（电气工程专业论文）通用变电站操作票系统的设计与开发.pdf

摘要 摘要 在变电站倒闸操作中，操作票使用频繁，对操作票的正确性和安全性有着极高的要求。微机 开票系统不仅能够提高操作票开票的正确率，还能缩短操作票的拟票时间，减轻了运行人员的工 作量，并保证了拟票及执行过程中的j ! i l 范化程度，为电网的安全稳定运行奠定了坚实基础。 本文针对当前已有的操作票微机开票系统在通用性、可维护性、智能性等方面需要提高的现 状，在国电南自的d s 3 0 0 0 调度自动化底层平台的基础上，开发出了一套基于间隔分析的通用操 作票系统。课题涉及到的主要内容有： ( 1 ) 研究了适用于多种接线方式的变电站间隔模犁，以及基于深度优先算法的拓扑搜索策 略，把变电站所有一次设备按照“间隔”归类整理。 ( 2 ) 在与底层平台完成对接的基础上，研究了适合本系统的知识表示方法。把变电站倒闸操 作涉及到的知识分成事实库知识和规则库知识两人类，并存放在数据库中，便于管理和应用。 ( 3 ) 提出了基丁间隔的少维护的变电站五防闭锁规则的自动生成方式，简化了对规则库的维 护。 ( 4 ) 提出了基于正向推理机制的操作序列生成方法，来实现一次操作序列，二次操作序列和 检查项目的自动生成，并且翻译成票面语言。 ( 5 ) 实现了基于h t m l ，j s p ，j a v a ，j a v a s c r i p t ，s v g ，a j a x 技术的b s ( b r o w s e r s e r v e r ， 浏览器服务器) 三层模式的多种开票方式。 关键词：操作票：间隔；b s ；正向推理 a b s t r a c t a b s t r a c t s w i t c h i n go r d e rs h e e t sa r ef r e q u e n t l yu s e di nt h ed a i l yw o r ko fe l e c t r i c a lp o w e rs t a t i o n s ，a n dt h e c o r r e c t n e s sa n ds e c u r i t yo ft h e ma r eh i g h l yd e m a n d e d 1 1 1 ec o m p u t e rb i l l i n gs y s t e mc a nn o to n l y i m p r o v et h ec o r r e c t n e s so f t h eg e n e r a t i n go p e r a t i n go r d e rs h e e t s ，b u ta l s os h o r t e nt h eg e n e r a t i n gt i m e t or e d u c et h ew o r k l o a do ft h eo p e r a t o r t h es y s t e me n s u r et h es t a n d a r d i z a t i o ni nt h ep r o g r e s so f g e n e r a t i n ga n de x e c u t i n g ，a n dl a yas o l i df o u n d a t i o nf o rt h es a f ea n ds t a b l eo p e r a t i o no fp o w e rg r i d s i nv i e wo ft h es t a t u st ob er e q u i r e dt oi m p r o v ef o re x i s t e ds y s t e m si nt h ea s p e c t s ，s u c ha sg e n e r a l ， m a i n t a i n a b i l i t y , a n di n t e l l i g e n c e ，t h i sp a p e rp r o p o s e san o v e lg e n e r a ls w i t c h i n go r d e rs h e e t ss y s t e m b a s e do ns p a c ea n a l y s e ，w h i c hi sa l s ob a s e do nt h ed s 3 0 0 0d i s p a t c h i n ga u t o m a t i o ns y s t e mo fs a c i s s u e sr e l a t e dt ot h em a i nc o n t e n t sa r e ： ( 1 ) 1 1 1 ea n t h e rs t u d yf o rt h es u b s t a t i o nm o d e lf o rt h ev a r i e t yo f c o n n e c t i o nm o d e s ，a sw e l l 硒 t h ea l g o r i t h mb a s e do nd e p t h - f i r s ts e a r c hs t r a t e g yo ft h et o p