數(shù)字遠動裝置和微機遠動裝置，主要實現(xiàn)的功能如下：(1)收集變電站現(xiàn)場的量測量以及狀態(tài)量等數(shù)據(jù)，即遙測遙信數(shù)據(jù)。 (4) 利用粗糙集理論對各個區(qū)域的原始決策表進行屬性約簡及屬性值約簡，提取出診斷規(guī)則，然后用Petri網(wǎng)對診斷規(guī)則進行描述，建立了各個區(qū)域診斷模型。在使用規(guī)則知識進行決策和推理的這個問題上，粗糙集理論和Petri網(wǎng)理論可以很好的進行互補。變電站的故障診斷可以歸結(jié)為模式分類問題，粗糙集決策表方法對于解決這類問題是相當適宜的。故障診斷中不可避免的存在不確定因素，而專家系統(tǒng)要求匹配一致，否則極易產(chǎn)生錯誤結(jié)果。盡管專家系統(tǒng)可以在模擬故障診斷專家的基礎(chǔ)上有效地完成故障診斷過程，但是在實際應(yīng)用過程中仍然不可避免有一定的不足：(1) 由于知識的獲取以及對其完備性的驗證是一個很困難的過程，因此怎樣獲取完備的知識庫成為故障診斷專家系統(tǒng)的瓶頸問題就在所難免了。與此同時，變電站不斷提高其綜合自動化的水平，繼電保護與自動裝置在變電站中得到了越來越多的應(yīng)用。這也就使得變電所的故障對電力系統(tǒng)的影響范圍及嚴重程度大大增加。作為專家系統(tǒng)的創(chuàng)始人之一，費根鮑姆（E．A．Feigenbaum）認為該系統(tǒng)不是一個普通的應(yīng)用軟件，而是一種智能化的計算機程序，可以像專家一樣，運用豐富的儲備知識和嚴密的推理步驟解決復(fù)雜的問題。由于它缺少對診斷結(jié)果進行解釋的功能，運行人員在理解結(jié)論時存在一定障礙。5. 粗糙集理論(Rough Sets Theory)上世紀末，Z．Pawlak教授等人提出了一種處理不確定問題和不精確數(shù)據(jù)的方法，粗糙集理論(Rough Sets Theory)。然而，Petri網(wǎng)方法不具備對知識加以處理的能力，只能進行知識的表達與推理。 (2) 變電站的故障診斷以故障后所表現(xiàn)的征兆信息為分析和研究的基礎(chǔ)， 本文系統(tǒng)地分析了變電站故障數(shù)據(jù)的來源，并對變電站常見的故障進行了整理。其基本組成包括：FTU(饋線終端單元)、RTU(遠程終端單元)。這些運行信息包括一次設(shè)備的電壓、電流和功率大小等。它們是電力系統(tǒng)的動脈，其運行情況決定電網(wǎng)的安全性、可靠性和效益。升壓變壓器進行升壓后，線路損耗得以減少，送電成本就更加經(jīng)濟，可以實現(xiàn)電能的遠距離傳輸；降壓變壓器進行降壓后，高電壓變?yōu)闈M足用戶需要的各級使用電壓。SCADA系統(tǒng)是電力綜合自動化系統(tǒng)中最基本的功能模塊，具有信息量大、實時更新、能幫助快速診斷出系統(tǒng)故障狀態(tài)等優(yōu)勢，已成為電力調(diào)度必不可少的工具之一。在工程領(lǐng)域尤為適用。記為。 知識的定義與分類知識是人工中一個非常的概念。換而言之，知識等價類就是用不同的描述方式來描述同一的相同事實。 知識的化簡在粗糙集理論里，在一個論域中，如果存在很多的知識是多余的，是不起決定性作用的，運算時可以將這些多余的知識從論域中刪除，這樣做非但不能影響到最后的結(jié)果，而且還簡化了結(jié)果。其定義的標準：在保證原有信息數(shù)量的基礎(chǔ)上，通過約簡使屬性為最少，或者決策規(guī)則最優(yōu)，或者總的數(shù)據(jù)約簡量為最大。3. 遺傳算法適值函數(shù)和表示方法是用來區(qū)分利用各種遺傳算法來計算簡約的兩個方面。對于這個規(guī)則集合，普遍采用以下屬性值約簡算法來進行簡化：對于規(guī)則集合中的某條規(guī)則，在不考慮其某一條件屬性的前提下，該規(guī)則不會與集合中其他規(guī)則發(fā)生任何沖突，那么將認定為可以刪除該規(guī)則所包含的這一條件屬性。