多智能體技術(shù)在設(shè)備在線監(jiān)測中的應(yīng)用

劉銀，王申強，楊永，牛智勇，勞曉明，李斌

(1.廣東電網(wǎng)公司茂名供電局，廣東 茂名 525000;2.北京四方繼保自動化股份有限公司，北京 100085)

0 前言

電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)在電力領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，已研制出的診斷系統(tǒng)大都是針對單臺或單類設(shè)備，可擴充性、靈活性、通用性差，且各診斷系統(tǒng)之間相互獨立，即使是針對同類設(shè)備的診斷系統(tǒng)也不能進(jìn)行有效的信息變換和共享，這種信息孤島極大地限制了診斷系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，并造成了巨大的資源浪費［1］［2］。

傳統(tǒng)設(shè)備診斷系統(tǒng)由在線監(jiān)測單元及后臺系統(tǒng)組成。在線監(jiān)測單元主要完成數(shù)據(jù)采集、告警及錄波上送功能，而設(shè)備診斷分析等功能由后臺系統(tǒng)集中處理。由于在線監(jiān)測相當(dāng)一部分監(jiān)測數(shù)據(jù)為高頻采樣數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量極大。因此必須經(jīng)在線監(jiān)測單元處理后，將數(shù)據(jù)精簡后上送后臺。目前在線監(jiān)測單元數(shù)據(jù)采集功能發(fā)展完善，一般是通過閾值、趨勢處理后，以實時數(shù)據(jù)、告警、錄波等方式上送后臺，處理邏輯也基本固化在設(shè)備內(nèi)部，外部不能更改。在線監(jiān)測單元的功能實現(xiàn)、及上送數(shù)據(jù)規(guī)范化，直接影響在線診斷的實現(xiàn)模式及應(yīng)用效果。

本文利用多智能體技術(shù)(MAT，Multi－Agent Technology)規(guī)劃設(shè)備自診斷系統(tǒng)，以系統(tǒng)的角度規(guī)劃其中每一個組成部分應(yīng)具備的功能，由此組成的自診斷系統(tǒng)具有分布、自治、多目標(biāo)互動等特點，系統(tǒng)具有很強的魯棒性和可靠性。在線監(jiān)測單元向智能化的方向發(fā)展，最終具備數(shù)據(jù)處理邏輯、診斷邏輯的標(biāo)準(zhǔn)化、互動化、實用化;成為智能變電站設(shè)備診斷、狀態(tài)評價的堅強有力的基礎(chǔ)。而站內(nèi)平臺則充分利用全景信息平臺的優(yōu)勢，實現(xiàn)全景信息融合，著重發(fā)展設(shè)備綜合診斷，并與主站縱向貫通，實現(xiàn)協(xié)調(diào)互動。

1 多智能體概述

1.1 智能體

基于智能體(Agent)的模型是一種擬人化的模型，因而可以將系統(tǒng)中人工行為和其它控制單元的行為統(tǒng)一起來，提供統(tǒng)一的描述方法。Agent 之間通過計算機網(wǎng)絡(luò)連接，Agent 作為網(wǎng)絡(luò)上的智能結(jié)點，構(gòu)成“分布式多智能體系統(tǒng)(MAS)”。Agent 的顯著特點是:大量信息處理發(fā)生在Agent 內(nèi)部，只有高層協(xié)作信息進(jìn)行交互。這樣可以降低通訊成本，提高系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)［3－6］。

1.2 多智能體系統(tǒng)(MAS)優(yōu)勢

1)快速性與高效性:各獨立的智能體可以異步地、非同期地處理工作，可以平行而獨立地處理工作。

2)可靠性與魯棒性:多智能體系統(tǒng)將復(fù)雜系統(tǒng)細(xì)分為多個子智能體，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性與冗余度，提高了整體系統(tǒng)處理的可靠性。

3)靈活性與適應(yīng)性:通過新增相應(yīng)功能模塊的子智能體可以靈活地處理更多地問題，增大適用領(lǐng)域與工作范圍。

4)經(jīng)濟(jì)性與低成本:由于復(fù)雜系統(tǒng)可以化解為多個簡約的低成本的子智能體單元，多智能體系統(tǒng)相對于高度集中化的單一系統(tǒng)更能節(jié)約成本與造價。