o l o g y , w h i c hc l a s s i f i e sa l lt h e p r i m a r yd e v i c eo ft h es u b s t a t i o na c c o r d i n gt ot h es p a c e ( 2 ) t h ea u t h e rt h i n k so v e rt h ek n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o nw h i c hi ss u i t a b l ef o rt h es y s t e mi n c o n n e c t i o nw i t ht h eu n d e r l y i n gp l a t f o r m t h ek n o w l e d g er e l a t e dt ot h es u b s t a t i o n s w i t c h i n go p e r t i o n gi sd e v i d e di n t ot w om a j o rc a t e g o r i e s ，t h ek n o w l e d g eo ff a c ta n dt h e k n o w l e d g eo fr u l e ，w h i c ha r ek e p ti nt h ed a t a b a s et ob em a n g e da n da p p l i e d ( 3 ) 1 1 1 ea u t h e ra l s op r o p o s e st h ea u t o m a t i cg e n e r a t i o no ft h ef i v ea n t i l o c k o u tr u l e sw i t h l i t t l em a i n t e n a n c eb a s e do ns p a c et os i m p l i f yt h em a i n t e n a n c eo ft h er u l eb a s e ( 4 ) am e t h o dt og e n e r a t i n go p e r a t i o ns e q u e n c eb a s e do nf o r w a r dr e a s o n i n gm e c h a n i s mi s p r o p o s e dt oa u t o m a t i c a l l yg e n e r a t et h es e q u e n c eo fp r i m a r yd e v i c eo p r a t i o n s ，s e c o n d a r y d e v i c eo p e r a t i o n sa n dc h e c ki t e m s ，a n da l s ot r a n s l a t et h e mi n t op a rl a n g u a g e ( 5 ) t h es y s t e mh a sa l r e a d yb e e na c h i e v e dw i t ht a k e nt h et e c h n o l o g i e so fh t m l ，j s p , j a v a ， j a v a s c r i p t ，s v ga j a x k e y w o r d s ：s w i t c h i n go r d e rs h e e t s ；s p a c e ；b s ；f o r w a r dr e a s o n i n g i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我 所知，除了文中特i i i i 以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得东南人学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同 志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 红脚 业 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和 电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内 容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被杏阅和借阅，可以公布( 包括以电子信息形 式刊登) 论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布( 包括以电子信息形式刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名： 第1 章绪论 1 1 立项意义 1 1 1 倒闸操作中的责任和注意事项 第1 章绪论 倒闸操作是电力系统日常j = 作中最为常见和普通的一项基本工作，电网中的电气设备分为运 行、备用( 冷备用、热备用) 、检修i 种状态，电气设备由于人为进行有序的变动由一种状态变 到另外一种状态的过程叫倒闸，围绕状态转换进行的操作叫做倒i 甲j 操作。