如：著色Petri網(wǎng)，賦時Petri網(wǎng)等；（3）為了使Petri網(wǎng)成為一種適用范圍廣的高效工具，將其從計算機系統(tǒng)融入到其他領(lǐng)域的研究（4）為了解決Petri網(wǎng)模型應(yīng)用在大型復(fù)雜系統(tǒng)中存在狀態(tài)空間組合爆炸的問題，對Petri網(wǎng)模型的簡化進行的研究；（5）為方便Petri網(wǎng)模型的設(shè)計與分析，進行軟件開發(fā)的研究。 Petri網(wǎng)的結(jié)構(gòu)定義為一個由四元組描述的有向圖。一個變遷的使能要求實現(xiàn)局部前提狀態(tài)的次數(shù)用該變遷的輸入函數(shù)定義，而局部前提狀態(tài)的實現(xiàn)情況是通過庫所中存在的托肯個數(shù)來反映的，因此，的使能與它的輸入函數(shù)和輸入庫所包含的托肯個數(shù)都有關(guān)系。Petri網(wǎng)中認為滿足條件則變遷觸發(fā)。通常，變電站中的繼電保護裝置動作是依次發(fā)生的，就是說是一個依次發(fā)生的關(guān)系?；【€的末端連接的標識向量是通過該線所表示的變遷觸發(fā)始端的標識向量來得到的。，其關(guān)聯(lián)矩陣為：初始標識向量為，在的作用下，其轉(zhuǎn)移矢量矩陣為：，因此有與前面的分析結(jié)果一致。由此可以得出，變電站的故障診斷原始決策表是一個由（0、1）組成的二維數(shù)據(jù)表。該變電站可以分為三個區(qū)域，區(qū)域名分別為：110kV區(qū)域、35kV區(qū)域和10kV區(qū)域。該決策表由14個條件屬性、4個決策屬性、16個樣本組成。10kV區(qū)域的初始決策表由24個條件屬性、6個決策屬性、40個樣本組成。表53 110kV區(qū)域?qū)傩约s簡后的決策表樣本KG3KG4JLL1JLL2LXL1LXL2故障元件1L12L13L24L25T16T27L18L19L210L211MX1表54 110kV分區(qū)屬性值約簡后的決策表樣本KG3KG4JLL1JLL2LXL1LXL2故障元件1**1***L12****1*L13***1**L24*****1L251****T161****T2711MX1根據(jù)表54，提取出的相應(yīng)的故障診斷規(guī)則如下：（1）如果JLL1=1或者LXL1=1，則線路L1故障；（2）如果JLL2=1或者LXL2=1，則線路L1故障；（3）如果KG3=1并且KG4=0，則變壓器T1故障；（4）如果KG4=1并且KG3=0，則變壓器T2故障；（5）如果KG3=KG4=1并且JLLLXLJLLLXL2均為0，則是母線MX1故障；根據(jù)上述的故障診斷規(guī)則，建立基于知識規(guī)則推理的Petri網(wǎng)模型。在故障診斷過程中，滿足觸發(fā)條件的變遷節(jié)點依次點火，采用式（43）進行分析計算。 基于粗糙集的故障診斷規(guī)則提取變電站的故障診斷可以看成是一種模式分類，因此可利用粗糙集決策表進行數(shù)據(jù)挖掘。下圖410中的a圖是一個簡單系統(tǒng)的Petri網(wǎng)模型，該網(wǎng)絡(luò)的初始標識，經(jīng)過上述算法推到運算后，構(gòu)建的覆蓋樹如圖410中的b圖所示。這就是Petri網(wǎng)模型中優(yōu)先與抑制的關(guān)系。圖45中的上圖，中存在托肯，被觸發(fā)。 在標識下使能的變遷的觸發(fā)將產(chǎn)生新的標識： （42）具體計算如下：在圖41所示的簡單Petri網(wǎng)中，對應(yīng)上述定義，的使能下，會觸發(fā)獲得新的標識。（2）是一個列向量，第個庫所包含的托肯數(shù)目就是第個元素的取值，該向量定義為Petri網(wǎng)的標識。一個輸入庫所就是由變遷代表的事件的一個發(fā)生條件。所以這一直是眾多學者研究的內(nèi)容。如果兩個屬性在可辨識函數(shù)中同時出現(xiàn)或不出現(xiàn)，則稱之為局部強等價，當兩個屬性滿足上述條件，就可將之化簡為一個屬性。相對決策屬性是必要的。表中首先給了條件屬性，結(jié)果為決策屬性，一些問題都可用它來表達。則用下面集合來表示可辨識矩陣： （31）其中。其中，為所有與不可分辨的對象所在的集合，即，中的每個對象都與有同樣的屬性。從(2)可以得出，元素所生成的等價類的并集為集合。 