本發(fā)明涉及一種基于語義網(wǎng)的智能變電站運維系統(tǒng)的知識庫建模方法。

背景技術(shù)：

隨著國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)戰(zhàn)略的推進(jìn)，截止2015年底已有約5182座智能變電站投入運行。智能變電站的二次系統(tǒng)全部被封裝在配置描述文件(substationconfigurationdescription,scd)中，因此給變電站的運行維護(hù)帶來了很大的困難。早在2011年和2012年就有學(xué)者提出使用專家系統(tǒng)的方法對智能變電站的運維工作進(jìn)行輔助，指導(dǎo)和幫助運行人員快速針對事故和異常做出準(zhǔn)確判斷，從而提高變電站運行管理水平和可靠性。與傳統(tǒng)變電站不同，智能變電站的系統(tǒng)架構(gòu)發(fā)生了重大變革。站內(nèi)設(shè)備更加多樣，保護(hù)功能的實現(xiàn)依賴于多個設(shè)備共同作用。尤其對于高電壓等級的變電站，保護(hù)采用雙重配置，更增加了設(shè)備種類。作為對高壓一次設(shè)備進(jìn)行保護(hù)的二次設(shè)備，如果發(fā)生故障將使一次設(shè)備失去保護(hù)和控制，繼而對接入系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行產(chǎn)生威脅，這對變電站運維輔助決策專家系統(tǒng)提出了巨大的需求和挑戰(zhàn)。

近10年來，人工智能技術(shù)在知識表達(dá)方面的發(fā)展，特別是本體理論及語義網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步，為智能變電站輔助決策專家系統(tǒng)知識庫的建模提供了新的思路。智能語義網(wǎng)，最早應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)搜索問題，用于對網(wǎng)絡(luò)中紛繁復(fù)雜的語言描述進(jìn)行合理的模型構(gòu)造，從而便于機器理解和搜索。也有學(xué)者提出，將語義網(wǎng)應(yīng)用于智能電網(wǎng)廣義數(shù)據(jù)管理模型中，以解決廣義數(shù)據(jù)類型多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，兼具良好的拓展性。

現(xiàn)實中，智能變電站的設(shè)備信息同樣具備設(shè)備數(shù)量大、關(guān)聯(lián)關(guān)系復(fù)雜的問題，且對模型的可擴展性具有較高要求。若運用對各類設(shè)備直接建模的方式，難免造成知識庫知識結(jié)構(gòu)混亂、相似設(shè)備類型間相似性不明確；規(guī)則庫各規(guī)則只針對特定種類設(shè)備，通用性不強、過于繁雜等問題。因此，有必要借鑒本體和語義網(wǎng)的概念和思路對智能變電站輔助決策專家系統(tǒng)知識庫進(jìn)行建模。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于語義網(wǎng)的智能變電站運維系統(tǒng)的知識庫建模方法，旨在利用語義網(wǎng)使知識庫的構(gòu)造更加體系化，提高知識庫不同概念之間的邏輯性和統(tǒng)一性，從而達(dá)到提高專家系統(tǒng)知識庫擴展性和規(guī)則庫規(guī)則復(fù)用率的目的。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種基于語義網(wǎng)的智能變電站運維系統(tǒng)的知識庫建模方法，其特征是，包含以下步驟：

s1、根據(jù)語義網(wǎng)的概念與功能確定智能變電站運維系統(tǒng)知識庫建模思路；

s2、提取變電站自動化系統(tǒng)iec61850-6標(biāo)準(zhǔn)中的scl對象模型的基本結(jié)構(gòu)和邏輯框架；

s3、根據(jù)語義網(wǎng)中的類繼承、屬性繼承概念從scl對象模型中的智能變電站設(shè)備配置、ied配置和通信配置三個層面設(shè)計智能變電站運維系統(tǒng)知識庫模型。

