一种配电网故障处理辅助决策系统

技术领域

本发明涉及配电网技术领域，具体涉及一种配电网故障处理辅助决策系统。

背景技术

故障处理决策业务总体上可分为能否立即故障处理与如何故障处理两大问题。其中能否立即故障处理又涉及到故障处理的正向因素与反向因素。正向因素是指当前线路故障处理需求的紧急度。不同的故障因线路本身与现场情况不同，要求立即故障处理的紧迫程度也不尽相同。例如为医院，铁路等机构供电的线路发生跳闸后，其故障处理紧急度会比通常线路更高。反向因素则是执行故障处理可能产生的风险。例如故障线路当前存在带电作业计划，贸然故障处理可能对作业人员的人身安全产生巨大威胁。一般对于故障处理决策而言，存在着以下三条基本原则：

(1)如果存在任何故障处理的反向因素，则不可立即故障处理，需要等待反向因素全部消失。

(2)如果不存在故障处理反向因素，同时又存在故障处理正向因素时，应立即故障处理。

(3)如果正向因素与反向因素都不存在，则需要对线路厂站进行巡检排查后再尝试故障处理。

如何故障处理是指调度员在当前故障状况下应该以什么样的顺序执行什么操作。例如调度员需要考虑通过什么方式进行强送电，是远程遥控或是指挥站内人员操作，是从线路的送端还是受端进行故障处理等问题。这些问题原则上依赖于配电网线路故障处理规程中的内容，但规程中的内容是配电网调度专家基于自身认识所编撰，并不能对应所有现场故障状况。因此，目前在处理如何故障处理问题时，调度员一般在配电网故障处理规程的框架下，结合自身故障处理经验，综合做出调度决策。

目前故障处理决策过程普遍存在以下问题：

(1)对规程的反复确认。由于配电网故障处理规程条目众多，复杂多变，调度员需要通读规程查阅大量条款，反复确认以保证进行故障处理决策时不存在疏漏，可靠性与时效性无法兼顾。

(2)获取线路信息效率低下。配电网实体数量繁多，调度员在查阅同一线路的不同信息时，需要调取多种不同类型文档分别进行查询，效率低下。

(3)个人处理经验有限。单个调度员的处理经验往往存在局限性，当遇到规程中没有明确说明，自身也未处理过的故障时，调度员需要通知上级，在经过多名调度专家系统讨论后给予反馈，延误故障处理时机。

发明内容

为了解决现有发明的不足，针对目前故障处理决策过程存在的规则的反复确认问题、获取线路信息效率低下问题以及因个人处理经验有限延误故障处理时机的问题，本发明提供了一种配电网故障处理辅助决策系统，可以实现对故障处理建议推荐、降低响应时间以及具有可维护性和稳定性的优势。

所采用的技术方案如下：

一种配电网故障处理辅助决策系统，包括计算机及运行于计算机中的界面交互模块和故障处理知识图谱、文件解析模块、实体关系抽取模块和故障决策处理模块，所述界面交互模块包括文件导入交互界面模块、故障处理决策交互界面模块和规则管理交互界面模块，所述故障处理知识图谱中存储有知识图谱数据库；

所述导入交互界面模块用于接受调度员上传的各类电力相关文件，其与所述文件解析模块和实体关系抽取模块连接，所述文件解析模块通过各类电力相关文件的文件名、后缀名方式确认文件类型并解析其中内容，所述实体关系抽取模块用于抽取所述文件解析模块中的配电网实体与关系，并存入所述故障处理知识图谱中；

所述故障处理决策交互界面模块用于接收调度员上传的现场事故情况，其与所述故障决策处理模块连接，所述故障决策处理模块包括故障处理决策建议模块和相似历史故障推荐模块，所述故障处理决策建议模块利用所述故障处理知识图谱中的故障处理规则与线路相关推理后，针对所接收的现场情况给出是否立即故障处理、故障处理紧急度与所有不可故障处理原因；所述相似历史故障推荐模块利用相似度算法计算出所述故障处理知识图谱中与当前事故前k相似的历史故障，以文字形式给出相似故障的故障情形、故障结果及处理方式；

所述规则管理交互界面模块用于向调度员以图形化方式展示所述故障处理知识图谱内的故障处理规则及配电网故障规程。

进一步地，所述故障处理知识图谱通过知识图谱访问接口模块分别与所述实体关系抽取模块、故障决策处理模块及规则管理交互界面模块形成数据连接，所述知识图谱访问接口模块用于提供存放知识图谱数据库的访问接口。

