（电力系统及其自动化专业论文）全网一体化智能防误操作票系统集控及厂站部分的研究.pdf

声明尸明 i i i l l l l l l l l r l l l l i i i i l l l f l l l l l l l l l l l l l l l j l l l f l l l l l p y 17 8 5 5 9 8 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文全网一体化智能防误操作票系统集控 及厂站部分的研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的 研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教 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。 学位论文作者签名：遂曼鸱 日 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的。复制赠送和交换学位论文：同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：丝窆丝导师签名： e l期：竺z ：丝：型e l 期： 乏至乡 立啦2 钐 华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 操作票制度是电力生产管理部门为了保证电网经济、安全稳定运行而采取 的一种重要组织措施。针对目前操作票专家系统在智能性、通用性、易维护性 等方面需要提高的现状，本文综合运用平台化思想设计软件，采用客户端, i l l 务 器模式组织结构，开发出全网一体化的智能防误操作票系统的集控站、变电站 部分。通过用面向对象的方法进行知识表示，使得电力设备的模型更完善，更 通用；并通过拓扑分析的方法进行推理机的设计，使系统更具智能性。通过这 些新技术的引用使整个系统更加完善，由此提高了智能操作票专家系统的性能。 关键词：操作票，平台化，面向对象，拓扑分析，智能防误 a b s t r a c t o p e r a t i o no r d e re x p e r ts y s t e m i sa ni m p o r t a n tm e a s u r eb yw h i c ht h e m a n a g e m e n td e p a r t m e n to fp o w e rs y s t e mm a i n t a i n st h ee c o n o m i c a la n ds a f ew o r k o fp o w e rs y s t e m i nv i e wo ft h en e c e s s i t yf o rf u r t h e ri m p r o v e m e n to ft h ee x i s t i n g o p e r a t i o no r d e rs y s t e m ( o o s ) w i t hr e s p e c tt ot h ei n t e l l i g e n c e ，v e r s a t i l i t y , e a s y m a i n t e n a n c ea n ds oo n ，t h i sp a p e ri n t e g r a t e du s eo fp l a t f o r m - b a s e dd e s i g ns o f t w a r e i d e a s ，u s i n gac l i e n t s e r v e rm o d e lo r g a n i z a t i o n a ls t r u c t u r e ，d e v e l o p e de n t i r en e t w o r k i n t e g r a t ei n t e l l i g e n ta n t i - e r r o ro p e r a t i o no r d e rs y s t e mf o rc e n t r a l i z e dc o n t r o ls t a t i o n ， t r a n s f o r m e rs u b s t a t i o ns e c t i o n b yu s i n go b j e c t - o r i e n t e da p p r o a c ht ok n o w l e d g e r e p r e s e n t a t i o n ，m a k i n gt h em o d e lo fe l e c t r i c a le q u i p m e n tb e t t e r , m o r eg e n e r a l ；b