上述的基于語義網(wǎng)的智能變電站運維系統(tǒng)的知識庫建模方法，其中，步驟s3以后還包含：

s4、運用clips平臺對步驟s3獲得的智能變電站運維系統(tǒng)知識庫模型進(jìn)行測試，檢驗智能變電站運維系統(tǒng)知識庫模型不同類型類與屬性之間的邏輯性和統(tǒng)一性，驗證智能變電站運維系統(tǒng)知識庫擴展性和規(guī)則庫規(guī)則復(fù)用率。

上述的基于語義網(wǎng)的智能變電站運維系統(tǒng)的知識庫建模方法，其中：

所述的步驟s2中的智能變電站設(shè)備配置、ied配置和通信配置模型分別根據(jù)iec61850-6標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的scl對象模型的變電站一次設(shè)備、變電站二次描述和通信模塊來建立。

上述的基于語義網(wǎng)的智能變電站運維系統(tǒng)的知識庫建模方法，其中，所述的步驟s3中：

對智能變電站設(shè)備配置進(jìn)行建模時，將變電站一次設(shè)備的公共屬性置于一基類中。

上述的基于語義網(wǎng)的智能變電站運維系統(tǒng)的知識庫建模方法，其中，所述的步驟s3中：

對ied配置進(jìn)行建模時，突出變電站一次設(shè)備、變電站二次設(shè)備連接關(guān)系和二次系統(tǒng)與通信模塊的連接關(guān)系。

上述的基于語義網(wǎng)的智能變電站運維系統(tǒng)的知識庫建模方法，其中，所述的步驟s3中：

ied配置的邏輯節(jié)點與變電站一次設(shè)備之間的關(guān)系采用繼承方法實現(xiàn)。

上述的基于語義網(wǎng)的智能變電站運維系統(tǒng)的知識庫建模方法，其中，所述的步驟s4中：

運用clips平臺對實例化部分變電站真實設(shè)備的步驟s3的智能變電站運維系統(tǒng)知識庫模型進(jìn)行測試。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

1、與傳統(tǒng)建模方法相比本方法引入了語義網(wǎng)概念，該技術(shù)具有智能評估能力，能夠更好地描述語義信息之間的聯(lián)系，能夠有效提升變電站運維效率；

2、通過建立專家知識庫，使得智能變電站中對象間的關(guān)系展現(xiàn)更為直觀且易于理解，能夠輔助知識交互及運維決策。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的建模方法流程圖；

圖2是本發(fā)明的iec61850-6scl對象模型示意圖；

圖3是本發(fā)明的智能變電站設(shè)備配置模塊模型示意圖；

圖4是本發(fā)明的ied配置模塊模型示意圖；

圖5是本發(fā)明的通信配置模塊模型示意圖；

圖6是本發(fā)明一實施例中基于語義網(wǎng)模型的運維系統(tǒng)的示例框架；

圖7是圖6的基于本發(fā)明的基于語義網(wǎng)模型的運維系統(tǒng)的示例實現(xiàn)。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖，通過詳細(xì)說明一個較佳的具體實施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。

如圖1所示，本發(fā)明公開了一種基于語義網(wǎng)的智能變電站運維系統(tǒng)的知識庫建模方法，具體步驟如下：

s1：對語義網(wǎng)的基本概念與功能進(jìn)行分析，確定智能變電站輔助決策專家系統(tǒng)知識庫建模的思路；

s2：對iec61850-6標(biāo)準(zhǔn)中的scl對象模型進(jìn)行分析，提取本體模型(即scl對象模型)的基本結(jié)構(gòu)和邏輯框架(指變電站的全站設(shè)備配置、ied配置以及通信配置)；

s3：借鑒語義網(wǎng)中關(guān)于類繼承、屬性繼承的概念，從智能變電站設(shè)備配置、ied配置和通信配置三個層面設(shè)計運維系統(tǒng)知識庫模型；

s4：應(yīng)用clips平臺對運維系統(tǒng)知識庫模型(即智能變電站設(shè)備配置模型、ied配置模型、通信配置模型)進(jìn)行測試，檢驗知識庫不同類型與屬性之間的邏輯性和統(tǒng)一性，驗證專家系統(tǒng)知識庫模型的擴展性和規(guī)則庫規(guī)則復(fù)用率。較佳的，在步驟s3中模型和規(guī)則的基礎(chǔ)上，實例化部分變電站真實設(shè)備，并基于clips建立仿真測試系統(tǒng)，來對模型的有效性進(jìn)行測試；

