本發(fā)明涉及一種診斷方法，具體地，涉及一種基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變壓器狀態(tài)專家診斷方法。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)電力的需求與日俱增，2011-2020年，我國(guó)全社會(huì)用電量將保持3.3-4％以上的增速，全社會(huì)用電量達(dá)到6.7-7萬億千瓦時(shí)，這對(duì)電力設(shè)備的可靠性、安全性和穩(wěn)定性提出了更高的要求，電力設(shè)備的故障診斷和設(shè)備壽命預(yù)測(cè)也越來越重要。1990年9月，我國(guó)廣東發(fā)生特大停電事故，220KV線路短路故障造成7個(gè)發(fā)電廠解裂，13條220KV線路跳閘，11個(gè)220KV變電站停電，廣州市區(qū)2/3負(fù)荷，佛山1/2負(fù)荷及韶關(guān)、清遠(yuǎn)、肇慶全部負(fù)荷中斷供電。2003年8月15日，美國(guó)紐約、底特律、克利夫蘭以及加拿大的多倫多、渥太華等大城市發(fā)生大面積斷電，5000萬人生活受到影響，造成上百億美元的經(jīng)濟(jì)損失。由上可知，保障電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行具有十分重要的意義。

雖然電力設(shè)備功能不斷完善，安全性、穩(wěn)定性得到極大提高，但是電力設(shè)備的正常運(yùn)行受眾多因素的影響，包括電磁振動(dòng)，機(jī)械磨損，化學(xué)作用，大氣腐蝕，電腐蝕等，所以電力設(shè)備在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，故障不可絕對(duì)避免，因而必須定期或不定期地對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，以確保電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。而變壓器是整個(gè)電力系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的部分，其正常與否直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。

狀態(tài)檢修(CBM:Condition Based Maintenance)是指以設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)來絕對(duì)檢修模式，該理論最早由美國(guó)杜邦公司于1970年提出，目前已經(jīng)廣泛運(yùn)用于美國(guó)的電力系統(tǒng)，上世紀(jì)80年代，日本和歐洲電力系統(tǒng)也相繼引入該理論，開發(fā)了相應(yīng)的狀態(tài)檢修系統(tǒng)。同期，我國(guó)學(xué)者機(jī)構(gòu)開始對(duì)該理論進(jìn)行研究，國(guó)電公司也提出了“要加快推進(jìn)電力設(shè)備狀態(tài)檢修工作”的指示，狀態(tài)檢修理論也廣泛運(yùn)用于電力系統(tǒng)運(yùn)維。狀態(tài)檢修最重要的是設(shè)備狀態(tài)診斷，診斷方法是整個(gè)理論的核心。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)是一種模仿動(dòng)物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)行為特征，進(jìn)行分布式并行信息處理的算法數(shù)學(xué)模型。具有自適應(yīng)學(xué)習(xí)和調(diào)整網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜程度的能力，將以往包含有故障數(shù)據(jù)的采樣信息作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在自適應(yīng)學(xué)習(xí)的過程中，建立了數(shù)據(jù)輸入與故障原因之間的映射。優(yōu)點(diǎn)是學(xué)習(xí)規(guī)則簡(jiǎn)單，便于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是學(xué)習(xí)時(shí)間長(zhǎng)，某些情況下可能達(dá)不到學(xué)習(xí)目的。

遺傳算法(GA)是建立在達(dá)爾文的自然選擇和Mendel遺傳學(xué)說的基礎(chǔ)上，通過模仿生物遺傳和進(jìn)化進(jìn)程尋求復(fù)雜問題全局最優(yōu)解的優(yōu)化算法，能在診斷信息不完整的情況下給出多個(gè)可能的診斷結(jié)論，缺點(diǎn)是具有不穩(wěn)定性，初始參數(shù)的設(shè)置依靠經(jīng)驗(yàn)值。

模糊診斷方法是通過某些故障的隸屬度來求出各種故障原因的隸屬度，以表征故障存在的傾向性缺點(diǎn)是需要大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，其準(zhǔn)確度依賴于數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。