y u s i n gt h et o p o l o g i c a la n a l y s i sm e t h o dt ot h ed e s i g no fi n f e r e n c ee n g i n e ，m a k i n gt h e s y s t e mm o r ei n t e l l i g e n t t h r o u g hr e f e r e n c eo ft h e s en e wt e c h n o l o g i e st h ew h o l e s y s t e mm o r ep e r f e c t ，a n di m p r o v i n gt h e i rp e r f o r m a n c e y a ns h a o p e n g ( p o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f r e nj i a n w e n k e yw o r d s ：o p e r a t i o no r d e rs y s t e m ，p l a t f o r m b a s e di d e a ，o b j e c t - o r i e n t e d a p p r o a c h ，t o p o l o g i c a la n a l y s i s ，a n t i - e r r o r 华北电力大学硕士学位论文目录 目录 中文摘要 英文摘要 第一章引言l 1 1 课题研究的背景及意义l 1 2 国内外研究现状及存在问题2 1 3 操作票系统采用的新技术5 1 4 本文所做的工作8 第二章操作票专家系统的总体结构9 2 1 平台化思想的基本理论9 2 2 本系统业务平台的设计9 2 3 系统基础模块介绍1 5 第三章操作票系统的知识表示1 7 3 1 专家系统知识表示概述1 7 3 1 - l 知识表示1 7 3 1 2 面向对象技术的优越特性1 7 3 1 3 面向对象的表示方法1 8 3 2 电网资源的知识表示2 0 3 2 1 电网框架的知识表示2 0 3 2 2 电网设备的面向对象表示：2 1 3 2 3 二次设备的知识表示2 2 3 3 图形化知识的表示2 2 3 3 1 电网的拓扑表示2 2 3 3 2 电网知识的实时拓扑表示2 3 3 4 操作规则的知识表示2 4 3 4 1 一次设备操作规则2 4 3 4 2 二次设备操作规则2 5 第四章操作票专家系统的推理机制2 7 4 1 推理及搜索策略2 7 4 2 操作票推理机的设计2 9 华北电力大学硕士学位论文目录 4 2 1 推理机总体结构2 9 4 2 2 推理机各部分介绍2 9 4 2 3 推理机的实现方法3 0 4 3 推理机的具体实现3 1 4 3 1 一次设备的推理3 l 4 3 2 二次设备的推理3 3 第五章操作票专家系统的实现3 6 3 6 3 6 3 6 3 8 3 8 3 ； 3 8 3 9 3 9 4 1 4 ：! 4 ： 4 3 4 5 4 7 4 8 华北电力大学硕士学位论文 1 1 课题研究的背景及意义 第一章引言 现代电力系统的发展日新月异，运行操作也日益复杂，从而电网故障的影响也 愈益广大。而用户对供电可靠性和供电质量的要求却越来越严格，这就对电力系统 运行、操作人员和电力系统的自动化水平提出了更高的要求。一旦出现错误操作， 轻则引起非正常停电；重则造成人员伤亡和大型设备损坏的恶性事故。实际运行中 的电力系统，由于生产、检修等需要，经常要转换电气设备的运行状态或改变系统 的运行方式，这些都需要由一系列的倒闸操作来完成。它的内容繁多，而因电气设 备的误操作引起的事故在电力系统事故中占有相当大的一部分，对电网安全稳定运 行带来很大威胁，对电网设备及人身伤害极大。 电气操作票制度是我国电力系统运行管理中一种防止误操作的有效安全措施。 它要求运行人员具有丰富的运行经验，人脑中时刻装着整个系统的运行情况，根据 运行方式和电网实际运行情况来编写操作票。此外，操作票的填写要求非常严格： 字迹要清楚，不允许有错字、漏字，这使得运行人员在编写操作票时有很大的负担 和压力【i 】。传统的人工填票方式完全依靠人脑，费时费力，对于比较复杂的系统确 定某一操作任务相应的操作序列往往要花费很长的时间。而且，为保证操作票的正 确性，还需要反复核对。所以，不论从技术角度和安全等因素出发，还是从提高电 网的自动化管理水平而言，开发计算机自动生成操作票系统的意义都非常重大。它 将有助于提高电力系统的安全运行水平，获得极大的经济效益和社会效益。 而且随着电网的迅速发展，各级电力企业管辖的设备越来越多、电网的框架结 构变化的速度也越来频繁，传统的固定模拟屏已不能满足使用要求。