目前，知識庫系統(tǒng)中一般采用的是“事實-概念-規(guī)則”所表示的三級知識體系：事實處于最底層，是對象、符號和事件之間的各種關(guān)系之集合。事實可用語句、鏈表、二維表、樹圖、框圖和文本等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示。概念處于第二層，是關(guān)于具有共同屬性的一組對象、事件或符號的知識，包括例子集合、模型和復(fù)雜的元素，可以具體或抽象地刻畫、定義某一對象類的一般特征，也可以高層或低層表示具有層次結(jié)構(gòu)的一組概念的集合。規(guī)則處于第三層，是一組操作和步驟，用于完成某一目標(biāo)，解決某一問題或產(chǎn)生某種結(jié)果。本步驟s4中的不同類型類與屬性就是上述的第二層，指不同組對象、事件或符號的知識。

所述的步驟s2中iec61850-6標(biāo)準(zhǔn)中scl對象模型如附圖2所示，該模型包含變電站一次設(shè)備(function/substationstructure)、變電站二次描述(product/iedstructure)及通信模塊(commmunicationstructure)三個基本方面。變電站一次設(shè)備部分包括涉及功能的變電設(shè)備(動作設(shè)備)，以及它們在線路層次上的連接關(guān)系(拓?fù)潢P(guān)系)，以及設(shè)備和功能的說明。變電站二次描述包括所有二次相關(guān)對象類型，如ied和邏輯節(jié)點(lnode)的實現(xiàn)。通信部分則包含與通信相關(guān)的對象類型，如子網(wǎng)(subnetwork)和通信接入點(accesspoint)，并以邏輯節(jié)點和服務(wù)器之間的連接關(guān)系為基礎(chǔ)，描述ied間的連接關(guān)系。從圖中可以看出，變電站一次設(shè)備部分和二次設(shè)備部分均采用層次結(jié)構(gòu)，即一次設(shè)備部分和二次設(shè)備部分的層次結(jié)構(gòu)可以借鑒語義網(wǎng)中類的繼承概念來表達(dá)。同時，變電站設(shè)備的在功能上的隸屬關(guān)系，也同樣可以借鑒語義網(wǎng)中關(guān)系繼承的概念進(jìn)行表達(dá)。

較佳的，在對智能變電站運維專家系統(tǒng)知識庫進(jìn)行擴展時，要擴充的內(nèi)容需要被準(zhǔn)確地放置在知識結(jié)構(gòu)中，使得被擴充的知識自然繼承父類相應(yīng)的規(guī)則。只需要將被擴充類的自有規(guī)則加以補充，即能完成專家系統(tǒng)擴充的全部工作。

所述的步驟s3中的運維系統(tǒng)的智能變電站設(shè)備配置模型如附圖3所示，變電站配置模塊建模過程中為提高一次設(shè)備公共屬性的復(fù)用率，將變電站備的公共屬性置于基類(變電站設(shè)備substationequipment)中。本發(fā)明所提出的建模方法充分考慮運維系統(tǒng)推理需求，利用scd文件的信息，利用連接點(connectivitynode)將設(shè)備端點(terminal)連接起來，形成變電站一次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