它是电气设备状态的转 换、变更一次系统运行结线方式、继电保护定值调整、装置的启停用、二次回路切换、自动装置 投切、切换试验等所进行的操作执行过程的总称坦儿孔。 同时，倒闸操作又是一项极其重要的工作，随着电力工业快速发展，我国的电网规模和容量 日益扩大，倒闸操作的规范性和正确性，是保证电网安全和稳定的基础，也关系着工作人员的生 命安全，误操作町能造成全站停电甚至系统瓦解。倒闸操作是一项比较复杂的上作，既有一次回 路操作又有二次回路的操作，操作项目繁多，稍有疏忽，就会造成事故，因此，正确的倒闸操作 具有十分重要的意义。倒闸操作应该严格遵守规程制度，认真执行操作监护制度，正确实现电气 设备状态的改变和转换；保证发电厂、变电所和电网安全、稳定、经济地连续运行；保证用户的 用电安全不受影响。 为了减少误操作，除紧急情况及事故处理以外，交接班期间一般不安排倒闸操作；条件允许 时，一切重要的倒闸操作应尽可能安排在负荷低谷时进行，以减少对电网和用户用电的影响。 电气设备倒i 甲j 操作的任务为： ( 1 ) 设备的四种运行状态的互换，例如设备停送电、备用转检修等。 ( 2 ) 改变一次回路运行方式，如“倒母线”、改变母线的运行方式、改变中性点接地状态、调整 变压器分接头等。 ( 3 ) 接地线的装设和拆除、接地刀闸的拉合。 ( 4 ) 继电保护和自动装置的投入、退出和改变定值。 ( 5 ) 事故或异常处理。 ( 6 ) 其他操作，如冷却器停启、蓄电池充放电等。 倒闸操作前考虑的事项： 1 改变后的运行方式是否正确、合理和可靠。 ( 1 ) 确定运方时，应优先采用运规中规定的各种运行方式，使电气设备及继电保护尽町能处在最 佳状态运行。 ( 2 ) 制定临时运行方式时，根据以下原则：保证设备出力、满发满供，不窝出力、不过负荷； 保证运行的经济性、系统功率潮流合理，机组能够较经济得分配负荷：保证短路容量在 许可范围内；保证继电保护及自动装置正确运行及配合：厂用电可靠；运行方式灵活， 操作简单，处理事故办便。 2 严格把关，防止误送电。因此，务必遵守以下要求： ( 1 ) 送电的设备及系统上，不得有人工作，工作票全部收回。 ( 2 ) 设备务必具备以下运行条件：发电厂或者变电所的设备送电，线路及用户的设备必须具备 受电条件；一次设备送电，相应的二次设备( 控制、包含、信号、自动装置等) 应处于备 用状态；防止下错令，将检修中的设备误接入系统送电。 3 进行事故预想。 1 东南人学硕上学位论文 1 1 2 倒闸操作基本步骤及应填入操作票中的内容 所有电气倒闸操作。均必须严格按照以下十二项步骤执行。 ( 1 ) 预受操作任务，明确操作目的； ( 2 ) 填写操作票； ( 3 ) 审票人审票，发现错误应巾操作人重新填写； ( 4 ) 监护人与操作人相瓦考问和预想； ( 5 ) 调度正式发布操作指令： ( 6 ) 模拟预演； ( 7 ) 正式操作，逐项勾票； ( 8 ) 全面复查，核对图板； ( 9 ) 向调度汇报操作仟务完成并做好记录，盖“已执行”章： ( 1 0 ) 复查、评价、总结经验。 依据电气设备倒闸操作规范，以下内容应作为单独的项目填入操作票内： ( 1 ) 拉、合断路器。 ( 2 ) 拉、合闸刀。 ( 3 ) 为了防止误操作，在操作前对有关设备的运行位置所必需进行的检查项目，并应做到在检查 后市即进行操作。对于其它操作项目，在操作后检查操作情况足古良好，可不作为单独的 项目填写，而只要在该项操作项目的后面注明，单检企后必须打“勾”。 ( 4 ) 验电及装设、拆除接地线的明确地点及接地线的编号( 拉、合接地闸刀的编号) ，其中每处 验电及装设地线( 含接地闸刀) 应作为一个操作项目填写。 ( 5 ) 检修结束后恢复送电i j ，对送电范围内是否有遗留接地线( 接地闸刀) 等进行的检查。 ( 6 ) 两个并列运行的回路当需停下其中一【旦i 而将负荷移至另一回时，操作前对另一回路所带负荷 及回路情况进行检查。 ( 7 ) 取下、放上控制必路、电压互感器凹路保险器。 ( 8 ) 切除保护叫路压板和用专用高内阻的电压表检验出口压板两端无电压后投入保护压板。同时 切除和投入多块压板可作为一个操作项目填写，但每投、切一块压板时应分别打“勾”。 ( 9 ) 投入、切出同期开关。 ( 1 0 ) 设备二次转( 切) 换开关、方式选择开关的操作。 ( 1 1 ) 一次设备倒排，相应电压叫路的切换操作。 ( 1 2 ) 微机保护定值更改后，核对定值是俞正确。 1 1 3 操作票系统在变电站倒闸操作中应用的意义 随着电力科学的进步，电网建设规模不断扩大，电网接线愈加复杂，加之相应新设备的不断 投运，调度员的业务素质要求越来越高，工作压力和上作强度也越来越大。 当前变电站的运行管理正由经验型向逻辑型、智能型提升，随着运行值班人员的减少和运行 自动化水平的不断提高，操作票的自动生成一直是现场运行人员非常关心和需要的功能，如果开 发一种智能系统能自动生成操作票，并带有模拟培i 1 1 l 功能和操作票流程管理功能，用来减轻运行 人员的劳动强度和精神压力，提高开票正确性和规范性，是非常适合当前电网运行需要的。