从电力企业对 电网设备的操作控制分析，一般可以分为两层控制：一层是各级管辖调度范围的电 网设备操作及控制运行方式改变的调度命令票；另一层是各厂站端依据调度命令票 指令( 操作任务) 对本厂站端或控制区域厂站端设备进行操作详细步骤列出的厂站 倒闸操作票。在电力企业中一般设有生产管理部门，例如变电工区、生计科、安检 科等部门，实现的厂站端设备的维护、基建、操作等方面的管理、技术指导等监督 职能。目前对电网设备的操作控制两层是各负其责，通过管理制度约束、实时通讯 保持相互联系、电网调度自动化系统作为实时监控手段，保证电网设备操作控制正 确命令的执行。管理监督两级或多级部门之间是各负其责，通过管理制度约束、实 时通讯保持相互联系、下现场具体监督作为主要管理监督检查手段，保证间接辅助 支援电网设备操作控制正确命令的执行。从目前对电网设备操作票管理手段上分 析，可以明显看出缺少信息化有效手段，各级控制主依赖于人为责任心作为保障。 华北电力大学硕士学位论文 操作票专家系统通过获得电力系统专家丰富的运行经验和专业知识来模拟变电运 行人员的工作，编制软件进行智能防误。这不仅大大提高了开列操作票的速度，更 是大大提高了所开操作票的正确性、有效性，以此来提高电力生产的效率。随着计 算机网络技术、数据库技术、多媒体技术的发展，实现基于企业网、数据库技术实 现电网操作票信息共享功能，已不存在技术的问题。完全可以开发出一体化全网控 制的操作票系统来对企业这方面的不足给予弥补。 本课题将一体化的思想【2 。3 】应用到调度命令票和厂站倒闸操作票中，形成一体化 的操作票系统，来实现从省调、地调到变电站操作票系统的一体化管理及操作，极 大的提高了电网生产运行的效率和效益，使系统具有更高的智能型和通用性。本文 重点研究厂站端部分。 1 2 国内外研究现状及存在问题 随着上世纪5 0 、6 0 年代人工智能的兴起，专家系统的研究也逐渐活跃起来。 专家系统是运用特定领域的专门知识，通过推理来模拟通常由人类专家才能解决的 各种复杂的、具体的问题，达到与专家具有同等解决问题能力的计算机智能程序系 统。它能对决策的过程做出解释，并有学习功能，即能自动增长解决问题所需的知 识。几十年来，专家系统的理论和技术不断发展，应用渗透到几乎各个领域，包括 化学、数学、物理、生物、医学、农业、气象、地质勘探、军事、工程技术、法律、 商业、空间技术、自动控制、计算机设计和制造等众多领域，开发了几千个的专家 系统，其中不少在功能上已达到，甚至超过同领域中人类专家的水平，并在实际应 用中产生了巨大的经济效益。而专家系统在电力系统中的应用也逐渐广泛起来，尤 其是8 0 年代之后。其中最主要的就是操作票专家系统。 国外电网的安全系数很高，其对操作票专家系统的研究就很少，而且相对简单。 主要有：l 、日本t a k a s h ia b e 等人开发的v i r g o 系统h 1 ，它运用知识表示语言k d l 实现，而且仅限于停电、送电操作，并列、单独运行四种操作。涉及电气设备也很 少，并且不涉及保护压板的投退和安全自动装置的运行管理。2 、加拿大z z z h a n g 教授提出变电站三级分层建模的方案嘲，将变电站分成c o m p o n e n tl e v e l 、b r a n c h l e v e l 、n e t w o r kl e v e l 。该系统能根据功能、安全、最佳三个方面优化操作内容生 成，能对操作任务进行自动分解，采用启发式估价算法形成最佳操作路径。不足之 处在于任务分解时，认为任务只有负荷线、电源线、开关、母线等几种类型的设备 投入或者退出运行；规则库没有独立，没有涉及到二次设备的操作。3 、美国学者 n o e ln s c h u l z 博士等将设备操作时遥控，时手动的特点列为一个估价条件，利用 专家系统来产生断路器、线路、变压器的操作设备顺序呻1 。该文利用模板结构，将 变电站设备分成便于搜索和排序的开关设备、母线、变压器、其它节点、电抗器和 2 华北电力大学硕士学位论文 测量装置几部分。不足是只能生成一次设备操作内容，对二次设备只考虑了检查项 和操作电源保险；没有明确独立的操作规则库；操作任务不独立，只有程序规定的 几种。 国内对操作票专家系统的研究相对活跃，所取得的成果也较多。从8 0 年代中 期一些高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票专家 系统口啪】。纵观国内操作票专家系统，以其开发手段为线索，大致的发展历程如下。 ( 1 ) 原始型 这是利用微机产生操作票内容最简单的形式。只是将原来手写操作票改为机打 操作票。其简单易实现，但是字迹清晰、易于修改给运行工作人员带来很大方便。 ( 2 ) 典型票型呻1 将典型票内容以数据库形式存放。每个操作任务的操作内容以整张票的方式用 文本形式进行存储，工作人员通过分类检索方法，调出相应的典型票进行编辑修改， 生成相应的操作票。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，是现场生成操作票的一种比较普遍的方法。