所述的步驟s3中的ied配置模型如附圖4所示，ied設(shè)備作為二次設(shè)備，一方面需要與一次設(shè)備緊密連接，另一方面，二次系統(tǒng)信號的傳遞依賴于通信網(wǎng)絡(luò)。所以在建模過程突出了一、二次設(shè)備連接關(guān)系和二次系統(tǒng)與通信系統(tǒng)的連接關(guān)系。另外，由于邏輯節(jié)點(lnode)與變電站設(shè)備(substationequipment)之間的關(guān)系種類較多，為了遵循共用屬性復(fù)用原則，邏輯節(jié)點與一次設(shè)備之間的關(guān)系采用繼承方法實現(xiàn)。

所述的步驟s3中的通信配置模型如圖5所示，相較智能變電站設(shè)備配置模塊和ied配置模塊，通信配置模塊較為簡單，包含接入點(accesspoint)和子網(wǎng)(subnetwork)兩個部分，其中接入點是通信模塊與二次系統(tǒng)緊密關(guān)聯(lián)的重要部分。

實施例一

為描述基于語義網(wǎng)智能變電站運維系統(tǒng)可擴展模型的應(yīng)用，本發(fā)明以500kv站主接線為實施例，以實際變電站的二次設(shè)備異常的部分隔離原則對語義網(wǎng)模型的擴展性進(jìn)行說明。本實施例對相同的建模過程不進(jìn)行再次敘述，僅選取該實施例中模型需遵守的規(guī)則及其擴展性進(jìn)行解釋，根據(jù)圖3至圖5，分別針對變電站運維系統(tǒng)的二次設(shè)備進(jìn)行建模，以所建模型為基礎(chǔ)，實現(xiàn)如下三條原則：

rule1：開關(guān)智能單元、電壓合并單元異常將導(dǎo)致相關(guān)聯(lián)的母線保護(hù)、線路保護(hù)、主變保護(hù)、開關(guān)保測裝置采樣異常，應(yīng)停用相關(guān)聯(lián)保護(hù)。同時適用于智能開關(guān)單元和電壓合并單元。所以，rule1被置于開關(guān)智能單元和電壓合并單元的合并類層級。

rule2：電壓合并單元需停用相關(guān)保護(hù)后方可重啟。至此，對于電壓等級低于220kv的變電站而言，其開關(guān)智能單元和電壓合并單元的二次設(shè)備異常隔離原則就已經(jīng)基本完備。

rule3：若涉及變電站的更高的電壓等級，測控裝置存在冗余、互備問題。因此在500kv等級的開關(guān)智能單元層級，智能開關(guān)異常將導(dǎo)致相關(guān)聯(lián)開關(guān)保測裝置采樣異常，切換測控。

與運維系統(tǒng)所處平臺一致，語義網(wǎng)建模的相關(guān)工作也在c語言集成產(chǎn)生式系統(tǒng)(clanguageintegratedproductionsystem,clips)平臺進(jìn)行實現(xiàn)。運用clips面向?qū)ο蠓椒ǎ_(dá)到語義網(wǎng)模型中類和屬性繼承的效果。本實施例在clips中的框架及具體實現(xiàn)如圖6與圖7所示。在clips中所建立模型規(guī)則如下所示：

rule1:

rule2:

rule3:

綜上所述，本發(fā)明提出了一種基于語義網(wǎng)的智能變電站運維專家系統(tǒng)知識庫建模方法。從智能變電站設(shè)備配置、ied配置和通信配置三個層面設(shè)計了合理的專家系統(tǒng)知識庫模型，使得各類設(shè)備間可以最大限度實現(xiàn)機器對知識的認(rèn)知能力，提高了設(shè)備間的知識共享、規(guī)則共享能力及模型可擴展性；基于clips平臺對相關(guān)模型進(jìn)行了驗證，仿真驗證結(jié)果表明，利用語義網(wǎng)使知識庫的構(gòu)造更加體系化，提高了知識庫不同概念之間的邏輯性和統(tǒng)一性，從而提高了專家系統(tǒng)知識庫擴展性和規(guī)則庫規(guī)則復(fù)用率。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。