徐永成

（國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司榆樹市供電公司，吉林榆樹 130400）

1 改進(jìn)D-S 證據(jù)理論應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

證據(jù)理論是由20 世紀(jì)60 年代的Dempster 首次提出，后來他的學(xué)生Shafer 重新定義了這一理論，提出了一種不精確推理理論，即“證據(jù)的數(shù)學(xué)理論”，也被稱為D-S證據(jù)理論，該理論屬于人工智能的范疇，最早是在專家系統(tǒng)被應(yīng)用，可以提高系統(tǒng)對(duì)不確定信息的處理水平，具有直接表達(dá)“不確定”的性質(zhì)。后續(xù)許多新技術(shù)也開始完善D-S 證據(jù)理論，比如證據(jù)合成算法，也就是ER 算法，實(shí)現(xiàn)D-S 證據(jù)理論的改進(jìn)，并促使其應(yīng)用到更多領(lǐng)域。以變電站繼電保護(hù)二次回路故障診斷為例，研究D-S 證據(jù)理論的改進(jìn)應(yīng)用，使其為故障診斷工作提供更多幫助。

1.1 提升數(shù)據(jù)信息合理性

改進(jìn)后的理論能夠適應(yīng)智能化繼電保護(hù)工作落實(shí)的基本要求。改進(jìn)后，可疑的故障元件能夠同步進(jìn)行分析，通過分析其對(duì)繼電保護(hù)故障影響的概率，更加精準(zhǔn)地判斷故障所在區(qū)域[1]。同時(shí)，改進(jìn)后的D-S 證據(jù)理論全面收集數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，解決證據(jù)之間沖突問題，保證計(jì)算結(jié)果的合規(guī)性和合理性。避免依托基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行計(jì)算，出現(xiàn)結(jié)果違反常理的現(xiàn)象。比如，在發(fā)生回路故障時(shí)，最先進(jìn)行的是排除并采集故障信息，具體包括靜態(tài)配置和動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控兩類信息，信息完整且可靠，為后續(xù)數(shù)據(jù)分析判斷故障類型提供了重要依據(jù)。

1.2 提升故障診斷精準(zhǔn)性

由于此種計(jì)算論證方式需從細(xì)節(jié)出發(fā)，對(duì)各故障元件的實(shí)際情況進(jìn)行把握。因此，在評(píng)估故障時(shí)，獲得的信息要更具備細(xì)節(jié)性，能夠保證在故障判斷時(shí)更加精準(zhǔn)有效地定位故障所在區(qū)域，為進(jìn)一步的故障處理提供有效依據(jù)。同時(shí)，精準(zhǔn)確認(rèn)故障所在區(qū)域，便于故障處理技術(shù)人員結(jié)合故障特征、故障位置等多方面信息實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的精準(zhǔn)判斷，采取有效措施處理故障[2]。通過重塑故障，設(shè)計(jì)故障診斷的精準(zhǔn)化模型，一旦發(fā)現(xiàn)異常信息，就能綜合診斷故障問題，使故障問題確認(rèn)到位，提高人員維護(hù)處理的效率。

1.3 提升故障判斷容錯(cuò)性

D-S 證據(jù)理論中的數(shù)據(jù)信息推理，應(yīng)用不確定性推理方法對(duì)推理結(jié)果的可信度進(jìn)行進(jìn)一步判斷。這種判斷方式與傳統(tǒng)概論方法相比，容錯(cuò)率更高，能夠多方面考慮不同類型的實(shí)際情況。在考慮多種情況的基礎(chǔ)上，選擇更具備影響力的指標(biāo)進(jìn)行分析，達(dá)到提升故障判斷準(zhǔn)確性的目標(biāo)。在D-S 證據(jù)理論定義時(shí)，需構(gòu)建識(shí)別框架，應(yīng)用互斥窮舉命題進(jìn)行識(shí)別分析。這種對(duì)應(yīng)性更強(qiáng)的分析方法，必然能夠取得準(zhǔn)確的分析效果[3]?；诟倪M(jìn)D-S 證據(jù)理論設(shè)計(jì)故障推理方案，使不確定故障判斷推理執(zhí)行中，能夠良好匹配報(bào)警信息，部分推理規(guī)則后續(xù)也能夠進(jìn)行修改，以此提高推理容錯(cuò)性。

2 改進(jìn)D-S 的證據(jù)理論變電站繼電保護(hù)二次回路故障診斷步驟

2.1 初始化階段

初始化階段主要是指完成SCD 文件解析，獲得進(jìn)一步的物理鏈路信息表和虛回路維度信息表。得到信息表內(nèi)容后，進(jìn)一步完成虛回路和物理鏈路的映射過程，建立完整的鏈路告警舉證表，構(gòu)建具有交互性特征的映射關(guān)系，是進(jìn)一步進(jìn)行交互判斷的基礎(chǔ)條件。舉證表也是故障類型、故障嚴(yán)重程度判斷的重要參照表格。