但没有推理过程，不具有智能性； 并且各地的典型票不可能完全相同，不具备通用性。从概念上讲，( 1 ) 、( 2 ) 仅是利 用微机管理操作票内容，还谈不上是专家系统。 ( 3 ) 图形校核型n 们 以系统一次接线图作为用户界面，运行工作人员通过点击图上相应的电气元件 形成操作命令项，以此依次完成开票过程。在操作时，如果点击元件的顺序违反了 安全操作规程，系统就会自动报警，提示发生的错误信息，并且不生成这条错误的 指令。此类系统建立操作规则，以此来校核操作是否正确，有一定的防误操作的能 力，适合于现场培训，是一种广泛应用的模拟培训系统。 但这种方法尚不属于专家系统，它探索了校核操作步骤是否违反操作规程，而 不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的习惯 性，使得此类系统很难做到通用性。生成的操作指令仅达到开关、刀闸等设备拉开、 合上层次，多用来开发变电站倒闸操作票自动系统。 ( 4 ) 专家系统智能推理型 利用专家系统思想实现操作票中操作项的自动生成。由于利用a i 的具体技术 的不同，对现场操作的认识不同，发展了不同的开发方法。这类方法的进步在于对 操作票生成中的推理过程进行了研究、探索，并具有一定的智能性。此类系统大致 可以分为数据库模块、知识库模块、推理机模块等几大部分。通过创建知识库数据 区，利用推理机对知识库的解空间进行搜索，生成操作票内容。 此类系统的开发意味着a i 技术真正的进入到对电力设备的操作中，智能性、 3 华北电力大学硕士学位论文 通用性和可维护性一直是他们追求的目标按照这几方面逐渐增强的方向，可分为 以下三个阶段： a 、程序推理型：通过对应用对象的仔细分析，将操作任务进行分类，然后编 制一段程序来实现各类操作任务。整个系统由多个子程序构成，操作人员通过给定 的界面，选择操作任务和其它配置项，系统就运行相应的程序段，生成对应的操作 内容。该类型系统具有了一定的推理能力；但其是针对具体任务流程进行分析设计 的，用户校核系统的正确性方便，同时这也造成用户无法维护，不能适应现场变化 的要求；不具有通用性。 b 、模块推理型：在a 类系统中，要进行修改、维护是比较麻烦的，修改部分 知识时还需要修改源程序，没有实现知识库和推理机的分离。由此提出了一种外部 知识库和推理模块化的思想，根据问题需要，编制了不同的推理机一1 ，如变压器操 作推理机、母线操作推理机、开关操作推理机等等。通过研究得出，系统设计的模 块化是必须的，但是同时又发现，单纯的知识库独立，仍然不能很好的解决通用性 和智能推理的问题。 c 、拓扑推理型：针对以上推理方式智能性和通用性差的特点，用拓扑图形理 论来通用化描述应用对象。认为设备的操作，可以用拓扑进行全面描述，用拓扑矩 阵描述连接关系，然后基于拓扑关系建立一个通用的推理算法。一般来说，这种算 法侧重于产生。孤立节点 。该方法的成功在于将拓扑和推理结合起来，此类方法 的思路是：通过实现应用对象和推理机的通用机制以最后实现专家系统的通用性。 这是一种具有探索性的想法，并取得了一定的成功，但是单纯利用拓扑图形描述， 不能全面表达电网设备操作规律n 舶。 综上所述，目前已开发操作票专家系统存在的问题有： 1 、系统的通用性差，扩充维护难 一些操作票系统往往是针对某一变电站或某一级调度而开发的，知识库与推理 机未完全分离，操作规则等写入源程序中。这样的系统只能适应于某一地或一站， 难以做到通用。而且这些系统在开发初期能满足用户的需求，但电力系统是经常变 化的，如新增加变电站、新设备等：运行方式的改变等，变化后已开发的系统就难 以胜任了。 2 、未能很好解决二次设备操作序列的自动生成问题 发电厂和变电站中有很多二次设备，它们的操作种类多，相互之间配合复杂 现有的绝大多数系统都没有很好解决二次设备操作序列自动生成问题这些系统要 么避而不谈，根本不考虑二次设备可操作元件；要么只是简单的列出来，没有推理 防误效验。 4 华北电力大学硕士学位论文 3 、没有提出有效的通用推理算法。 典型票一般按照线路、母线、变压器、保护等几种类型进行分类管理，多数操 作票专家系统就模拟这种人为分类方法对操作任务进行分类，同时也定义了不同操 作任务对应的操作路径，从而有了不同的推理算法。而实际情况是线路、变压器、 母线等设备是通过某种方式相互连接在一起的，其中一种设备动作，对其它设备的 供电情况有非常大的影响。如果以“不停电思想 为核心，它们都有相同的设备操 作规律，只不过是操作路径和选择的标准有所不同，理想情况下可以用同一个推理 机来实现。 1 3 操作票系统采用的新技术 操作票专家系统已经发展了近2 0 多年，随着现场应用人员素质的提升、新开 发技术研究的发展，引入新的更便于使用的技术便成了必然。 一、平台化技术心 平台化技术是软件产品发展的重要趋势，平台化的软件具有独立性、开放性、 可管理性和可扩展性等特点。