專家系統(tǒng)是一種智能的計(jì)算機(jī)程序，借助源自于人類的專家知識(shí)，采取一定的搜索策略，并通過推理的手段去解決某一特定領(lǐng)域的相關(guān)問題。專家系統(tǒng)是一個(gè)廣范圍多經(jīng)驗(yàn)高水平的知識(shí)系統(tǒng)，專家系統(tǒng)能夠獲取大量的領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)知識(shí)以及處理問題的經(jīng)驗(yàn)，而且還具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性和可移植性，最所掌握的知識(shí)不斷的進(jìn)行更新和補(bǔ)充。專家系統(tǒng)的準(zhǔn)確性依賴于專家提供的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。專家系統(tǒng)的推理方式一般有三種：基于規(guī)則推理；基于案例推理；基于模型推理；其中基于規(guī)則的推理模式是應(yīng)用最為廣泛的。

變壓器診斷的類似算法包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊集理論等。這些方法的共同點(diǎn)是基于已有的知識(shí)來訓(xùn)練診斷規(guī)則，問題包括兩個(gè)方面：一是診斷的結(jié)果依賴于已有知識(shí)的準(zhǔn)確度和豐富程度；二是在訓(xùn)練診斷規(guī)則中可能出現(xiàn)學(xué)習(xí)時(shí)間長(zhǎng)，得不到規(guī)則知識(shí)或診斷結(jié)果不穩(wěn)定等情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變壓器狀態(tài)專家診斷方法，其基于專家系統(tǒng)理論知識(shí)建立的變壓器狀態(tài)綜合診斷系統(tǒng)，根據(jù)專家知識(shí)能和對(duì)變壓器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的狀態(tài)診斷，一方面解決了以往人工查找大量規(guī)程文件來評(píng)定設(shè)備狀態(tài)的復(fù)雜、繁瑣方式；另一方面基于專家系統(tǒng)方法診斷結(jié)果準(zhǔn)確可靠，規(guī)避了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，遺傳算法等其他方式帶來的診斷結(jié)果的不確定性；再者，專家系統(tǒng)知識(shí)庫可以動(dòng)態(tài)維護(hù)，系統(tǒng)可擴(kuò)展性強(qiáng)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變壓器狀態(tài)專家診斷方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，建立專家系統(tǒng)知識(shí)庫，專家系統(tǒng)知識(shí)庫是專家系統(tǒng)的核心，完整的專家系統(tǒng)知識(shí)庫的建設(shè)過程包括知識(shí)表達(dá)、知識(shí)獲取、知識(shí)存儲(chǔ)、知識(shí)一致性檢查和數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)；

步驟二，建立專家評(píng)分規(guī)則；

步驟三，診斷推理，診斷推理采用正向推理；

步驟四，得出診斷結(jié)果。

優(yōu)選地，所述步驟二建立兩級(jí)權(quán)重評(píng)分規(guī)則體系：基本思想為系統(tǒng)對(duì)一次變壓器狀態(tài)檢測(cè)中的每一檢測(cè)項(xiàng)進(jìn)行專家診斷推理，得到該檢測(cè)項(xiàng)所屬知識(shí)子庫類型和該檢測(cè)項(xiàng)表征的設(shè)備狀態(tài)評(píng)分；然后分別對(duì)各檢測(cè)項(xiàng)按所屬知識(shí)子庫進(jìn)行權(quán)重求和，得到七個(gè)知識(shí)子庫對(duì)應(yīng)的七個(gè)評(píng)分值；此為第一級(jí)權(quán)重評(píng)分規(guī)則體系；系統(tǒng)得到七個(gè)知識(shí)庫類型對(duì)應(yīng)的評(píng)分后，根據(jù)各知識(shí)子庫對(duì)變壓器狀態(tài)的影響權(quán)重，進(jìn)行權(quán)重求和，得到變壓器狀態(tài)總評(píng)分，此為第二級(jí)權(quán)重評(píng)分規(guī)則體系。