2.2 故障檢測(cè)階段

故障檢測(cè)階段主要的工作任務(wù)是檢測(cè)繼電保護(hù)的故障狀態(tài)、明確是否存在故障。確認(rèn)存在故障后，方可進(jìn)一步推進(jìn)下一步工作。若此環(huán)節(jié)檢驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)顯著故障，則應(yīng)繼續(xù)定期進(jìn)行檢測(cè)，明確繼電保護(hù)狀態(tài)。若再次檢測(cè)時(shí)發(fā)生故障，方可進(jìn)一步優(yōu)化故障診斷流程[4]。

2.3 故障元件集合階段

故障元件集合階段需要利用虛回路通信狀態(tài)以及舉證信息表，對(duì)可能發(fā)生故障的元件進(jìn)行定位，集中分析上述元件，完成故障元件信息的集合，為進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析以及故障判斷打好基礎(chǔ)。該過程也要進(jìn)行故障信息的預(yù)處理，在大型變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)中存在含噪聲和不完整的信息，而為保證系統(tǒng)中的電路開關(guān)量和電氣量信息充分融合，需要采用合適的處理方法將其轉(zhuǎn)換為具有統(tǒng)一性質(zhì)的量綱。簡(jiǎn)單來說，就是將信息處理成各故障元件的故障概率表征，使其轉(zhuǎn)換成為證據(jù)體，滿足基本融合信息的條件，這一過程需要將數(shù)據(jù)組織成同一種標(biāo)準(zhǔn)形式，便于開展故障分析工作，突顯對(duì)數(shù)據(jù)集的良好分析效果，為故障論證提供幫助。

2.4 故障可信度論證階段

故障可信度論證階段主要應(yīng)用改進(jìn)D-S 證據(jù)理論，對(duì)可疑故障元件中各故障的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析。分析時(shí)，主要集中分析故障的可信度，對(duì)最可能引發(fā)故障的元件進(jìn)行精準(zhǔn)定位。明確元件對(duì)象后，進(jìn)一步推進(jìn)診斷流程。診斷時(shí)，按照對(duì)應(yīng)流程，對(duì)單一元件進(jìn)行診斷[5]。診斷確認(rèn)后，方可進(jìn)一步采取措施進(jìn)行故障處理。

3 改進(jìn)D-S 證據(jù)理論的原理分析

用D-S 證據(jù)理論是相對(duì)于傳統(tǒng)證據(jù)理論提出的創(chuàng)新概念。對(duì)證據(jù)理論進(jìn)行改進(jìn)，主要是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的證據(jù)理論存在一定的缺陷。應(yīng)用傳統(tǒng)理論進(jìn)行繼電保護(hù)、二次回路原件檢測(cè)時(shí)，信息沖突的問題較為明顯。雖然計(jì)算過程能夠有效推進(jìn)，但計(jì)算結(jié)果會(huì)由于證據(jù)本身的沖突性而出現(xiàn)反常表現(xiàn)。因此，需要結(jié)合實(shí)際對(duì)繼電保護(hù)二次回路元件的相關(guān)證據(jù)信息進(jìn)行細(xì)化分析，明確自檢告警證據(jù)源的特征，進(jìn)一步提出經(jīng)過改進(jìn)后的證據(jù)理論。在經(jīng)過改進(jìn)后，證據(jù)理論是吸收傳統(tǒng)證據(jù)理論優(yōu)勢(shì)，消除各元件之間告警證據(jù)原沖突特征信息后，形成的新理論[6]。在發(fā)揮作用時(shí)，經(jīng)過改進(jìn)的D-S 證據(jù)理論需設(shè)置多個(gè)證據(jù)源，并設(shè)置相應(yīng)的沖突值。用沖突值和證據(jù)源之間的數(shù)據(jù)關(guān)系表示證據(jù)源之間的沖突，具體的沖突值計(jì)算方法：

其中，Ax和Ay表示證據(jù)源不同的命題名稱，在具體進(jìn)行計(jì)算時(shí)，這兩個(gè)數(shù)據(jù)代表存在故障，具有可疑性的不同元件[7]。在公式中需設(shè)置m1到mn，n個(gè)證據(jù)源，沖突值為kij，表示mi和mj之間存在的沖突狀態(tài)。證據(jù)可信度的計(jì)算公式：

其中，計(jì)算結(jié)果與kij呈反比關(guān)系，這意味著證據(jù)源之間的沖突程度越高，可信度越低。在新的合成規(guī)則構(gòu)建完成后，可得到一個(gè)綜合性的年例計(jì)算公式：

其中，k表示沖突因子，反映所有證據(jù)來源的沖突程度。在計(jì)算公式中，用q(A)表示證據(jù)源對(duì)結(jié)論A 的支持平均水平，m(A)則表示結(jié)論A 的證據(jù)合成結(jié)果。通過對(duì)上述公式的結(jié)果觀察可知，若證據(jù)源的沖突相對(duì)較小，沖突因子k則會(huì)逐步減小到極值，而m(A)的大小主要受到p(A)數(shù)據(jù)結(jié)果的影響。沖突程度越大，沖突因子越接近1，m(A)主要受k×ε×q(A)的影響。

