０ 引言

隨著智能變電站技術(shù)的應(yīng)用，電網(wǎng)的復(fù)雜度和安全性要求日益提高［１］，作為對電網(wǎng)安全起保護作用的繼電保護裝置越來越復(fù)雜，對繼電保護測試也提出了更高的要求。傳統(tǒng)的人工測試，不僅效率低下，而且容易因人為因素增加測試數(shù)據(jù)漏填、 誤填， 以及測 試 項 目 缺 項、 漏 項 的 風(fēng)險［２］。近年來，人工智能技術(shù)和理論不斷成熟，在電力系統(tǒng)中應(yīng)用范圍也越來越廣。將人工智能技術(shù)相關(guān)的計算機互聯(lián)網(wǎng)、自動化仿真、專家系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)云平臺技術(shù)與繼

電保護測試相互融合，進而提高繼電保護測試工作效率和水平，研究高效的人工智能繼電保護自動測試專家系統(tǒng)顯得尤為迫切。本文主要對繼電保護裝置的人工智能自動測試專家系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用進行了深入研究，提出一種人工智能繼電保護自動測試平臺架構(gòu)方法。該平臺在實現(xiàn)上采用層次化、模塊接口標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計思想，根據(jù)被測裝置的測試要求快速高效地生成裝置測試方案［３］；基于計算機互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，大數(shù)據(jù)云平臺的全生命周期管理，研究實時邏輯圖展示技術(shù)，實現(xiàn)人工智能測試過程可視化，達到簡化測試過程、規(guī)范測試數(shù)據(jù)、縮短測試周期、提高測試質(zhì)量的目的。

１ 人工智能自動測試專家系統(tǒng)平臺設(shè)計理念

長期以來根據(jù)智能電網(wǎng)各廠家繼電保護裝置現(xiàn)場調(diào)試經(jīng)驗，提煉出標(biāo)準(zhǔn)的測試方法和測試流程［４］，總結(jié)出繼電保護人工智能自動測試須滿足以下基本條件：測試流程規(guī)范化、系統(tǒng)各模塊接口標(biāo)準(zhǔn)化、測試的閉環(huán)性、測試報告格式的標(biāo)準(zhǔn)化及測試系統(tǒng)必須具備良好的可擴展性。整體架構(gòu)分為硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)兩部分，硬件架構(gòu)采用了繼電保護裝置自動測試平臺的閉環(huán)自動測試硬件網(wǎng)絡(luò)環(huán)境布局，實現(xiàn)人工智能測試控制端與智能數(shù)字測試儀、被測裝

置的測試鏈路的搭建。軟件架構(gòu)基于互聯(lián)網(wǎng)云技術(shù)，具有云存儲、云計算的人工智能自動測試專家系統(tǒng)涵蓋了測試方案的自動生成、繼電保護裝置的自動測試，基于云技術(shù)的測試用例專家?guī)旌蜏y試報告庫等一系列技術(shù)。

１．１ 人工智能自動測試專家系統(tǒng)硬件架構(gòu)

測試系統(tǒng) 硬 件 構(gòu) 成 主 要 包 括 人 工 智 能 測 試 ＰＣ 控 制端、交換機、智能數(shù)字測試儀、數(shù)字被測裝置，在測試主機上安裝人工智能自動測試專家系統(tǒng)軟件，因此所有自動測試的控制均在測試主機上完成。測試主機與測試儀、繼電保護裝置經(jīng)由交換機形成閉環(huán)測試的通信鏈路，測試儀和被測數(shù)字保護裝置之間通過光纖連接，其他回路通過電信號的網(wǎng)絡(luò)線連接。整體架構(gòu)如圖１所示。

１．２ 人工智能自動測試專家系統(tǒng)軟件架構(gòu)

測試終端上集成了人工智能自動測試專家系統(tǒng)軟件，是繼電保護裝置自動測試核心組成部分，采用分層次的設(shè)計思想。整個系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)計如圖２所示。

系統(tǒng)軟件設(shè)計劃分為本地系 統(tǒng)、 云 測 試 服 務(wù) 和 云 存儲。自動測試專家系統(tǒng)包含測試儀器及其驅(qū)動、被測裝置的通信、測試流程的控制和管理。系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思想，以及基于模塊化、分層次的系統(tǒng)架構(gòu)方法［５］。

