電力系統故障診斷中的智能化方法及其應用

電力系統故障診斷中之智能化方法及其應用

馬玉良 　趙光宙

（浙江大學　杭州　310027）

    摘  要　本文較詳細地闡述了粗糙集理論、人工神經網絡、模糊集理論之發展及其在電力系統故障診斷領域中之應用，并對其他一些智能方法進行了簡要介紹[陽光電子學校維修專家友情提示]。這些方法為電力系統之故障診斷開辟了新之有效途徑[陽光電子學校維修專家友情提示]。
    關鍵詞　粗糙集理論　神經網絡　模糊集理論　故障診斷

1　引言
　　故障診斷是一門綜合性技術，它涉及現代控制論、信號處理與模式識別、計算機科學、人工智能、電子技術、統計數學等學科[陽光電子學校維修專家友情提示]。現代故障診斷技術已有30多年之發展歷史，但作為一門綜合性之新學科——故障診斷學——還是近些年發展起來之[陽光電子學校維修專家友情提示]。從不同之角度出發有多種故障診斷分類方法，這些方法各有特點[陽光電子學校維修專家友情提示]。概括地講，故障診斷方法可以分為兩大類：基于數學模型之故障診斷方法和基于人工智能之故障診斷方法［1］[陽光電子學校維修專家友情提示]。本文著重對粗糙集理論、人工神經網絡、模糊集理論之發展及其在故障診斷（尤其是電力系統之故障診斷）中之應用做了較全面之闡述，并且對其他一些方法如小波理論、遺傳算法等進行了介紹，說明了它們在故障診斷中之應用潛力[陽光電子學校維修專家友情提示]。
2　粗糙集理論
　　粗糙集理論是波蘭華沙理工大學之Z．Pawlak教授于1982年提出之一種處理不完整性和不確定性問題之新型數學工具[陽光電子學校維修專家友情提示]。由于 初關于粗糙集理論之研究主要集中在波蘭，因此當時并沒有引起國際計算機界和數學界之重視，研究地域僅局限于東歐一些國家[陽光電子學校維修專家友情提示]。直到1990年前后，由于該理論在數據之決策和分析、模式識別、機器學習與知識發現等方面之成功應用，才逐漸引起了世界各國學者之廣泛關注[陽光電子學校維修專家友情提示]。1991年Z．Pawlak之專著《粗糙集——關于數據推理之理論》（Rough Sets——TheoreticalAspects of Reasoning about Data）之問世，標志著粗糙集理論及其應用之研究進入了活躍時期[陽光電子學校維修專家友情提示]。1992年在波蘭召開了關于粗糙集理論之第一屆國際學術會議[陽光電子學校維修專家友情提示]。1995年ACM Communication將粗糙集列為新浮現之計算機科學之研究課題[陽光電子學校維修專家友情提示]。目前，粗糙集理論已成為信息科學 為活躍之研究領域之一[陽光電子學校維修專家友情提示]。同時，該理論還在醫學、化學、材料學、地理學、管理科學和金融等其他學科得到了成功之應用［2］[陽光電子學校維修專家友情提示]。
　　粗糙集方法以對觀察和測量所得數據進行分類之能力為基礎，不僅為信息科學和認知科學提供了新之科學邏輯和研究方法，而且為智能信息處理提供了有效之處理技術［3］[陽光電子學校維修專家友情提示]。其主要思想就是在保持分類能力不變之前提下，通過知識約簡，導出問題之決策或分類規則[陽光電子學校維修專家友情提示]。它與統計方法處理不確定問題完全不同，不是采用概率方法描述數據之不確定性，而且與這一領域傳統之模糊集合論處理不精確數據之方法也不相同，它無需提供問題所需處理之數據集合之外之任何先驗信息，因此對問題之不確定之描述和處理是比較客觀之[陽光電子學校維修專家友情提示]。在Pawlak之粗糙集模型中，人們感興趣之對象之集合（有限集）稱為論域，論域中之任何子集稱為概念或范疇，并且論域中之任何概念族稱為關于論域之知識［4］[陽光電子學校維修專家友情提示]。論域中之對象或元素可以用可利用之信息（或知識庫中之知識）來描述[陽光電子學校維修專家友情提示]。當兩個不同之對象具有相同之描述時，稱這兩個元素是不可區分之[陽光電子學校維修專家友情提示]。所有具有相同之描述之元素構成了一個等價類，所有等價類構成了這個論域之一個劃分[陽光電子學校維修專家友情提示]。任意給定論域之一個子集，人們不一定能用知識庫中之知識來精確地描述，這時就用關于這個集合之一對上、下近似來描述[陽光電子學校維修專家友情提示]。
