專家系統在電力系統中的應用研究

摘要：隨著我國國民經濟的快速發展，為了滿足各個領域的發展，人工智能應用領域得到了快速發展。專家系統就是人工智能領域的一個組成部分。主要論述專家系統的發展過程，討論它在各個領域的應用，重點闡述其在電子領域的應用及發展。首先闡述了專家系統的概念、組成和特征、相關技術，介紹了它在電力系統編制操作應用、電力系統故障診斷和處理及電力系統電壓—無功控制等方面。

關鍵詞：專家系統；電力系統；故障診斷；應用研究

作者簡介：王玉婷（1980-），女，四川成都人，四川電力職業技術學院，講師。（四川 成都 610000）

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）27-0185-02

專家系統就是人工智能領域的一個組成部分。它是現代人工智能領域發展的重要課題之一，與模式識別和智能機器人一起成為現代智能發展的三大重要科學課題。它既是人工智能的方法的重要模式和環境，對其的研究也促進了人工智能科學的發展。隨著我國國民經濟的快速發展，人們生活水平的不斷提高，給電力系統行業提出更高的要求，更需要依賴設計人員和規劃人員等各個方面的專家來解決相應的問題，更需要依賴專家的經驗和技術，也需要專家基于數值分析來解決電力系統問題。因此，需要加快專家系統在電力系統中的應用研究的速度。

一、專家系統的組成

目前，現代社會中會提出很多復雜的問題，需要通過專家系統，由專家來分析、理解和判斷。專家體統解決問題的方式還是要遵循專家邏輯推理方法，利用計算機來解決復雜的問題，在解決問題方面是一致的，可以得到相同的結論。專家系統是由六個單位組成：由兩個部分組成的核心就是知識庫和推理機，得到中間信息的數據庫，做出解釋的咨詢解釋，有學習功能的知識獲取，還有人機接口。

1.知識庫

把固定的知識放入系統中，為了系統遇到問題時可以隨時獲得該領域專門的知識。在獲得專門的知識過程中，需要相應的知識結構形式和表達方式來存入系統中，形成知識庫。它是專家系統的核心部分之一，是最關鍵的工作。

2.數據庫

解決相關數據的問題，進行推理中間信息的過程，這就是數據庫的作用。通過推理求解問題，得到的數據表達的組織形式需要與知識庫的相兼容。

3.推理機

推理機是用來控制和協調專家系統的運行程序。通過知識庫的知識和數據庫的數據按相應的程序去推理，解決需要解決的問題。這樣就會起到去舊推新的作用，保留新的內容，刪去舊的內容。

4.知識獲取

知識獲取的功能也是系統學習的功能，為知識的修改、知識的擴充提供強有力的途徑和手段。它保障了整個專家系統的靈活性，可以進行必要的修改、增加或刪除知識，使專家系統更加靈活。

5.咨詢與解釋

咨詢與解釋的主要功能是對推理出來的結果進行相應的解釋，使用戶對推理過程一目了然，更加容易接受推理的結果，使用戶在學習專家系統時更加快捷和方便。

6.人機接口

絕大部分的專家系統都有人機接口，主要把用戶的信息轉換為自己的形式，讓其他部分去處理信息，用戶使用起來更加方便。

二、專家系統在電力系統中應用的意義

隨著我國電力系統的快速發展，系統的擴大和復雜性使得傳統的分析方式無法滿足現實的需要。目前計算機軟件飛速發展，各式各樣的應用軟件的開發成功，這樣可以為電力系統建立數學模型，利用數學中的數值分析法算出其數值解。為了進一步提高電力系統的安全性及運行的經濟性，從而使能量管理系統（EMS）得到快速發展，首先引入了狀態估計和最優潮流等程序。隨著計算機的快速發展，其中的在線與離線取得很大的進展，也解決了電力系統的很多問題，但是在這個系統中還是有很多問題是計算機不能解決的，還是需要專家來解決。特別是需要專家的經驗，還有經驗與數值分析方法合在一起來解決問題。原因有三點：第一，計算機不能在所有的問題上精確反映實際的數學模型；第二，有時候遇到的問題非常復雜，計算機也不能完全基于數值來解決問題；第三，專家解決問題不是光靠計算來解決問題，也需要自己的經驗積累和內心感觸來找到靈感，去解決相應的問題。因此，可以看出專家系統有助于計算機單純計算求解的模式，相互得到補充。

