[发明专利]基于数据网格的配电网故障诊断系统

摘要

本发明涉及一种新型配电网故障诊断架构，尤其涉及一种基于数据网格的配电网故障诊断系统，其采用数据网格技术在设备层对信息进行提取及预处理，为故障诊断程序提供一致的数据视图，不仅解决了故障诊断系统的通信问题，而且避免了数据在调度端的过度积压。提供了一种分布式故障诊断系统以适于网格环境。分布式系统能够为日趋复杂的故障诊断算法提供高性能的分布式计算策略，分布式系统所拥有的高性能计算能力极大的提升了复杂诊断程序的运行速度，使时间耗费以及诊断结果达到最优。MAS系统能够根据故障特点以及用户需求选取最适合的Agent进行故障诊断，使诊断程序在时间耗费以及诊断结果上达到的最优。

主权项

基于数据网格的配电网故障诊断系统，其特征在于，包括如下组成：提供适用于故障数据收集的网格体系结构，具体包括：(1)网络层：提供整体框架运行所需的Internet和Intranet基础网络环境，包括各种网络通信设备以及物理连接；(2)资源层：能够将所有收集到的与故障诊断相关的数据封装为Grid Services以便被构造层所访问；(3)构造层：基于P2P技术，能够屏蔽掉底层各类数据格式之间的访问差异，作为各种操作系统之间的对象传输工具；(4)知识层：包括元数据仓库、拓扑知识库、保护知识库和路由信息库，其中，元数据仓库为系统提供全局资源的信息索引服务；拓扑知识库和保护知识库存放故障诊断需要的所有外围数据，两者构成了领域知识本体库；该层的元数据仓库、拓扑知识库和保护知识库构成一个分布式数据系统，为服务层提供透明、快速的数据获取功能；(5)服务层：按照服务内容分为查询处理、资源发现、副本管理、执行调度和服务质量监控；(6)用户层：为调度人员提供良好的界面视图，并为数据应用程序提供节点入口管理；提供基于XML的复杂数据表示机制及其处理：对两类复杂数据进行查询处理，即来自拓扑知识库的拓扑数据和来自保护知识库的保护信息：(1)将拓扑数据Topology包映射为两个新类：Vertex类和adjNode类；其中Vertex类代表所有电气元件的集合，而adjNode类表示与某一电气元件v，v∈Vertex发生关联的元件集合；通过对Vertex以及adjNode的链式搜索，得到以XML形式表示的全网的拓扑数据；(2)对于保护信息，使用语义网络表示法首先对保护及保护屏进行知识描述，然后通过XML语言将异构数据映射为统一模式；(3)映射为XML时，基于以下三点：a、语义网络中的非末端节点映射为XML中的复杂元素，其中保护屏对应于根元素；b、语义网络中的末端节点对应于XML中的简单数据类型；c、对于非末端节点中的“与”节点，其前驱节点可直接作为其后继节点的子元素；通过对各类保护的概念抽象，实现保护语义与XML文档之间的映射；提供分布式故障诊断流程：(1)构建故障诊断框架：配电网的分布式诊断框架由通信、拓扑处理、综合处理、外部数据获取四个子系统组成，该四个子系统的底层通过数据网格体系结构相连接，相互之间可以通过电力系统专用网进行通信；(2)诊断流程为：故障发生后，通信子系统首先通过数据网格门户从故障数据缓存区接口提取断路器跳闸信号、开关断开信号和保护动作信号并分别提供给拓扑处理子系统和综合处理子系统；拓扑处理子系统由跳闸断路器信息和开关断开信号触发，通过访问拓扑知识库得到初步的停电区域；综合处理子系统是整个分布式系统的主程序，可以根据从其他系统提取的保护信息、主停电区域、跳闸断路器位置信息以及辅助停电区域在众多的诊断算法中选取最优的一个进行故障诊断；外部数据获取子系统负责根据负荷控制系统信息和电表信息进行辅助故障诊断；提供基于评估机制的MAS诊断数学模型：以多Agent系统(multi‐agent system，MAS)作为故障诊断程序的核心，根据故障特点选取最优、最合适的Agent进行故障诊断，具体的运行在任务分配Agent上的评估模型定义如下：定义：在MAS中由m个诊断Agent组成集合A＝{A1,A2,…,Am}，对于Ai，Ai∈A，其评估模型由以下4部分组成：①Ai具有资源竞争属性集合R＝{R1,R2,…,Rn}；②每一个资源R_j，R_j∈R具有价值比率W_j且③评估函数④根据用户需求动态调整价值比率W_j；评估MAS中诊断Agent的竞争能力包括硬件资源竞争能力和任务竞争能力，其中硬件资源竞争能力从诊断Agent测试运行时平均CPU占用率(U_cpu)和内存使用率(U_RAM)两个因素分析，而任务竞争能力的主要参数是程序的容错性(fault tolerance，FT)和辅助程序处理效率(efficiency of auxiliary program，EAP)；其中FT的定义为：故障诊断Agent收到n条关键报警信息，如果在m条信息缺失或者发生畸变的情况下仍然能够准确判断出故障元件，则max(m)/n称作Agent程序的容错性；而EAP的定义为：指在核心诊断程序运行之前进行的数据预处理程序的运行效率，量化标准为：以时间复杂度为参考，其优势操作任务占整个任务处理队列的比例；因此结合上述的评估函数诊断Agent的评估模型为：E_Agent＝W_CPU(1‑U_CPU)+W_RAM(1‑U_RAM)+W_FTFT+W_EAPEAP其中：中W_CPU、W_RAM、W_FT和W_EAP分别为U_cpu、U_RAM、FT、EAP的价值比率；提供系统的逻辑诊断框架，包括：(1)最底层为设备层，为网格层提供故障诊断所需的各类数据；在网格体系架构中，保护、断路器及开关量信息直接被OGSA‐DAI客户端程序Winpcap抓包并上传至网格层数据网格服务器；其他信息如拓扑、保护配置数据可通过综合数据服务器或FTP服务器上传；(2)中间层为网格层，负责故障数据的收集与分发；其中数据网格服务器上部署着Tomcat和GT4，Tomcat服务器为OGSA‐DAI提供运行环境，GT4服务器为OGSA‐DAI提供运行各种服务的网格中间件；(3)最上层为配电调度端，诊断数据服务器上运行除通信子系统以外分布式系统的驻守程序，将诊断需要的数据交给Agent宿主机中的、用于评估机制的MAS诊断数学模型做最终诊断。