进一步地，所述故障决策处理模块中还设有后续处理建议模块，接受调度员传入现场事故情况，利用所述故障处理知识图谱中的规程与线路相关数据推理后，给出配电网规程处理中的相关处置动作并加以实例化，指导调度员后续处理方案。

进一步地，所述规则管理交互界面模块还连接一规则管理模块，所述规则管理模块通过所述知识图谱访问接口模块与所述故障处理知识图谱进行数据传输。

进一步地，所述规则管理模块中设有规则展示模块，以Neo4j的浏览图模式直观地展示所述故障处理知识图谱中的当前所有规则及规则间的关系。

进一步地，所述规则管理模块中还设有规则修改模块和规则更新模块，调度员通过Cypher语句在所述规则修改模块中直接增删所述故障处理知识图谱中的规则，并对条件语句、动作语句等直接修改；所述规则更新模块将修改后的所述故障处理知识图谱中的故障处理规则转化为DRL规则文件，存储于KieContainer1与KieContainer2对象中，供所述故障处理决策建议模块和所述后续处理建议模块使用。

优选地，所述故障处理决策建议模块进行故障处理决策的方法是：通过所述规则管理模块在KieContainer1对象中存储的DRL规则、所述故障处理知识图谱中的相关实体信息以及外部传入存储于dfact对象中的实时故障信息，将其全部导入kSession中；采用Drools引擎的fireAllRules()方法进行故障处理推理；经推理后得出当前线路故障是否应该立即故障处理、当前线路故障需求故障处理的紧急度及当前所有导致不可故障处理原因的结论。

优选地，采用Drools引擎的fireAllRules()方法进行故障处理推理，其故障处理推理算法如下：

进一步优选地，所述相似历史故障推荐模块通过调度员输入的故障线路与故障信息计算当前故障与所有知识图谱中查询得到历史故障间的相似度，并向所述故障处理决策交互界面模块输出相似度最高的前3-5条历史故障。

所述相似历史故障推荐模块通过相似度算法得到前k条历史故障，所采用的相似度算法是：

本发明技术方案具有如下优点：

A.本发明具有自动化导入功能：系统接受调度员上传的excel表格，word文档等各种类型的文档并自动解析，抽取其中的配电网故障处理相关实体，包括厂站，线路，历史故障等。随后对图谱中的节点，属性与关系进行自动化更新。

B.本发明具有规则管理功能：系统允许调度员查看现有图谱中故障处理相关规则，并允许图谱管理员对故障处理规则进行增删改查，修改后的故障处理规则能直接反应到故障处理推理的结果中。

C.本发明具有故障处理推理功能：系统接受调度员输入的实时故障信息与线路全体信息，利用故障处理规则自动化推理后，以文本形式给出是否建议立即故障处理，当前线路故障处理需求的紧急度，所有导致不可故障处理的原因，建议进行的后续处理流程等信息辅助调度员进行决策。

D.本发明具有相似历史故障推荐功能：系统接受调度员或其他系统接口传入的实时故障信息，通过相似算法计算后，以文本形式给出相似度最高的k条历史故障供调度员参考。

综上所述，本发明所提供系统大大提高了配电网故障处理效率，极大程度上降低了损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所提供的配电网故障处理辅助决策系统组成图；

图2是图1中文件导入交互界面模块所提供的自动导入功能时序流程图；

图3是图1中规则管理模块所提供的功能时序流程图；

图4是图1中故障决策处理模块所提供的推理功能时序流程图；

图5是图1中相似历史故障推荐模块所提供的功能时序流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种配电网故障处理辅助决策系统，包括计算机及运行于计算机中的界面交互模块和故障处理知识图谱、文件解析模块、实体关系抽取模块和故障决策处理模块，界面交互模块包括文件导入交互界面模块、故障处理决策交互界面模块和规则管理交互界面模块，故障处理知识图谱中存储有知识图谱数据库；导入交互界面模块用于接受调度员上传的各类电力相关文件，其与文件解析模块和实体关系抽取模块连接，文件解析模块通过各类电力相关文件的文件名、后缀名方式确认文件类型并解析其中内容，实体关系抽取模块用于抽取文件解析模块中的配电网实体与关系，并存入故障处理知识图谱中；故障处理决策交互界面模块用于接收调度员上传的现场事故情况，其与故障决策处理模块连接，故障决策处理模块包括故障处理决策建议模块和相似历史故障推荐模块，故障处理决策建议模块利用故障处理知识图谱中的故障处理规则与线路相关推理后，针对所接收的现场情况给出是否立即故障处理、故障处理紧急度与所有不可故障处理原因；相似历史故障推荐模块利用相似度算法计算出故障处理知识图谱中与当前事故前k相似的历史故障，以文字形式给出相似故障的故障情形、故障结果及处理方式；规则管理交互界面模块用于向调度员以图形化方式展示故障处理知识图谱内的故障处理规则及配电网故障规程。