另一 方面，在电力系统的两大发展趋势中变电站综合自动化和配电网自动化，调度操作票自动生 成系统都将是必不可少的一部分。目前我国电力系统l l o k v 无人值班变电站已经形成一定规模， 2 2 0 k v 、5 5 0 k v 无人值班变电站也有投入运行，变电站的信息由就地采集和利用的分散方式，逐 步向远程、共享方式发展，信息的处理和变电站的运行也趋向集中和智能化，因此，在自动化程 度较高的值班变电站集控中心实行操作票多站管理系统势在必行。 2 第1 章绪皓 现代计算机技术发展口新月异作为人智能技术之一的专家系统在许多专业领域的应用越 来越广泛，技术日臻完善，许多变电站和发电厂实现了监控、自检、远传等综合自动化功能，能 够克分发挥信息宴时化的作用，这三，j 面都为变电站操作票自动生成系统的开发和应用1 现场提 供了强大的技术支持。将操作栗开票这项繁琐的、经验性很强的工作交给计算机自动实现，对提 高电网安全稳定运行水平和减轻值班员工作压力，提高j = 作效率无疑有着重要意义。 114 操作票系统研究状况综述 国外关于倒闸操作票管珲系统的研究较少，涉及的问题较为简单，操作种类较少，操作过程 仅考虑一敬设各的顺序，小涉艟保护压板与自动装置的投退与调整，实现挂术较为简单。而且国 外多侧蕈于事故后恢复操作的研究。围外较早的操作票专家系统是 本t a k a s h i a b e 等人开发的 v i r g o 系统”它以“类于类”这种辰次关系柬建市变电站模型，采用知识表述语言k d l 实 现操作任务仅限于四种：停电、送电操作，并列、单独运行。涉及的电气设各类型也h 有母线、 变压器和线路而且形成的操作亲中不涉厦保护压板的投退和安全自动装置的运行管理。 美国学者n o e lns c h u l z 博士等针对设备操作有时是遥控，有时是下动的特点，将它列为一 个估价条件，利用专家系统米产生断路器、线路、变压器的操作设备顺序内容5 。该文利用模板 结构，将变电站设备仆成便于搜索和排序的断路器设备、母线、变压器、其它节点、电抗器_ 手口测 量装置几部分。此特点是考虑了设备的物理电气相连因素，以及系统潮流和安全分析的数据。不 足是h 能牛成断路器设备、线路、变压 = 的一次设备操作内容，对二次设备只考虑了椅奇项和操 作电源保i 琏；投有叫确独立的操作规则库，操作规则的形成是通过程序定义的；操作任务小独立， 只有程序规定的几种。 国内对于操作票系统的研究较为活跃从8 0 年代中期一些曲校和科研院所先后开发了针对 不同电厂、变电站和地区调度的操作祟专家系统主要类型有： 1 计算机辅助型 将原有的手工开票改为用计算机辅助文字编辑t 具的形式，再打日j 输出。返是微机辅助的基 础形式，但屉町以使人感觉到微机辅助扦票的明显优势，易于修改，且形式美观统一。 2 查询开票方式 这类系统把现场的典掣操作票以数槲库的形式存放。开发出对数据库内容进行管理的维护半 台能埘操作任务进行分类、存储、榆索。输出每个操作任务的操作内容以整张票的方式用史本 形，e 进行存储，操作人员通过选择分类榆索方法，就能调出相应的协史票并对其进行编辑、修改 从而生成相应的操作票内容。这在早期开发的操作票专家系统和现在投运的m i s 系统中较为常 见。这种方式的缺点是没有与领域专家的昴骑知识结合起束，不能在现场的实时状态下拟票其 拟票的过程就是查询数据库的过程是一种纯静态的开票方式。 3 冈形棱柱系统 以变电站接线图作为用户界面，操作人员通过鼠杯逐项点击图上相应的电气元件完成开票过 程，每点击个元件可咀牛成条操作指令。在操作某一步骤时，如果操作人员点击元件的顺序 违反了安全操作规程，系统就会自动报警，提示发牛的错误信息，而不生成返条错误的指令。此 共系统的特点是： ( 1 ) 操作界面模仿电力系统次接线图，具有直观、逼真的操作效果。 ( 2 ) 图形功能强大，引进图形化拓扑结构来描述变电站设备。 ( 3 ) 用形式化的操作票语言来描述操作规则或者用一种数学模型米描述设备的倒闸操作规则。 ( 4 ) 利用上述建屯的规则束校投操作人员的操作是行正确，具有一定的防止设备误操作的能力， 适台于现场培训调度人员，是一种广泛应用的模拟培训系统。 这种方法水属于专家系统，它对变电站设备的拓扑连接进行了研究。侧重的是校核操作步骤 是青违反操作规程，而卟涉及操作内容的自动生成，并且由于电力系统二次设备的操作具有很强 东南人学硕士学t i ) = 论文 的习惯性，使得此类系统很难做到通用性。 4 基于面向对象技术方式 此类系统由于运用面向对象技术的不同又可分为用于开发图形编辑界面和用于专家系统的 知识表示2 种。 ( 1 ) 用于开发图形编辑界面。此系统的做法是把系统一次接线图中的所有电气组件分别抽象成各 个类，为了作图的方便，从图形学的角度出发，在各个类中定义了与作图有关的属性和成员 函数。 ( 2 ) 用丁二专家系统的知识表示。这种专家系统的知识表示和推理机中也用到了面向对象技术。它 把变电站中所有的一次设备按类型分别抽象成各种类，如母线抽象为b u s 类、断路器抽象为 b r e a k e r 类，冉找出母线、断路器等各个类的共i 司属性，如所属变电站名称、电压等级、编 号等，从向抽象出了这些类的基类称为元件e l e m e n t 类。