假設(shè)兩個集合和，則稱為一個序偶。它具有以下幾種特點:(1) 不考慮先驗知識?，F(xiàn)在有的電力電容器還裝設(shè)放電線圈和熔絲。母線失電是指母線本身無故障而失去電源，一般是由于系統(tǒng)故障、繼電保護、開關(guān)誤動或該母線上的出線、變壓器等故障、開關(guān)或保護拒動，而使該母線上的電源開關(guān)越級跳閘所致；判斷母線失電的依據(jù)是同時出現(xiàn)下列現(xiàn)象：（1）該母線的電壓顯示消失；（2）該母線的各出線及變壓器負荷消失；（3）該母線所供的站用變失電。 變電站常見的故障變電站故障診斷需要判斷的故障源通常有電力線路、母線、變壓器、無功補償設(shè)備等。然后，信號傳輸?shù)街髡居嬎銠C中進行解調(diào)，之后經(jīng)智能接口的串并轉(zhuǎn)換以及譯碼處理到達前置機，信息在經(jīng)過前置機的刻度轉(zhuǎn)換和初檢測后，由主機確認是否可用，可用就送入到數(shù)據(jù)庫。在這種情況下，變電站故障診斷應(yīng)運而生。目前變電站故障診斷課題面臨的主要問題是故障信息的不確定性和不完備性。運用粗糙集可以通過屬性和屬性值的約簡排除冗余的條件屬性和屬性值，獲得最簡的診斷規(guī)則。電力系統(tǒng)的繼電保護的基本要求之一就是選擇性。2. 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Artificial Neural Network)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Artificial Neural Network)是一種采用模仿人類神經(jīng)系統(tǒng)工作的原理來進行信息傳輸、處理的人工智能方法。 國內(nèi)外研究成果故障診斷問題的研究，可以追溯到上個世紀的60年代，當時的研究者們試圖使用傳統(tǒng)數(shù)學建模的方法來解決這個問題，但是由于故障診斷的過程和計算技術(shù)非常復(fù)雜，無法用傳統(tǒng)的數(shù)學模型和計算方法來描述，以致對變電站故障診斷問題的研究進展極其緩慢。第1章 緒　　論 本課題的目的和意義在電力系統(tǒng)中，電能的集中和分配、電壓和電流的變換都是在變電站中實現(xiàn)的。因此研究變電站智能化故障診斷方法，為調(diào)度及運行人員提供輔助判據(jù)具有重要的理論意義與實踐指導(dǎo)作用。因此，最近幾年專家系統(tǒng)呈現(xiàn)一些新的發(fā)展趨勢：①將ANN與專家系統(tǒng)結(jié)合，使之具備自學習與聯(lián)想的功能；②將模糊理論與專家系統(tǒng)結(jié)合，使之可以實現(xiàn)不確定性推理；③將粗糙集與專家系統(tǒng)結(jié)合，使其知識庫具有容錯能力。同時因為Petri網(wǎng)能夠描述離散事件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，所以它可以抓住系統(tǒng)中事件的先后和異同步等特征。這些信息之間有很強的因果關(guān)系，一些信息通常是由另一些信息的出現(xiàn)而產(chǎn)生，也就是說這些信息之間的冗余度很高，這也為粗糙集的應(yīng)用提供了必要條件。 本課題研究的主要工作通過閱讀大量文獻，本文分析了變電站故障診斷的特點以及故障診斷信息的來源，系統(tǒng)全面地對國內(nèi)外變電站故障診斷的方法進行了歸納和總結(jié)，在此基礎(chǔ)上對變電站故障診斷問題進行了探索和研究。而且SCADA系統(tǒng)采集的信息還不能完全滿足現(xiàn)場運行的需要。其次，在遠方終端(RTU)中通過多路采樣、模數(shù)轉(zhuǎn)換和抗干擾編碼三個環(huán)節(jié)將直流電壓信號處理成了數(shù)字信號，繼而采用調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相等調(diào)制方式將其調(diào)制在信息載體上。從這個意義考慮，監(jiān)控系統(tǒng)具有對實時歷史數(shù)據(jù)的保留和系統(tǒng)操作情況記錄功能。母線本身