由以上可以看出，以前傳統的求解方法就是通過計算機來處理數值，利用控制理論和建模來解決問題，而專家系統可以利用處理符號、通過判斷與決策的特點來求解。

三、專家系統在電力系統中的應用

1.在編制操作票中的應用

改革開放三十多年以來，我國電力系統運行管理中一直在實行操作票制度，一般都在調度所和變電站中運行，這是非常有效的制度。它對我國整個電力系統的正常運行起到非常重要的作用，保障了操作的安全性。但是對于電力系統的工作人員來說，這是一項重復性很強又需要智慧的勞動。所以，必須開發適合各級部門的編制操作票的專家系統。其實際意義具體表現在四個方面：第一，集中具有經驗和知識的專家可以保證操作票的正確性，進一步確保電力系統的安全性；第二，在提高操作票規范化的同時，也提高開票的速度，從而進一步提高操作票的管理效率，提高效益；第三，使操作票的頻繁化變成簡單化，使工作人員更加有精力和時間處理更為復雜的運行問題；第四，操作票添加了專家系統以后，緊急控制專家系統就更加容易實現，也為后者提供基礎。因此，需要利用操作票的專家系統作為整個電力系統應用專家系統的切入點和突破口，從而積累專家的知識和經驗，為專家系統在電力系統中的運行奠定堅實基礎。

2.專家系統在電力系統故障診斷和處理中的應用

在電力行業中，電力系統的故障使電力生產的安全性降低，直接影響國家的生產和民生。因此，如果電力系統發生故障，就必須要工作人員正確地診斷及快速地處理。

在電力系統中，故障診斷是非常需要經驗的工作，很少有數學模型，一般的軟件是無法實現。由于工作人員比較容易在測量和運行中獲得這些數據，但是判斷故障的結論是非常有限的，所以應用專家系統就比較容易實現。目前，國內電力系統的故障診斷正在大量研究專家系統，但使用率還不是很高，在國外其使用率都占到了一半以上。因此，需要國內的研發部門和生產單位加強對這方面研發和使用，提高專家系統故障診斷的使用率。

在改革開發初期，能源管理系統（EMS）和監控系統（SCADA）得到世界電網系統的普遍使用，在我國電網的調度中心也有較廣泛的應用，這樣提高了我國電網的監控水平。但是在以后遇到這個棘手問題，當發生大范圍跳閘事故時，太多的警報都亮起，使得調度工作人員發生誤判，甚至漏判，導致事故擴大和重新送電時間的延長。因此，為了提高電力系統運行的安全性和可靠性，電網故障診斷和調度處理專家系統應該得到廣泛的應用。

3.專家系統在電壓—無功控制中的應用

隨著我國國民經濟和生產的快速發展，電力需求越來越大，電力系統需要快速發展，電壓—無功控制在電力運行中越來越重要。電壓—無功控制是采用某些控制手段來保證電力系統各個環節的安全性。主要有兩個方面：第一，預防控制越限現象；第二，當越限出現時，電壓—無功控制采取措施使電力系統得到恢復。從本質來看，這兩方面求解的方法是一樣的，側重點稍微有點不同。電壓—無功控制的控制手段首先是通過調節發電機電壓，其次調節無功補償裝置，再次改變變壓器分接頭，然后在采用線性規劃法求解，這些通過連續變量得到處理。其控制器的動作是慢速或是快速，根據設備狀態來選擇不同的控制設備。因此，單純地應用數學模型和求解方式是無法到達目的的，不能把電力系統的數據完整地表達出來，也不能滿足實際情況。電力系統還需要專家的經驗、決策和判斷。

專家系統在電力系統中的另一個應用是，當問題非常龐大時，需要建模與仿真來解決問題。通過傳統的方式來建模，只是一個模型，而利用專家系統不光可以建模，還可運用模擬求解問題的專家的行為去解決問題，增加解決問題的靈活性，達到一種質的變化，促進電力系統技術的突破。

四、結束語

目前在電力系統方面，我國對數值計算和分析控制已經取得成效，大部分地區的調度中心都配備了EMS。綜上所述，電力系統的大部分問題都需要把專家系統與原有的數值分析結合來解決問題。因此，為了提高我國電力系統的工作效率，必須加快研制適合我國電力系統的專家系統，使專家系統在電力系統中應用的進程得到提速。

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