由f 断路器的种类不同，又从断路 器类中派生出线路断路器、旁路断路器和变压器断路器3 个子类，变压器再派生为两卷变压 器和一卷变压器等。现有的面向对象专家系统只是把所有电气设备都抽象成类，这样的知识 表示没有完全发挥出面向对象技术的优良特性，并不完全适合推理的进行，开发出的系统维 护性差。 1 2d s 3 0 0 0 调度自动化系统 d s 3 0 0 0 调度自动化系统足同电南京自动化股份有限公司在总结同内外先进调度自动化系统 运行经验的基础上，推出的新一代跨u n i x 和w i n d o w s 操作系统平台的调度系统，包括通用半台 系统、s c a d a 系统和p a s ( 电网高级分析软件) 系统组成。 d s 3 0 0 0 调度自动丰站化系统完全基于i e c6 1 9 7 0c i m c i s 进行设计开发。，实现了跨软、 硬件平台，并且实现了s c a d a e m s d m s t m r 的一体化平台建设刊j 1 ，电力企、l k 只需要在相同平台 下增加小同的软件模块，即可实现电嗍能量管理、电能量计量管理、配网自动化管理等众多功能， 避免了罩复投资，在软件应用层达到“即插即用”。另外d s 3 0 0 0 系统还提供标准的a p i 接口， 可以访问实时库，历史库，与第三方系统软件完全兼容，实现了整个企业的信息共享。 d s 3 0 0 0 采用持续开放的通用网络平台，即s u p e r o p e n 平台的设计，运用c 1 i e n t s e r v e r 结 构，强调中间件设计模式，由此形成的网络级中性服务f 台仅服务于客户请求的中性数据，而无 需考虑数据的应用。这不仅丰富了系统服务定义的内涵，且为电力食业不断扩大的各部门系统网 的i n t r a n e t 及与外层i n t e r n e t 的自适应网络瓦联带来了潜在效能，使用者可自行灵活定义拓广 的应用，并自动接入系统及与系统通信。通用平台将上层应用和底层支撑隔离开，同时为上层应 用提供一种开发和运行的环境，为系统的高效稳定运行提供可靠保障。 通用甲台提供冗余网络自动切换、节点服务热备用、实时数据流刷新等功能，强大而灵活的 设计不仅满足了调度自动化的需要，还满足配1 ) ) 9 自动化、电能量采集管理系统等小同应用系统的 需要。 d s 3 0 0 0 的图模一体化功能实现主要依靠其图形编辑器g d e s i g n ，它采用了q t 开发甲台开发 的跨甲台界面。g d e s i g n 图形编辑器适用于电力系统的显著优点在于构i m i 电气接线图的同时，可 以完成与数据库的连接，实现电气设备数据参数的生成。通过对定制图元的使用，能自动完成节 点模型牛成，真正实现图模库一体化憎。 1 3 本论文的主要工作 ( 1 ) 研究了适用于多种接线方式的通用变电站问隔模型，以及基于深度优先算法的拓扑搜索 策略，把变电站所有一次设备按照“日j 隔”归类整理。 ( 2 ) 在与d s 3 0 0 0 底层平台完成对接的基础上，研究了适合本系统的知识表示方法。把变电 4 - 第1 章绪论 站倒甲j 操作涉及到的知识分成事实库知识和规则库知识两大类，并存放在数据库中，便j ：管理和 应用。 ( 3 ) 提出了基于问隔的变电站五防闭锁规则的自动生成方式，简化了对规则库的维护。 ( 4 ) 提出了基于正向推理机制的操作序列生成方法，来实现一次操作序列，二次操作序列和 检查项目的自动生成，并且根据电网操作语言的特点，翻译成票面语言。 ( 5 ) 实现了基十h t m l ，j s p ，j a v a ，j a v a s c r i p t ，s v g ，a j a x 技术的b s ( b r o w s e r s e r v e r ， 浏览器服务器) 三层模式的多种开票方式。 5 东南大学硕上学位论文 2 1 专家系统 2 1 1 专家系统及其发展 第2 章总体设计方案的选择 专家系统是这样的一个系统【10 。j 。挖1 ： ( 1 ) 专家系统处理现实世界中提出的需要由专家来分析判断的复杂问题。 ( 2 ) 专家系统利用专家推理方法的计算机模型米解决问题，并且如果专家系统所要解决的问 题和专家要解决的问题町相比较的话，专家系统应该得到和专家相同的结论。 专家系统是人上智能应用领域的一个重要分支。一方面它是人工智能的理论和方法( 如知识 表示、搜索策略) 的应用环境，另一方面它的研究和发展又不断丰富和发展了人工智能学科。它 的模式识别、智能机器人一起被列为人工智能发展的三大前沿课题。电力系统中有不少问题需要 依靠领域专家( 规划、设计人员，调度运行人员等) 米解决，有的是依靠专家经验求解，也有的 是基于经验削断与基于数值分析办法得到的结果融为一体来解决。 建立专家系统的日的在于： ( 1 ) 为了传播珍贵的成本高的专门知识。培养和雇佣专家费用昂贵，并且在很多场合专家的 数量很少，远不能满足实际需要。这时我们希望有专家系统米汇集复现专家的知识。 ( 2 ) 使专家知识形式化。 ( 3 ) 汇集各种米源的知识。 专家系统产生于6 0 年代中期，虽然至今仅有3 0 多年的历史，但发展的速度是相当惊人的。 7 0 年代中期以前的专家系统，其数据信号人都属解释型和诊断璎，处理的问题基本上是町分解的。 