優(yōu)選地，所述正向推理是指從已知的事實(shí)出發(fā)，在專家系統(tǒng)知識(shí)庫中尋找當(dāng)前可適用的知識(shí)的過程本發(fā)明利用正向推理，對(duì)每一檢測(cè)項(xiàng)，在專家系統(tǒng)知識(shí)庫中尋找可用的規(guī)則結(jié)論，如結(jié)論存在，則推理結(jié)束；如果不存在，則根據(jù)最大隸屬度的原則，在知識(shí)庫中尋找隸屬度最高、相似度最大的結(jié)論作為該項(xiàng)診斷結(jié)果。

優(yōu)選地，所述正向推理的過程如下：一、系統(tǒng)從事實(shí)鏈取出事實(shí)；二、在知識(shí)庫中尋找規(guī)則集合；三、諾找到匹配規(guī)則，直接適用規(guī)則，推理結(jié)束；四、諾沒有找到批配規(guī)則，則計(jì)算規(guī)則隸屬度；五、選取最大隸屬度作為本次推理結(jié)果；六、將推理結(jié)果作為規(guī)則，加入知識(shí)庫。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：本發(fā)明基于專家系統(tǒng)理論知識(shí)建立的變壓器狀態(tài)綜合診斷系統(tǒng)，根據(jù)專家知識(shí)能和對(duì)變壓器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的狀態(tài)診斷，一方面解決了以往人工查找大量規(guī)程文件來評(píng)定設(shè)備狀態(tài)的復(fù)雜、繁瑣方式；另一方面基于專家系統(tǒng)方法診斷結(jié)果準(zhǔn)確可靠，規(guī)避了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，遺傳算法等其他方式帶來的診斷結(jié)果的不確定性；再者，專家系統(tǒng)知識(shí)庫可以動(dòng)態(tài)維護(hù)，系統(tǒng)可擴(kuò)展性強(qiáng)。本發(fā)明為變電站的運(yùn)維管理帶來極大便利，減少了運(yùn)維成本，提高了管理效率和水平。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1為本發(fā)明基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變壓器狀態(tài)專家診斷方法的流程圖。

圖2為本發(fā)明中節(jié)點(diǎn)分離法的原理的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明基于變壓器運(yùn)維的相關(guān)規(guī)程文件及專家系統(tǒng)知識(shí)庫的基本理論建立變壓器狀態(tài)診斷知識(shí)庫，然后調(diào)用相關(guān)診斷算法，對(duì)變壓器各檢測(cè)項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行診斷評(píng)分，最后根據(jù)各項(xiàng)權(quán)重對(duì)各指標(biāo)項(xiàng)評(píng)分進(jìn)行累積求和得到變壓器綜合評(píng)分，根據(jù)總分值確定變壓器運(yùn)行狀態(tài)。

如圖1所示，本發(fā)明基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變壓器狀態(tài)專家診斷方法包括以下步驟：

步驟一，建立專家系統(tǒng)知識(shí)庫，專家系統(tǒng)知識(shí)庫是專家系統(tǒng)的核心，相當(dāng)于領(lǐng)域?qū)＜业拇竽X，是進(jìn)行專家診斷的基礎(chǔ)，知識(shí)庫的完善與否直接決定了診斷結(jié)論的可靠性。完整的專家系統(tǒng)知識(shí)庫的建設(shè)過程包括知識(shí)表達(dá)、知識(shí)獲取、知識(shí)存儲(chǔ)、知識(shí)一致性檢查和數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。知識(shí)表達(dá)、獲取及運(yùn)用是知識(shí)處理學(xué)的三大課題，而知識(shí)表達(dá)處于中心地位，常用的表達(dá)方式有產(chǎn)生式、框架表示法、腳本表示、過程表示等。知識(shí)獲取是建立專家系統(tǒng)的前提。一般知識(shí)的來源包括行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、專家經(jīng)驗(yàn)以及系統(tǒng)自身的知識(shí)積累等。知識(shí)一致性檢查主要解決矛盾性規(guī)則和循環(huán)規(guī)則問題，前者指如何避免相同的推理?xiàng)l件得到互相矛盾的結(jié)論，后者指當(dāng)規(guī)則形成循環(huán)鏈時(shí)程序如何避免陷入死循環(huán)。本發(fā)明中知識(shí)的來源包括如下幾個(gè)方面：一、《Q/CSG10007-2004電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》、國(guó)家電網(wǎng)公司關(guān)于印發(fā)《750kV電力設(shè)備交接試驗(yàn)規(guī)程》及其他相關(guān)專業(yè)文件。二、領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)。三、變壓器設(shè)備廠家提供的相關(guān)參數(shù)文件。四、變壓器運(yùn)營(yíng)單位規(guī)定的。五、系統(tǒng)運(yùn)行過程中積累的診斷知識(shí)。本發(fā)明基于產(chǎn)生式規(guī)則來對(duì)知識(shí)進(jìn)行表達(dá)。產(chǎn)生式規(guī)則的一般形式為：“IF P，THEN Q”，其中P代表前提或狀態(tài)，Q代表結(jié)論或動(dòng)作，其含義是如果P為真，那么可以得到Q。