5)可塑性與可擴展:各獨立的子智能體單元可以相對獨立地分別設(shè)計與實施，或者在已有的軟硬件設(shè)施基礎(chǔ)上進(jìn)行擴充與擴展。整體系統(tǒng)的測試與調(diào)整將大為簡化，并且通過重配置與重構(gòu)各個子智能體，增加“多智能體系統(tǒng)”再利用的適用機率［7－11］。

2 系統(tǒng)概述

本文提出的基于多智能體技術(shù)的智能變電站關(guān)鍵設(shè)備在線監(jiān)測和自診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示，通過對智能變電站進(jìn)行面向?qū)ο蟮慕y(tǒng)一建模，對各個在線監(jiān)測單元監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一規(guī)范，將統(tǒng)一化的數(shù)據(jù)反饋到各個自診斷子系統(tǒng)，子系統(tǒng)調(diào)用對應(yīng)的狀態(tài)評估和故障診斷算法進(jìn)行就地診斷，并將診斷結(jié)果送入專家系統(tǒng)，進(jìn)行綜合評判和診斷。專家系統(tǒng)將綜合化的結(jié)果進(jìn)行訓(xùn)練，并聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析和自學(xué)習(xí)，形成新的標(biāo)準(zhǔn)和算法，下發(fā)到各個自診斷子系統(tǒng)，自診斷子系統(tǒng)可以就地升級，更換新版本。該系統(tǒng)特點主要體現(xiàn)在以下幾方面:

圖1 智能變電站關(guān)鍵設(shè)備在線監(jiān)測和自診斷系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)示意圖

高效性、可重用性、可維護(hù)性、通用性，本系統(tǒng)可以實現(xiàn)不同地區(qū)，不同廠家設(shè)備的參數(shù)規(guī)范化，便于升級，方便后臺處理，降低了維護(hù)的難度。

3 主要模塊的實現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一化模塊

智能體對于不同廠家的不同數(shù)據(jù)類型擁有不同類型的接口函數(shù)，通過接口函數(shù)將數(shù)據(jù)格式進(jìn)行統(tǒng)一化處理，轉(zhuǎn)換成通用的、適用于目前版本算法的數(shù)據(jù)類型。如圖2 所示，單個智能體調(diào)用相應(yīng)的接口函數(shù)對相應(yīng)廠家的上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行格式統(tǒng)一化，每個智能體都能夠獨立地進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，互不干擾。此外，本地的智能體之間能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的互動訪問，這樣多個智能體協(xié)同工作，提高了數(shù)據(jù)統(tǒng)一化處理的效率，實現(xiàn)了信息共享。

圖2 數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一化示意圖

圖3 基于多智能體技術(shù)的設(shè)備自診斷系統(tǒng)示意圖

3.2 故障診斷模塊

目前在線監(jiān)測單元，重采集、輕診斷，本文提出的基于多智能體技術(shù)的設(shè)備故障自診斷系統(tǒng)示意如圖3 所示，數(shù)據(jù)經(jīng)過智能體的統(tǒng)一化處理后，上送相應(yīng)的診斷智能體，診斷智能體調(diào)用相應(yīng)的診斷子算法對單項數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷，每個診斷智能體將單項的診斷結(jié)果上送總的智能體，進(jìn)行綜合診斷。因此，故障診斷模塊主要包括單項診斷和綜合診斷。

對于面向?qū)ο蠼５淖冸娬驹O(shè)備，單個一次設(shè)備對應(yīng)一個總的智能體，其下包含若干二次設(shè)備，智能體之間是可以相互通信的，每個二次設(shè)備對應(yīng)一個智能體，接收在線監(jiān)測單元反饋的統(tǒng)一化數(shù)據(jù)，調(diào)用相應(yīng)算法進(jìn)行局部的狀態(tài)評估和診斷，將診斷結(jié)果上報到一次設(shè)備，進(jìn)行綜合評估和診斷，一次設(shè)備將綜合結(jié)果通過上傳匯總，利用專家系統(tǒng)對歷史庫和實時庫進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，不斷得到高效和通用性好的新版本，通過下傳給其他智能體，實現(xiàn)就地更新，升級。下面以變壓器故障診斷系統(tǒng)為例加以說明。