本发明的故障处理知识图谱通过知识图谱访问接口模块分别与实体关系抽取模块、故障决策处理模块及规则管理交互界面模块形成数据连接，知识图谱访问接口模块用于提供存放知识图谱数据库的访问接口。

本发明所提供的界面交互模块用于调度员与系统进行交互。优选以WEB页面实现，其包含三个不同的子界面功能，包含了具有文件导入功能的文件导入交互界面模块，具有故障处理决策功能的故障处理决策交互界面模块以及具有规则管理功能的规则管理交互界面模块，根据调度员的要求实现不同功能。

如图2所示，通过文件导入交互界面模块将文件自动导入界面，上传电力文档，文件解析模块接受调度员上传的各类电力相关文件，通过文件名、后缀名等方式确认其类型，并利用相应接口解析文件内容，然后选取特定区域的字符串传递给实体关系抽取模块，实体关系抽取模块利用模板匹配的方式，从接受到的特定类型字符串中抽取出需要存入故障处理知识图谱的配电网实体与关系，再利用电力词典获得等价实体后，通过知识图谱访问接口模块增改原有实体与关系，同时可以通过文件导入交互界面模块呈现结果显示，从而完成实体与关系的整改。

如图1和图4所示，在故障决策处理模块中还设有后续处理建议模块，故障处理决策建议模块进行故障处理决策的方法是：通过规则管理模块在KieContainer1对象中存储的DRL规则、故障处理知识图谱中的相关实体信息以及外部传入存储于dfact对象中的实时故障信息，将其全部导入kSession中；采用Drools引擎的fireAllRules()方法进行故障处理推理；经推理后得出当前线路故障是否应该立即故障处理、当前线路故障需求故障处理的紧急度及当前所有导致不可故障处理原因的结论。

在使用上述功能时，调度员进入故障处理决策交互界面模块，接受调度员传入现场事故情况，即输入当前故障情况，点击开始按钮；在故障处理决策建议模块中利用故障处理知识图谱中的规程与线路相关数据推理后，给出配电网规程处理中的相关处置动作并加以实例化，指导调度员后续处理方案。

如图1和图3所示，规则管理交互界面模块还连接一规则管理模块，规则管理模块通过知识图谱访问接口模块与故障处理知识图谱进行数据传输。规则管理模块中还设有规则修改模块和规则更新模块，调度员通过Cypher语句在规则修改模块中直接增删所述故障处理知识图谱中的规则，并对条件语句动作语句等直接修改；规则更新模块将修改后的故障处理知识图谱中的故障处理规则转化为DRL规则文件，存储于KieContainer1与KieContainer2对象中，供故障处理决策建议模块和后续处理建议模块使用，后续处理建议模块使用的是KieContainer2中的后续处理相关故障处理规则，在将配电网故障规程根据现有故障情况筛选的同时，通过图谱中的信息对其进行具体化，最终给出后续建议的每一步操作提示。

在使用此功能时，调度员进入规则管理界面，以图模式查看其中故障处理规则及配电网处理规程。通过输入相应指令，可对其中规则进行增删改等操作。修改后，点击更新可将系统内生成产生式规则更新以支持后续故障处理推理。规则管理模块中设有规则展示模块，以Neo4j的浏览图模式直观地展示故障处理知识图谱中的当前所有规则及规则间的关系。

如图5所示，本发明中的相似历史故障推荐模块通过调度员在交互界面模块处输入的故障线路与故障信息计算当前故障与所有知识图谱中查询得到历史故障间的相似度，并向故障处理决策交互界面模块输出相似度最高的前3-5条历史故障。

本发明系统中主要包括图谱构建，故障处理规则转换，故障处理推理与相似度计算：

(1)图谱构建：图谱构建的核心是实体的识别与关系的附加，系统通过直接对文档内每一行记录的属性判断进行不同操作，先抽取实体，然后进行比对，最后附加关系，以线路信息表中的线路实体与场站实体为例，核心实体解析抽取算法如表1所示：