新公式與傳統(tǒng)公式相比，主要的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾方面。首先，能夠?qū)_突概率通過賦值進(jìn)行顯示，未知部分設(shè)置為X。高度沖突的證據(jù)可基于這一設(shè)置被剔除在結(jié)論推導(dǎo)的參照數(shù)據(jù)指標(biāo)之外。在本研究中，前期對(duì)矩陣表的部分故障合集進(jìn)行了限定，從而獲得了具有一定范圍的可疑故障集合。將未知部分剔除故障結(jié)果，能夠更加精確地定位具體的故障元件。另外，經(jīng)過改進(jìn)D-S 證據(jù)理論的合成公式計(jì)算后，證據(jù)可信度和證據(jù)沖突程度也得到兼顧考量，證據(jù)源在這種情況下能夠得到更加充分的利用。

4 元件自檢告警記錄表分析

4.1 記錄表具體信息分析

在D-S 證據(jù)理論BPA 計(jì)算過程中，計(jì)算的依據(jù)主要來源于變電站元件的告警數(shù)據(jù)信息。在變電站繼電保護(hù)綜合信息數(shù)據(jù)庫(kù)中，這些數(shù)據(jù)信息已經(jīng)經(jīng)過了多元易購(gòu)的數(shù)據(jù)抽取、校核和配對(duì)過程[8]。因此，在前期數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步建立元件自檢報(bào)告記錄表，能夠更準(zhǔn)確地定位告警信息具體內(nèi)容，確定相應(yīng)的告警信息屬性，進(jìn)一步從變電站繼電保護(hù)的綜合信息庫(kù)中抽取，原件的質(zhì)檢報(bào)警信息記錄表樣表如表1 所示。

表1 元件自檢報(bào)警記錄表樣表

對(duì)表1 的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，數(shù)據(jù)來源主要集中在數(shù)據(jù)庫(kù)的告警記錄表和相關(guān)臺(tái)賬信息表部分。各個(gè)數(shù)據(jù)之間可基于二次設(shè)備的ID 信息、變電站的ID 信息相互交互溝通。這種數(shù)據(jù)交互突破了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互壁壘，信息之間的相互匹配更加便捷，匹配度也會(huì)進(jìn)一步提升。

由此可見，在變電站繼電保護(hù)綜合信息數(shù)據(jù)庫(kù)中，只要合理抽取相關(guān)數(shù)據(jù)信息，就能自主形成自檢報(bào)警記錄表表格數(shù)據(jù)信息，可為后續(xù)的計(jì)算工作提供重要依據(jù)。

4.2 元件自檢報(bào)警的BPA 算法分析

證據(jù)理論的構(gòu)建需要基于證據(jù)源以及各命題BPA 信息進(jìn)行構(gòu)建，在本研究中BPA 計(jì)算的具體流程主要包括以下幾方面內(nèi)容。一是針對(duì)可疑故障元件集合的保護(hù)故障次數(shù)信息進(jìn)行分析，并分析某一固定的可疑故障元件保護(hù)故障次數(shù)。二是完成上述分析，確認(rèn)數(shù)據(jù)后，可根據(jù)公式計(jì)算某一可疑故障元件的BPA 具體數(shù)據(jù)。

經(jīng)過數(shù)據(jù)計(jì)算后，直接獲取獨(dú)立證據(jù)源，對(duì)可疑故障元件集合中獨(dú)立元件的BPA 數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合，這一數(shù)據(jù)信息主要反映該證據(jù)源認(rèn)為每個(gè)獨(dú)立元件作為保護(hù)二次回路故障原因的發(fā)生概率。

5 結(jié)語

改進(jìn)后的D-S 證據(jù)理論在變電站繼電保護(hù)二次回路故障診斷中，能夠構(gòu)建可疑元件集合信息，利用這一證據(jù)理論解決元件自檢環(huán)節(jié)告警證據(jù)源的沖突問題，使計(jì)算結(jié)果更加精準(zhǔn)、有效，為故障診斷提供重要依據(jù)，這也體現(xiàn)出其在提升數(shù)據(jù)信息合理性、使故障診斷更加精準(zhǔn)以及提高故障判斷容錯(cuò)性等方面的優(yōu)勢(shì)。此種故障診斷方法依托數(shù)據(jù)信息，為故障檢修人員的檢修工作提供重要依據(jù)。通過元件的自檢告警記錄，故障處理中只要合理抽取記錄信息，就能夠?qū)崿F(xiàn)有效檢修。同時(shí)，故障排查工作的時(shí)間成本也能夠同步降低，對(duì)變電站繼電保護(hù)二次回路故障處理工作有非常重要的參考價(jià)值。