本地系統(tǒng)部分：以自動測試控制程序為核心，包含測試儀接口程序、保護裝置通信程序。自動測試控制程序從云端獲取并加載裝置測試方案，通過調(diào)用測試儀接口控制測試儀進行自動測試，根據(jù)測試方案中故障參數(shù)自動輸出測試故障，通過調(diào)用保護裝置通信程序與繼電保護裝置完成通信，實現(xiàn)讀取并解析上送的動作報文， 發(fā)出 遙 控 命令、讀定值、投退壓板等人工智能操作。

云測試服務(wù)部分：基于云平臺技術(shù)，包含測試報告管理服務(wù)、測試技術(shù)支持服務(wù)、測試用例開發(fā)服務(wù)、規(guī)約模板開發(fā)服務(wù)。測試報告管理服務(wù)具有對測試報告大數(shù)據(jù)人工智能查詢、統(tǒng)計和分析功能。測試技術(shù)支持服務(wù)通過計算機互聯(lián)網(wǎng)獲取遠程測試技術(shù)支持和協(xié)助。測試用例開發(fā)服務(wù)實現(xiàn)繼電保護裝置測試用例的編輯和人工智能生成。規(guī)約模板開發(fā)服務(wù)實現(xiàn)繼電保護裝置通信規(guī)約模板的開發(fā)和人工智能生成。

云存儲部分：基于云存儲技術(shù)，包含云端的測試報告庫、保護測試方法庫、 測試用例 專 家 庫、 傳 統(tǒng) 規(guī) 約 模 板庫。云存儲具有大數(shù)據(jù)全生命周期存儲功能，將檢測參數(shù)和結(jié)果數(shù)據(jù)保存至后臺數(shù)據(jù)庫，進行數(shù)據(jù)分析比較，建立數(shù)據(jù)溯源體系，繪制歷史曲線，預(yù)測生命周期，也為將來事故分析提供數(shù)據(jù)支撐。

２ 人工智能自動測試專家系統(tǒng)平臺功能設(shè)計

人工智能自動測試專家系統(tǒng)平臺實現(xiàn)智能電網(wǎng)繼電保護自動測試，包括自動測試控制模塊、標(biāo)準(zhǔn)源硬件驅(qū)動模塊、規(guī)約平臺通信模塊。

２．１ 自動測試控制模塊設(shè)計

自動測試控制模塊為平臺的核心，具有自動測試服務(wù)及部署于云端的測試技術(shù)支持服務(wù)。為被測繼電保護裝置自動測試流程的控制和實現(xiàn)，在自動檢測過程中提供友好的人機操作交流界面。測試時，根據(jù)電子作業(yè)指導(dǎo)書中被測裝置型號和測試要求，搜索云端的測試用例專家?guī)?，加載測試用例。自動測試控制模塊按順序自動執(zhí)行裝置測試用例中的項目，實時填寫測試結(jié)果并輸出標(biāo)準(zhǔn)測試報告。測試完成后，將測試報告存儲到報告庫中。測試過程中，出現(xiàn)測試不合格項目，測試人員通過互聯(lián)網(wǎng)云端連接遠程技術(shù)支持服務(wù)人員，獲取遠程協(xié)助完成測試。測試協(xié)助服務(wù)過程和發(fā)現(xiàn)的問題，系統(tǒng)以 “知識 ”的方式存入云端，形成測試知識庫，為測試用例開發(fā)技術(shù)提供知識。

２．２ 標(biāo)準(zhǔn)源硬件驅(qū)動模塊設(shè)計

標(biāo)準(zhǔn) 源 硬 件 驅(qū) 動 模 塊 設(shè) 計 為 可 擴 展 的 ＣＯＭ 接 口 或ＤＬＬ接口，提供給自動測試控制模塊調(diào)用，根據(jù)自動測試控制模塊發(fā)送的各檢測功能類型控制命令，控制標(biāo)準(zhǔn)源輸出檢測項目需要的電氣量，實現(xiàn)繼電保護裝置各種檢測功能的自動輸出。

標(biāo)準(zhǔn)源硬件驅(qū)動模塊采用 Ｗｉｎｄｏｗｓ消息機制或回調(diào)函數(shù)機制向自動檢測控制模塊發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)源的各種檢測狀態(tài)，如連接成功、檢測開始、檢測停止、檢測異常等消息。