表1线路与场站实体解析抽取算法

(2)故障处理规则转换：将故障处理知识图谱中的故障处理规则转换为Drools规则引擎直接使用的DRL文件。

(3)故障处理推理：以已转化的DRL文件为规则库，以外部传入实时故障信息与故障处理知识图谱中故障处理相关实体为事实库，利用Drools规则引擎推理得到结果，其核心故障处理推理算法如表2所示：

表2故障处理推理相关算法

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(4)相似历史故障推荐：以已转化的DRL文件为规则库，以外部传入实时故障信息与故障处理知识图谱中故障处理相关实体为事实库，利用Drools规则引擎推理得到结果，其算法如表3所示：

表3相似历史故障推荐相关算法

本发明系统的非功能性需求点主要包括正确性，响应时间，可维护性与稳定性，并从这些方面对系统进行非功能性测试与验证。

A.配电网相关实体抽取正确率

本发明系统采用模板正则表达式的方式从各个非结构化文档中抽取所需配电网相关实体信息，需要对其正确率进行测试。测试数据为真实配电网系统中所用文档，来源为国家配电网南瑞集团。测试方法为将文档自动传入系统后，人工比对所抽取实体类别的正确性，实验结果如表4所示：

表4系统自动抽取配电网相关实体正确率测试结果

B.故障处理业务推理正确率

本发明系统故障处理推理的结果对调度员决策有影响，必须验证其正确性。测试数据为电网故障处理考核真题修改而来，共8道。测试方法为将配电网相关实体文档自动传入系统，将配电网故障处理规则人工输入图谱后，输入故障实时信息，对比查看系统给出的能否立即故障处理建议与答案是否一致，实验结果如表5所示：

表5故障处理推理正确率测试结果

从表5中可以看出，系统给出的8道题目结果正确率达到100％。测试结果证明系统在给定故障处理规则与配电网相关实体信息后，可以给出正确可靠的故障处理结论，满足辅助调度员进行故障处理决策的需求。

C.推荐历史故障正确率

本发明系统推荐的相似历史故障依据与余弦相似度与线路关系，需要验证其可靠性。测试数据为500条真实配电网历史故障数据，来源为国家电网南瑞集团。测试方法为取出其中5条历史故障作为测试集，将其故障线路及故障相位，故障类别等信息输入系统后，将其处置结果，故障原因与系统推荐的历史故障做对比，测试结果如表6所示：

表6推荐历史故障正确率测试结果

从表6中可以看出，推荐的150条历史故障中，有77条故障原因与测试故障一致，有140条处置结果与测试故障一致。部分故障原因与调度员汇报的故障信息有明显正相关，如现场天气为雷雨的32条故障中有26条最终原因为雷击导致。另一些则无法通过现有故障现象推测，如由于车辆撞击导致的线路断开或吊车操作不当导致碰线短路，综合故障推荐表现一般。处置结果方面则表现优秀，体现出最终处置方式与调度员上报的故障现象有较高的相关性。

推荐历史故障的综合命中率为(77+129)/300＝68.7％。实验结果证明系统给出的前3高相似度推荐历史故障有较高的参考性，对调度员故障处理决策具有一定帮助。

D.多层关系查询时间

为了验证知识图谱在多关系查询方面对比传统关系型数据库的优势，将对比两者进行测试验证。测试数据为辽宁省某市真实2500多条配电网线路与700多个厂站信息表。测试方法为首先将全部厂站与线路导入故障处理知识图谱，然后将线路与厂站用线路表，场站表，线路厂站连结表的方式存入Mysql数据库中。最后查询以某一线路为起点，“起点线路->(中间厂站->线路)*n，n∈(1-5)”所包含的所有不重复线路，记录下各自所需时间，测试结果如表7所示：

表7多层关系线路查询Neo4j与Mysql耗时对比数据

可以发现当关系层数增加时，基于Neo4j的图谱查询时间对比传统关系型数据库Mysql呈现大幅度缩短。

为了验证本发明系统的响应时间及对调度员故障处理决策的时间缩短，将测试系统导入文件与故障处理决策的响应时间。测试数据为某省真实2500多条配电网线路与700多个厂站信息表，及10个真实历史故障。测试方法为首先将线路与厂站表导入故障处理知识图谱，记录导入时间。然后将10个真实历史故障的故障情况输入本发明系统，记录系统决策时间。结果如表8所示：

表8系统响应时间测试结果

通过表8结果可以发现系统的导入响应时间与决策响应时间都符合系统非功能性需求。同时对比真实故障决策平均15分钟的所需时间，在系统帮助下，调度员可以极大地减少故障处理决策所需时间，从而减少停电导致的各类损失。

本发明未述及之处均适用于现有技术。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。