7 0 年代后期，在专家系统向纵深发展的实践中，对知识的自动获取、系统与知识的独立性、系统 的通用性等方面做进一步研究，出现了一批专家系统开发工具，如e m y c i n ，o p s 等，大大缩短 了专家系统的研制周期，为专家系统向更多领域发展以及走向实用化提供了条件，是专家系统的 又一大进展。 2 1 2 专家系统的组成 实用的专家系统的基本结构，由六部分组成：知识库、推理机、咨询解释、知识获取和人机 接口，如图2 1 所示。其中知识库和推理机是核心部分。 6 第2 章总体设计方案的选择 用户专家 人机接口 | 知识获取推理j 6 r咨询解释 j i知识库l 图2 - i 专家系统结构 ( 1 ) 知识库 存放系统求解问题所需要的领域专门知识。知识获取过程中获得的专门知识，以适当的知识 表达式和结构形式1 竽入知识库中。一个专家系统性能的高低，决定于知识库中知识的完善程度和 良好的组织结构。它是开发专家系统的一项最关键的工作。知识库具有存储、检索、修改等功能。 ( 2 ) 推理机 它是一组程序，用来控制、协调整个专家系统的工作。根据数据库中的信息，利用知识库中 的知识，按一定的推理策略去解决所研究的问题。推理机由具有向知识库添加新内容或删去旧内 容的功能。 为了保证专家系统的透明性和灵活性，应力求知识库和推理机相分离，以免知识的修改引起 推理机的变动。 ( 3 ) 知识获取 知识获取部分也称为学习功能。它为知识库的建立、修改知识库中已有的知识和扩允新的知 识提供手段。在专家与系统交互过程中，发现需要修改、删除或增加的知识及| 1 1 此引起的一切必 要的改动，都要利用这部分。它足保证系统灵活性的必要部分。直接影响系统的牛命力。 ( 4 ) 咨询与解释 负责对推理出的结果做出必要的解释，以便向用户说明推理过程，使用户容易接受推理的结 果，同时也有利于新手向专家系统学习和为用户维护和管理专家系统提供方便。 ( 5 ) 人机接口 为了使用方便，大多数专家系统有人机接口。人机接口负责吧用户熟悉的信息表示手段( 如 自然语言、表格、图形) ，转换成内部表示形式，再交给各相应的组成部分去处理。 专家系统输出的警告、确认等信息也由人机接口转换成用户能理解的形式显示给用户。 2 1 3 专家系统在操作票系统中应用的意义 尽管计算机的离线与在线应用取得了卓有成效的进展，解决了电力系统中的大最重要问题。 但是在电力系统中仍有不少问题需要依靠领域专家( 规划、设计人员，调度运行人员等) 来解决， 有的是依靠专家经验求解，也有的是将基于经验的判断与基于数值分析方法得到的结果融为一体 来解决的。主要是由于以下原因： ( 1 ) 有些问题目前还不呵能建立精确的、贴切反映实际的数学模型、包括反映它的约束条件等： 7 - 东南大学硕士学位论文 ( 2 ) 由于问题的规模和复杂性太大，即使有大型计算机也难以在时域内得到完全基于数值计算的 解： ( 3 ) 人类专家所采用求解问题的方法有些不能用算法或数学形式来表示，他们的经验来自于知识 的积累：来自于心灵深处的体验，是启发式的、直觉的。 由以上看出，专家系统弥补了单纯靠数学求解的小足，它能解决某些传统数学方法求解难以 或不能解决的问题。专家系统的应用是应运而牛的。 从求解方法上来分析，传统的求解方法是基于控制理论、数学规划、建模与仿真。它们是数 值计算，计算机丰要用来处理数字。而专家系统用以处理符号，引人了判断、推理、决策等功能。 控制理论和数学规划技术的应用都是把电力系统的问题表示成多维空间，前者是微分方程和 差分方程求解，后者则是线性和非线性代数方程求解；而专家系统也可把问题表示成状态空间与 问题空间。它与前者的差别是，它不仅仅反映数字，丰要反映知识，且可表达不确定性知识。 倒闸操作的步骤中包含很多启发性规则和相当一部分习惯及经验，很难建市准确的数学模型 以采用传统的数值方法实现其自动牛成。而专家系统是一种弱求解方法，用人类专家水平解决该 领域中难以用精确数学模型表示的网难问题的计算机程序，适用于解决经验性、逻辑性强的问题， 所以专家系统在操作票系统中大量应用。 专家系统在操作票系统应用中的蕈要意义在于： ( 1 ) 汇集了有经验领域专家的知识和经验，确保了操作票的正确性并从而保证了电力系统操作的 安全性； ( 2 ) 改进与提高了操作票的清晰度与规范化，提高了开票的速度，有利于操作票的存取和管理， 因而提高了效益； ( 3 ) 解除了运行人员过多的重复劳动，从而使他们有精力处理较复杂的运行问题； ( 4 ) 操作票专家系统相对于紧急控制、恢复控制等专家系统较易于实现，且前者是实现后者的基 础。故以此作为专家系统在电力系统中应用的突破口，有利于累积知识工程师和领域专家合 作的经验：为探索专家系统在电力系统运行中的进一步应用创造有利条件。 2 2 系统软件设计 2 2 1 软件主体方案选择 b s ( b r o w s e r s e r v e r ) 结构即浏览器和服务器结构。它是随着i n t e m e t 技术的兴起，对c s 结构的一种变化或者改进的结构。在这种结构下，用户工作界面足通过w w w 浏览器来实现，极 少部分事务逻辑在前端( b r o w s e r ) 实现，但是丰要事务逻辑在服务器端( s e r v e r ) 实现，形成三 层结构。