　　鑒于粗糙集理論在處理不確定、不完備信息上之優越性，已經有不少研究人員把它引入到故障診斷系統中[陽光電子學校維修專家友情提示]。例如文獻［5］［6］把粗糙集理論應用于電力系統故障診斷和警報處理，嘗試應用粗糙集理論來處理因保護裝置和斷路器誤動作、信號傳輸誤碼而造成之錯誤或不完整警報信號[陽光電子學校維修專家友情提示]。提出之方法以決策表作為主要工具，直接從故障樣本集中導出診斷規則[陽光電子學校維修專家友情提示]。電力系統之故障診斷可以用一個模式分類問題來描述，很適合應用粗糙集理論之決策表方法[陽光電子學校維修專家友情提示]。基本思想是把保護和斷路器之動作信息作為對故障分類之條件屬性，考慮各種湖南陽光電子學校維修專家認為：也許發生之故障情況并建立決策表（類似于ANN故障診斷之訓練樣本集），刪除多余屬性后抽取出診斷規則[陽光電子學校維修專家友情提示]。警報處理也是一個模式分類問題，每一個事件對應著一組特征警報集，警報處理之任務就是對送至控制中心之警報信息進行合理之解釋，判斷出引起警報之事件[陽光電子學校維修專家友情提示]。利用診斷信息之冗余性，通過避開丟失或錯誤之警報來處理不完備警報信息[陽光電子學校維修專家友情提示]。文獻［7］是將粗糙集方法應用于旋轉機械（如燃氣輪發電機組）之故障診斷中，旋轉機械故障診斷其實質也是模式分類問題[陽光電子學校維修專家友情提示]。文中以振動特征頻譜為依據，提出了一種基于粗糙集理論之旋轉機械故障診斷方法，該方法不但可以直接從完備之故障頻譜特征樣本集中導出正確之診斷結論，而且還能從不完整之故障頻譜特征樣本集中導出滿意之診斷結論[陽光電子學校維修專家友情提示]。它揭示了故障特征頻譜信息之冗余性，為在不完整征兆信息下之旋轉機械故障診斷提供了新之思路[陽光電子學校維修專家友情提示]。文獻［8］針對內燃機之運行狀態監測和故障診斷，在故障診斷專家系統之基礎上，引入粗糙集理論，并以信息系統屬性值表為主要工具，對專家系統中之規則進行約簡并剔除不必要之屬性，揭示了故障診斷信息中內在之冗余性，降低了故障診斷專家系統構成之復雜性，并建立了簡化后之決策規則[陽光電子學校維修專家友情提示]。
3　人工神經網絡
　　人工神經網絡是近些年發展起來之十分熱門之交叉學科，它涉及生物、電子、計算機、數學和物理等學科，有著非常廣泛之應用背景，這門學科之發展對目前和未來之科學技術之發展將有重要之影響［9］[陽光電子學校維修專家友情提示]。人工神經網絡就是采用物理可實現之系統來模仿人腦神經細胞之結構和功能之系統[陽光電子學校維修專家友情提示]。它是由很多處理單元有機地聯接起來，進行并行地工作，它之處理單元十分簡單，其工作則是“集體”進行之，它之信息傳播、存貯方式與神經網絡相似，它沒有運算器、存貯器、控制器這些現代計算機之基本單元，而是相同之簡單處理器之組合[陽光電子學校維修專家友情提示]。它之信息是存貯在處理單元之間之連接上，因而，它是與現代計算機完全不同之系統[陽光電子學校維修專家友情提示]。
　　人工神經網絡之發展可以追溯到一個世紀前，它之發展經歷了初始發展期、低潮期、復興期和高潮期四個階段[陽光電子學校維修專家友情提示]。1890年，美國生理學家W．James出版了《生理學》一書，該書首次闡明了有關人腦之結構和功能，以及一些相關學習、聯想記憶之基本規則[陽光電子學校維修專家友情提示]。半個世紀以后，W．S．McCulloch和W．A．Pitts提出了神經元之 原始 簡單之模型—MP模型，將神經元當作一個功能邏輯單元對待，為以后進一步之研究提供了依據[陽光電子學校維修專家友情提示]。1949年D．O．Hebb發表論著《行為自組織》，提出了很多有價值之觀點，這對以后神經網絡之結構和算法都有很大之影響[陽光電子學校維修專家友情提示]。1958年F．Rosenblatt定義了一個稱為感知器（Perceptron）之具有三層結構之神經網絡，這是第一個

[1] [2] [3] [4] 下一頁

　　湖南省陽光電子技術學校常年面向全國招生.安置就業。考試合格頒發全國通用權威證書：《中華人民共和國職業資格證》 、《電工證》 、《焊工證》 。采用我校多年來獨創的“模塊教學法”,理論與實踐相結合、原理＋圖紙＋機器三位一體的教學模式，半天理論，半天實踐，通俗易懂，確保無任何基礎者也能全面掌握維修技能、成為同行業中的佼佼者。工作(一期不會，免費學會為止)。