自動測試專家系統(tǒng)抽象歸納出各種繼電保護基礎(chǔ)測試功能單元，形成測試功能專家?guī)臁熘忻總€測試功能具有**的名稱和ＩＤ，并詳細定義了故障參數(shù)和結(jié)果參數(shù)，故障參數(shù)描述了測試功能故障的計算參數(shù)，結(jié)果參數(shù)描述了測試的結(jié)果定義。

２．３ 規(guī)約平臺通信模塊設(shè)計

規(guī)約平臺通信模塊設(shè)計為可擴展 ＣＯＭ 接口或 ＤＬＬ接口，通過ＩＥＣ６１８５０ ＭＭＳ協(xié)議和繼電保護裝置實現(xiàn)實時通信。規(guī)約平臺通信模塊解析自動測試控制模塊的通信命令，運行通信操作；接收繼電保護裝置上送的信息報文，進行報文數(shù)據(jù)解析和數(shù)據(jù)處理，根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)生成規(guī)范化數(shù)據(jù)模型和測試結(jié)果數(shù)據(jù)。

規(guī)約平臺以云計算技術(shù)為基礎(chǔ)，包含保護裝置通信程序和部署于云端的規(guī)約模板開發(fā)服務(wù)。規(guī)約模板開發(fā)服務(wù)實現(xiàn)規(guī)約模板二次開發(fā)、人工智能生成，并存儲于云端形成規(guī)約模板庫，根據(jù)自動測試的要求智能選擇規(guī)約模板并返回給保護裝置通信程序。保護裝置通信程序具備開放的程序調(diào)用接口，通過標(biāo)準(zhǔn)化接口實現(xiàn)與繼電保護裝置的通信。自動測試程序與規(guī)約平臺通信模塊之間的調(diào)用關(guān)系流程如圖３所示。

２．４ 測試流程設(shè)計

自動測試控制模塊從云端獲取裝置測試方案，執(zhí)行裝置測試方案中測試項目的自動測試， 測試流程詳細設(shè)計如下。

（１）測試前，電子化作業(yè)指導(dǎo)書嵌入 ＡＩ人工智能，指導(dǎo)安措、接線。開始測試時，只需按下測試按鈕，實現(xiàn)一鍵式智能自動測試，測試過程中無需人工干預(yù)，提高檢驗效率。

（２）自動檢測控制模塊根據(jù)檢測項目的參數(shù)計算公式設(shè)置，對參數(shù)進行計算，形成參數(shù)數(shù)據(jù)；調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)源硬件驅(qū)動模塊接口，向標(biāo)準(zhǔn)源硬件驅(qū)動模塊傳入檢測功能參數(shù)數(shù)據(jù)，控制準(zhǔn)源開始輸出。

（３）自動測試控制模塊調(diào)用規(guī)約平臺通信模塊開放的接口，控制規(guī)約平臺通信模塊與繼電保護裝置進行通信，接收并解析裝置報文，獲取報文數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)按照回路進行歸類處理后發(fā)送給自動測試控制模塊。

（４）自動檢測控制模塊對從規(guī)約平臺通信模塊讀取的結(jié)果數(shù)據(jù)進行誤差計算和判斷，將計算、判斷結(jié)果實時寫入標(biāo)準(zhǔn)格式 Ｗｏｒｄ報告中。

３ 人工智能自動測試實時邏輯圖展示技術(shù)

３．１ 自動測試實時邏輯圖展示原理

人工智能自動測試專家系統(tǒng)將測試過程中壓板、控制字狀態(tài)、保護裝置啟動元件狀態(tài)、閉鎖元件狀態(tài)等以邏輯圖方式 展 示， 實 時 監(jiān) 視 各 類 狀 態(tài) 量 信 息 并 實 時 可 視 化展示。