这样就大大简化了客户端电脑载衙，减轻了系统维护与升级的成本和工作量，降低了用 户的总体成本( t c o ) 。 操作票w e b 管理系统的实现足建市在b s 三层结构模型之上。三层结构包括数据库层、业务 逻辑层、客户端表示层，如图2 2 所示。 一8 一 第2 章总体设计方案的选择 用户客户端 w e b 浏览器 操作系统 弼型 赡 宦 7 、 w e b 服务器 w e b 服务器 j a v a 虚拟机 操作系统 餐毯 赡蜃 7 数据库服务器 数据库管理系统 操作系统 a p a c h et o m c a t 图2 2 操作票系统二层结构 在这三层结构中，数据库服务器位于最底层，它主要提供数据的来源以及接受w e b 服务器的 访问请求，采用商用的o a r c l e 数据库；w e b 服务器位于中间层，它主要提供业务逻辑服务，接收 浏览器传来的请求，并进行处理，然后将处理的结果以h t m l 形式发送给浏览器，采用a p a c h e 的t o m c a t 服务器和j s p 技术；用户客户端位于最上层，主要提供与用户交互的界面，用户可以 在动态页面中输入请求，然后向从w e b 服务器提交请求，采用i e 6 0 以上版本的浏览器。 2 2 2b s 模式与c s 模式比较 传统的操作票系统都是采用c s ( c l i e n t s e r v e r ，客户栅服务器) 两层架构，服务器端上要 运行数据库，数据库中存放操作票系统所需的所有数据。客户机端通过安装客户端软件，配置环 境后与服务器端相连“。 b s 结构，即b r o w s e r s e r v e r ( 浏览器服务器) 结构，是随着i n t e m e t 技术的兴起，对c s 结 构的一种变化或者改进的结构。在这种结构下，用户界面完全通过浏览器实现，一部分事务逻辑 在前端实现，但是主要事务逻辑在服务器端实现，形成所谓的三层结构。b s 结构，主要是利用 了不断成熟的浏览器技术，结合浏览器的多种脚本语言( v b s c r i p t 、j a v a s c r i p t 等) 和a c t i v e x 技 术，用通用浏览器就实现了原来需要复杂专用软件才能实现的强大功能，并节约了开发成本，是 种全新的软件系统构造技术。显然b s 结构应用程序相对于传统的c s 结构应用程序将是巨大 - 9 - 东南人学硕上学位论文 的进步。 b s 结构大多采用星形拓扑结构建市企、i k 内部通信网络或利用i n t e m e t 虚拟专业网( v p n ) 。 前者的特点足安全、快捷、准确。后者则具有节省投资、跨地域广的优点，须视企业规模和地理 分布确定。企、i k 内部通过防火墙接入i n t e m e t ，并且整个网络采用t c p i p 协议。c s 是建市在局 域网的基础上的b s 是建立在广域网的基础上的。c s 与b s 区别： ( 1 ) 系统维护不同 系统维护是软件生存j 青| 期中最重要的部分之一。c s 程序r f l 于整体性，必须整体考察、处理 出现的问题以及系统丁i 级。b s 采用构件组成，方便构件个别的更换，实现系统的无缝升级。系 统维护开销减到最小，用户从网上自己下载安装就可以实现升级。系统升级只需要在服务器上进 行即可。 ( 2 ) 对安全要求不同 c s 一般面向相对固定的用户群，对信息安全的控制能力很强。一般高度机密的信息系统采 用c s 结构适宜。可以通过b s 发布部分可公开信息。b s 建立在广域网之上，对安全的控制能 力相对弱，面向的是小可知的用户群。 ( 3 ) 对程序架构不同 c s 程序可以更加注重流程，可以对权限多层次校验，对系统运行速度可以较少考虑。b s 对安全以及访问速度的多重的考虑，建立在需要史加优化的基础之上，这些都比c s 要求高。b s 结构的程序架构是发展的趋势，m i c r o s o f t 的n e t 系列的b i z t a l k2 0 0 0 和e x c h a n g e2 0 0 0 全面支持 网络的构件搭建的系统：s u n 和i b m 推的j a v a b e a n s 构件技术，使b s 更加成熟。 ( 4 ) 软件重用不同 c s 程序对整体性要求极高，构件的蕈用性小如在b s 要求下的构件的重用性好。b s 采用 多蕈结构，要求构件相对独立的功能，具有很好的蕈用性。 ( 5 ) 用户接口不同 c s 多足建立的统一操作系统平台上，表现方法有限，对程序员普遍要求较高。b s 建立在 浏览器上，有更加丰富和牛动的表现方式与用户交流。并且实现难度小，开发成本低。 针对于操作票系统应用于电力系统内部局域网的实际情况，并为了降低开发和维护难度，本 文选择了基于b s 模式的系统结构。 2 3 软件设计方法 本系统开发采用了界面开发与底层数据处理分离的方式。界面开发应用了j s p 语言，底层数 据处理采取了j a v a 语言。 2 3 1j a v a 语言 1 9 9 5 年，美国s u nm i c r o s y s t e m s 公司正式向i t 业界推出了j a v a 语言，该语言具有安全、跨 平台、面向对象、简单、适用于网络等显著特点，当时以w e b 为丰要形式的瓦联网正在迅猛发展， j a v a 语言的出现迅速引起所有程序员和软件公司的极大关注，程序员们纷纷尝试用j a v a 语言编写 网络应用程序，并利用i ) c ) 9 络把程序发布到世界各地进行运行。