建立專家系統(tǒng)知識(shí)庫的公式表示如下式(1)：

其中m，n>1，k＝1，2，....n；R_k表示第K條規(guī)則，C_k表示第K條結(jié)論。

產(chǎn)生式規(guī)則的數(shù)據(jù)拓?fù)涫饺缦率?2)：

E_ijk代表每個(gè)節(jié)點(diǎn)，行代表

多行之間的關(guān)系就表示為

產(chǎn)生式規(guī)則中存在前提的復(fù)用和結(jié)論與前提關(guān)聯(lián)的情況，即如下式(3)：

E_ijk＝E_1mn(i≠1)……(3)

E_1mn表示與E_ijk不相同的某個(gè)節(jié)點(diǎn)。

當(dāng)K＝n時(shí)，滿足如下式(4)：

E_ijk＝C_m(k≠m)……(4)

Cm表示某條結(jié)論。

產(chǎn)生式規(guī)則是一種不規(guī)范的圖形結(jié)構(gòu)，要在關(guān)系數(shù)據(jù)庫二維結(jié)構(gòu)中存儲(chǔ)規(guī)則必須先進(jìn)行規(guī)范化處理，處理方式如下：

a、利用邏輯關(guān)系“或”的等價(jià)轉(zhuǎn)換關(guān)系將一條規(guī)則中前提間的混合邏輯關(guān)系轉(zhuǎn)換為只含邏輯關(guān)系“與”的單一關(guān)系，邏輯關(guān)系“或”的等價(jià)關(guān)系為式(5)：

c表示單條規(guī)則對(duì)應(yīng)的子結(jié)論。

b、利用節(jié)點(diǎn)分離法消除規(guī)則間的關(guān)聯(lián)，節(jié)點(diǎn)分離法的原理如圖2所示。

本發(fā)明中基于產(chǎn)生式規(guī)則，將獲得的知識(shí)轉(zhuǎn)化為二維數(shù)據(jù)關(guān)系數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的記錄。根據(jù)不同知識(shí)子類，分為如下七個(gè)知識(shí)邏輯子庫：一、繞阻絕緣電阻；二、繞阻介損及電容；三、套管；四、繞阻直流電阻；五、泄露電流實(shí)驗(yàn)；六、電壓比；七、油中溶解氣體分析；本發(fā)明中專家系統(tǒng)知識(shí)庫提供管理員操作接口，可以動(dòng)態(tài)維護(hù)添加新知識(shí)，淘汰過期知識(shí)。