3.2.1 單項診斷

單項診斷包括基于單項數(shù)據(jù)的多個智能體診斷和單設(shè)備的診斷。

基于油色譜單項數(shù)據(jù)的多方法圖形化診斷如圖4 所示:采用多種方法(閾值法、改良三比值法、IEC 三比值法、電協(xié)研法、TD 圖法)對油色譜數(shù)據(jù)(分析前進(jìn)行數(shù)據(jù)的滑動中值預(yù)處理)進(jìn)行分析診斷。各個智能體獨立調(diào)用對應(yīng)算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷，得出該算法的診斷結(jié)果，各智能體之間互不影響，協(xié)同工作，提高了診斷效率，而且，系統(tǒng)的容錯率高，即使單個診斷結(jié)果有誤也不會影響整體的診斷結(jié)果，之后對于每個診斷結(jié)果進(jìn)行直觀的圖形化設(shè)計，給出圖形化診斷結(jié)論。

圖4 基于油色譜單項數(shù)據(jù)的多方法圖形化診斷示意圖

閾值、方差分析、斜率分析相結(jié)合的單項診斷如圖5 所示:對于運行電壓、電流、油溫等監(jiān)測項目數(shù)據(jù)，采用閾值、方差分析和斜率分析相結(jié)合的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)診斷，得出單設(shè)備的診斷結(jié)果，避免了基于單一方法的偏差。

圖5 單設(shè)備診斷流程示意圖

3.2.2 綜合診斷

利用基于BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多參量數(shù)據(jù)診斷對變壓器進(jìn)行綜合診斷，如圖6 所示。變壓器的故障主要和CH4、H2、總烴(C1+C2)、C2H2 四種氣體的濃度有關(guān)。據(jù)此可以設(shè)定特征相量由這四種氣體的濃度組成，它同時也設(shè)定了網(wǎng)絡(luò)輸入層的節(jié)點數(shù)、層數(shù)(三層:輸入層、隱藏層、輸出層)、節(jié)點數(shù)和隱含層?；贐P 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的變壓器故障診斷方法能檢測出一般過熱故障、嚴(yán)重過熱故障、局部放電故障、火花放電故障、電弧放電故障等典型故障類型。

圖6 基于BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多參量數(shù)據(jù)診斷

3.3 聯(lián)網(wǎng)維護(hù)和更新信息交互模塊

按照統(tǒng)一的通信規(guī)約，將不同地區(qū)，不同型號的設(shè)備的診斷故障信息進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)上傳，構(gòu)建系統(tǒng)的統(tǒng)一規(guī)則知識庫，對大量的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，自適應(yīng)學(xué)習(xí)，訓(xùn)練規(guī)則，得到新的適用于不同地區(qū)、不同型號設(shè)備的版本，通過聯(lián)網(wǎng)交互，下傳到相應(yīng)的裝置，依據(jù)不同的地區(qū)予以區(qū)分，以達(dá)到各項標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一規(guī)范化的目的。

智能協(xié)同工作模塊的智能信息交互與整個多智能體狀態(tài)監(jiān)測平臺實時地進(jìn)行著數(shù)據(jù)、狀態(tài)等信息的交互;智能決策控制單元根據(jù)接收到的各種信息決定自身智能體的運行方式、完成來自整個多智能體狀態(tài)監(jiān)測平臺的一些控制任務(wù)和云端求解任務(wù)，具體流程圖如圖7 所示。

圖7 智能狀態(tài)監(jiān)測示意圖

4 結(jié)束語

本文提出的基于多智能體技術(shù)的智能變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)突出了智能、分布、自治、互動、標(biāo)準(zhǔn)特色。

分布體現(xiàn)為數(shù)據(jù)與功能的分散存放，充分發(fā)揮在線監(jiān)測單元就地化數(shù)據(jù)處理能力，力求在靠近設(shè)備的位置實現(xiàn)功能，提高就近解決問題的能力，降低運維難度。在線監(jiān)測后臺體現(xiàn)在分布式數(shù)據(jù)匯集、管理，設(shè)備綜合診斷及狀態(tài)評價上。

自治體現(xiàn)在每一個在線監(jiān)測單元都是一個具有完善的配置信息、處理、分析能力的智能體，任何部分的缺失都不影響整個系統(tǒng)的良好運行，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與抗毀性。

多目標(biāo)互動體現(xiàn)在在線監(jiān)測單元、站內(nèi)自診斷系統(tǒng)，及主站系統(tǒng)的良好互動。不僅是在線監(jiān)測單元數(shù)據(jù)上送后臺，修改的配置數(shù)據(jù)、新監(jiān)測原理、新分析模型也可由后臺下發(fā)在線監(jiān)測單元，實現(xiàn)雙向協(xié)同互動。

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