包括i b m 、o r a c l e 、微软、n e t s c a p e 、 a p p l e 、s g i 等大公一j 纷纷与s u nm i c r o s y s t e m s 公司签订合同，授权使用j a v a 平台技术。使用j a v a 就意味着只有j a v a 源代码需要维护，只要将其编译成字节码就可以在各种平台上运行。程序员首 先使用i a v a 编辑器把j a v a 源代码编译成宁节码。这些字节码是二进制的，并且是与甲台无关的。 再根据运行甲台，通过运行环境的解释就可以在特定平台上运行了j 副。 1 0 弗2 幸总件设计方寨的选择 函 图2 - 3 i 州a 调用过程 j a v a 的简单首先体现在精简的系统上，力图用最小的系统实现足够多的功能；对硬件的要求 币高。在小型的计算机上便可以良好的运行。和所有的新一代的程序设计语言一样j a v a 也采用 了面向对象技术并更加彻底。所有的j a v a 程序和a p p l e t 程序均是对象，封装性实现了模块化和信 息隐藏继承性实现了代码的复用，用户可以建立自己的类库，而且j a v a 采用的是相对简单的面 向对象技术，去掉了运算符重载、多继承的复杂概念，而采用了单一继承、类强制转换、多线程、 引用( 非指针) 等方式。无用内存自动回收机制也使得程序员不必费心管理内存，是程序设计更 加简单同时大大减少了出错的可能，也增加了j a v a 的鲁棒性。j a v a 语言采用了c 语言中的大部 分语法。 在经历了以大型机为代表的集中计算模式和以k 机为代表的分散计算模式之后，互联网的 出现使得计算模式进入丁网络计算时代。网络计算模式的一个特点是计算机是异构的，印计算机 的类型和操作系统是不一样的，倒如s u n 工作站的硬件是s p a r c 体系，软件是u n i x 巾的s o l a r i s 操作系统。而p c 机的硬件是i n t e l 体系，操作系统是w i n d o w s 或者是l i n o x ，因此相应的编程 语言基奉上h 是适用于单机系统。例如c o b o l 、f o r t r a n 、c 、c + + 等等：州络计算模式的 * 一个特点是代码可阱通过网络在各种计算机上进行迁移这就迫切需要一种跨甲台的编程语 言，使得用它编写的程序能够在网络中的各种计算机上能够正常运行，j a v a 就是在这种需求下应 运而生的。正是固为j a v a 语言符合了互联嗍时代的发展要求，才使它获得了巨大的成功。 而国电南自的d s 3 1 0 0 系统正是具有跨软硬件平台的系统因而建立在其上的岛级应用 操作票系统也务必是跨平台的系统而j 啪语言开发的系统完全能够满足开发需求。 2 3 2j a v a s c r i p t 语言 j a v a s c r i p t 是一种基十对象( o b j e c t ) 和事什驱动( e v e n td r i v e n ) 的井具有安全性能的脚本 语言，使用它的目的是与h t m l 超文本链接标记语言、j a v a 脚本语言( j a v a 小程序) 一起实现 在个w e b 页面中链接多个对象、与w e b 客户交互作用从而可以开发山客户端的应用程序。 j a v a s c d p t 是通过嵌八或调 在标准的h t m l 语言中实现的它的山现弥补了h t m l 语言的缺陷， 是l a v a 与h t m l 折衷的选择。 j a v a s c r i p t 具有咀下几个基本特点： i ) 脚本语言；i 可其他脚本语言一样j a v a s n r l p t 也是一种解释语言。提供了一个容易的开发 过程 2 ) 简单性：j a v a s e d p t 是一种基j j a v a 基本语句和控制流之上的简单呵紧凑的设计，从而对 1 哗习j a v a 是一种非常好的过渡。其次它的变最类弛采取弱类型片未使用严格的数据类型： 3 ) 安全性：j a v a s c r i p t 是一种安全性语言它不允计访问本地的硬盘_ j l = 不能将数据存 到 服务器上，不允许对网络文档进行修改和删除，只能通过浏览器实现信息浏览或者动态交互，从 商有效得防i i ：数据的丢失： 4 ) 动态性：j a v a s c r i p t 町咀直接对用户输入做山响应，无需经过w e b 服务器。它对用户的反 东南人学硕上学位论文 映响应，是采取以事件驱动的方式进行的。所谓事件驱动，指丰页( h o m ep a g e ) 中执行了某种 操作的动作，就称为“事件”( e v e n t ) 。例如按下鼠标、移动窗口、选择菜单等都可以视为事件， 事件发生后可以引起相应的相应事件； 5 ) 跨| 甲台性：j a v a s c r i p t 依赖于浏览器本身，与操作系统无关。正确执行j a v a s c r i p t 的要求 仅为能运行浏览器的计算机和支持j a v a s c r i p t 的浏览器。而事实上，该语言的通用核心已经嵌入 到了n e t s c a p e 、i n t e m e te x