步驟二，建立專家評(píng)分規(guī)則，變壓器狀態(tài)和世界上很多事物一樣，并非處于絕對(duì)的正常與不正常的二元狀態(tài)，理論上來說處于一種灰色的連續(xù)的狀態(tài)集合中，而這種連續(xù)的狀態(tài)集合可以用狀態(tài)評(píng)分來表示。評(píng)分的高低代表設(shè)備狀態(tài)的優(yōu)良度，根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)設(shè)定狀態(tài)評(píng)分閾值，低于該閾值認(rèn)為設(shè)備需要檢修；一個(gè)完整的變壓器由多個(gè)部件組成，變壓器的狀態(tài)評(píng)分也受多種因素的影響，因此不能僅憑單一指標(biāo)來斷定設(shè)備狀態(tài)，而必須綜合多方面指標(biāo)，再基于一定的權(quán)重規(guī)則，綜合得到設(shè)備狀態(tài)評(píng)分。本發(fā)明建立兩級(jí)權(quán)重評(píng)分規(guī)則體系：基本思想為系統(tǒng)對(duì)一次變壓器狀態(tài)檢測(cè)中的每一檢測(cè)項(xiàng)進(jìn)行專家診斷推理，得到該檢測(cè)項(xiàng)所屬知識(shí)子庫類型和該檢測(cè)項(xiàng)表征的設(shè)備狀態(tài)評(píng)分；然后分別對(duì)各檢測(cè)項(xiàng)按所屬知識(shí)子庫進(jìn)行權(quán)重求和，得到七個(gè)知識(shí)子庫對(duì)應(yīng)的七個(gè)評(píng)分值；此為第一級(jí)權(quán)重評(píng)分規(guī)則體系；系統(tǒng)得到七個(gè)知識(shí)庫類型對(duì)應(yīng)的評(píng)分后，根據(jù)各知識(shí)子庫對(duì)變壓器狀態(tài)的影響權(quán)重，進(jìn)行權(quán)重求和，得到變壓器狀態(tài)總評(píng)分，此為第二級(jí)權(quán)重評(píng)分規(guī)則體系。系統(tǒng)中所有的得分規(guī)則和各項(xiàng)權(quán)重值都是由領(lǐng)域?qū)＜以O(shè)定。

建立專家評(píng)分規(guī)則的公式如下式(6)：

式中：Score為最終變壓器狀態(tài)評(píng)分；x_i為單一檢測(cè)項(xiàng)的診斷設(shè)備評(píng)分；w_i為單項(xiàng)權(quán)重；P_j為各知識(shí)子庫對(duì)應(yīng)的權(quán)重。

步驟三，診斷推理，診斷推理采用正向推理，是指從已知的事實(shí)出發(fā)，在專家系統(tǒng)知識(shí)庫中尋找當(dāng)前可適用的知識(shí)的過程本發(fā)明利用正向推理，對(duì)每一檢測(cè)項(xiàng)，在專家系統(tǒng)知識(shí)庫中尋找可用的規(guī)則結(jié)論，如結(jié)論存在，則推理結(jié)束；如果不存在，則根據(jù)最大隸屬度的原則，在知識(shí)庫中尋找隸屬度最高、相似度最大的結(jié)論作為該項(xiàng)診斷結(jié)果。因?yàn)橛?jì)算隸屬度需要耗費(fèi)大量系統(tǒng)資源，所以推理過程第一步為直接尋找可用結(jié)論，隨著知識(shí)庫系統(tǒng)的不斷完善，大量的推理診斷將在第一步完成，這樣能節(jié)省推理時(shí)間。本發(fā)明中正向推理的過程如下：一、系統(tǒng)從事實(shí)鏈取出事實(shí)；二、在知識(shí)庫中尋找規(guī)則集合；三、諾找到匹配規(guī)則，直接適用規(guī)則，推理結(jié)束；四、諾沒有找到批配規(guī)則，則計(jì)算規(guī)則隸屬度；五、選取最大隸屬度作為本次推理結(jié)果；六、將推理結(jié)果作為規(guī)則，加入知識(shí)庫。

步驟四，得出診斷結(jié)果，本發(fā)明中變壓器診斷結(jié)果基于WebGIS(網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng))根據(jù)變壓器的坐標(biāo)進(jìn)行二維展示。在地圖中變壓器的狀態(tài)根據(jù)狀態(tài)評(píng)分值設(shè)置不同的顏色，顏色值是連續(xù)的范圍。這樣管理員根據(jù)地圖中展布的變壓器的顏色就可以迅速直觀的判別設(shè)備的狀態(tài)。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。