系統(tǒng)具有保護功能單元基礎(chǔ)邏輯圖庫，保存全部保護功能單元的基礎(chǔ)邏輯圖，從保護功能單元的原理出發(fā)，建立保護功能單元邏輯圖建模模型。保護型號邏輯圖庫，從保護型號出發(fā)，保存該保護型號的各種保護功能單元邏輯圖。邏輯圖二次開發(fā)模塊，編輯保護功能單元基礎(chǔ)邏輯圖庫，并根據(jù)保護型號，編輯保護型號的邏輯圖庫。通用通信規(guī)約平臺支持各種通信規(guī)約， 實現(xiàn)與被測保護裝置通信。圖形化的保護智能測試模塊， 加載保護型號 邏 輯 圖庫，控制測試儀輸出測試量，調(diào)用通用通信規(guī)約平臺實現(xiàn)與被測保護裝置通信，綜合測試儀的測試結(jié)果、保護通信獲取的保護數(shù)據(jù)量，用動態(tài)圖形展示保護功能單元的動作過程和邏輯。圖形化人工智能測試實時邏輯圖展示原理如圖４所示。

人工智能自動測試邏輯圖二次開發(fā)技術(shù)：從功能元件原理角度出發(fā)，綜合分析和抽象保護的功能元件原理，總結(jié)參與動作邏輯圖的元素及其特征， 建立動作邏輯圖模型，基于邏輯圖建模模型，研究邏輯圖的二次開發(fā)技術(shù)。建模模型元素包括保護故障 計 算 量、 定 值、 壓 板、 控 制字、外部信號、動作信號、測試儀故障量等。圖形化人工智能測試技術(shù)：結(jié)合測試儀的測試功能模塊和保護功能元件動作邏輯圖，驅(qū)動測試儀輸出測試故障量，同時調(diào)用通信規(guī)約平臺與被測保護裝置通信，獲取與邏輯圖相關(guān)的保護功能元件元素，以動態(tài)圖形的方式展示保護功能元件的動作行為和邏輯關(guān)系。保護功能元件邏輯

圖建模模型，是從保護原理角度進行的建模，實際測試過程中，需智能識別保護功能單元的實際數(shù)據(jù)模型（比如保護區(qū)段定值等）并與之建立動態(tài)綁定關(guān)系，從而展示實際功能的動作邏輯圖形。

３．２ 基于 Ｖｉｓｉｏ的邏輯圖建模方案

人工智能自動測試邏輯圖如圖５所示，基于 Ｖｉｓｉｏ形狀建模，邏輯圖圖元包括數(shù)據(jù)節(jié)點、邏輯運算節(jié)點、數(shù)據(jù)運算節(jié)點、數(shù)據(jù)流線、匯集點（流向分支節(jié)點）。

數(shù)據(jù)節(jié)點： 保 護 裝 置 定 義、 壓 板、 控 制 字、 保 護 動作、故障計算值、測試儀參數(shù)。邏輯運算節(jié)點：根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)進行邏輯運算，邏輯運算包括 “與 ” “或 ” “非 ”。

數(shù)據(jù)運算節(jié) 點： 根 據(jù) 輸 入 的 數(shù) 據(jù)， 進 行 數(shù) 據(jù) 運 算 操作，計算表達式。

數(shù)據(jù)流線：數(shù)據(jù)流向。

匯集點（流向分支節(jié)點）： 一個數(shù)據(jù)流向多個 目 標(biāo) 節(jié)點，為了繪圖美觀增加的中間節(jié)點，實現(xiàn)數(shù)據(jù)流向分支。

基于 Ｖｉｓｉｏ形狀以及邏輯圖節(jié)點分類，各節(jié)點屬性定義見表１。

３．３ 邏輯圖模塊過程算法設(shè)計

４ 結(jié)語

本文針對智能電網(wǎng)中繼電保護裝置領(lǐng)域的測試問題，提出一套繼電保護裝置人工智能自動測試專家系統(tǒng)，為電網(wǎng)測試拓展了新的研究方向，解決了現(xiàn)場繼電保護裝置測試中工作效率低、測試數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一等問題，降低人工干預(yù)要求及規(guī)范數(shù)據(jù)格式的目的［６］，有效解決常規(guī)手動測試模式下檢測缺項、漏項等問題，大幅縮短測試工期，顯著提升測試過程的完整性和測試結(jié)果的可靠性，實現(xiàn)智能變電站繼電保護裝置規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、高效的閉環(huán)自動測試，在節(jié)約人力資源、降低智能站運維成本、提升供電可靠性等方面具有顯著的經(jīng)濟和社會效益。人工智能自動測試專家系統(tǒng)在電網(wǎng)的應(yīng)用勢必能推動繼電保護測試領(lǐng)域的技術(shù)水平產(chǎn)生質(zhì)的飛躍［７］。