平台化软件分为技术支撑型平台和应用实现型平台。 技术支撑型平台的用户为软件开发人员，提供商负责平台的维护和升级，用户负责 基于平台的上层实现。这类平台包括软件中间件、开发工具、应用服务器等。应用 实现型平台的用户为终端用户，提供商不但负责平台的维护和升级，还要负责实现 基于平台的上层应用。目前，较多用到的是应用实现型，本文设计平台就是应用实 现型平台。 平台化软件设计所具有的特点： l 、具备灵活方便的二次开发能力。平台化软件具备更好的应用开发和维护的 工具和接口，实施时可以迅速根据用户的特点进行部署和二次开发，用户可以最大 限度地使用贴近自身特点的管理软件。 2 、实现分布式应用系统。平台化软件则具备更好的应用开发和维护的工具和 接e l ，实施时可以迅速根据用户的特点进行部署和二次开发，用户可以最大限度地 使用贴近自身特点的工具。 3 、硬件独立和软件环境的独立。这样使得用户不必关心采用何种硬件或数据 库平台，应用软件也不受硬件平台的迁移的影响。 4 、实现应用技术的上层无关性。平台化软件使运行于上层的应用软件在某种 程度上做到与技术无关，而是面向具体业务；一个平台可以运行调度操作票系统、 厂站操作票系统或继保整定系统等。 二、面向对象技术 5 华北电力大学硕士学位论文 面向对象技术，就是以对象的观点来分析实现世界中的问题，从人类认识世界 的观点出发，把事物进行归类和综合，提取共性并加以描述从认识论的观点出发， 面向对象比较符合人类的思维方式。客观世界的问题是由客观世界的实体以及实体 之间的关系构成，人类在认识和理解现实世界的过程中普遍运用了区分对象及其属 性、区分整体对象及其组成部分、区分不同对象类的形成这三个构造法则。面向对 象的概念和方法就是建立在这三个常用的法则的基础上的乜扣。用面向对象的方法学 构造软件系统或知识系统能够比较自然地反映人们思考问题的方式。使求解空间在 结构上尽可能与问题空间取得一致，这是面向对象方法学所追求的基本原则，也是 面向对象的知识系统构造的出发点。面向对象的基本着眼点是构成客观世界的基本 成分对象。 面向对象设计采用从特殊到一般的归纳方法构造类，类将一组客观对象具有的 共同特征( 包括操作和存储特征) 抽象出来，说明该组对象的能力和性质。这为系 统构成提供了同一类对象之间代码共享的手段：此外，面向对象设计还是一个建立 类的等级的过程，子类可以通过继承机制从较简单较普通的基类中继承特征，系统 的许多全程特征不必重复建立，这为系统构成提供了类之间代码共享的手段。 面向对象方法的主要特点有： l 、与人类习惯的思维方法一致。面向对象的软件技术以对象( o b j e c t ) 为核 心，用这种技术开发出的软件系统由对象组成。对象是对现实世界实体的正确抽象， 它是由描述内部状态表示静态属性的数据，以及可以对这些数据施加的操作( 表示 对象的动态行为) ，封装在一起所构成的统一体对象之间通过传递消息互相联系， 以模拟现实世界中不同事物彼此之间的联系。所以说，面向对象方法是与人类习惯 的思维方法一致。 2 、稳定性好。面向对象方法基于构造问题领域的对象模型，以对象为中心构 造软件系统。它的基本做法是用对象模拟问题领域中的实体，以对象问的联系刻画 实体间的联系。因为面向对象的软件系统的结构是根据问题领域的模型建立起来 的，而不是基于对系统应完成的功能的分解，所以，当对系统的功能需求变化时并 不会引起软件结构的整体变化，往往仅需要作一些局部性的修改。现实世界中的实 体是相对稳定的，因此，以对象为中心构成的软件系统也是相对稳定的 3 、可重用性好。用已有的零部件装配新的产品，是典型的重用技术，重用是 提高生产效率的一个重要方法面向对象的软件技术在利用可重用的软件成分构造 新的软件系统时，体现出较大的灵活性。它可利用两种方法重复使用一个类：一种 方法是创建该类的实例，从而直接使用它；另一种方法是从它派生出一个满足当前 需要的新类。继承性机制使得子类不仅可以重用其父类的数据结构和程序代码，而 且可以在父类代码的基础上方便地修改和扩充，这种修改并不影响对原有类的使 6 华北电力大学硕士学位论文 用。面向对象的软件技术所实现的可重用性是自然和准确的，在软件重用技术中是 最成功的一个。 4 、可维护性好。面向对象的软件技术符合人们习惯的思维方式，因此用这种 方法所建立的软件系统容易被维护人员理解，他们可以主要围绕派生类来进行修 改、调试工作。类是独立性很强的模块，向类的实例发消息即可运行它，观察它是 否能正确地完成要求它作的工作，对类的测试通常比较容易实现，如果发现错误也 往往集中在类的内部，比较容易调试。总之，面向对象技术的优点并不是减少了 开发时间，相反，初次使用这种技术开发软件，可能比用传统方法所需时间还稍微 长一点。开发人员必须花很大精力去分析对象是什么，每个对象应该承担什么责任， 所有这些对象怎样很好地合作以完成预定的目标。这样做换来的好处是，提高了目 标系统的可重用性，减少了生命周期后续阶段的工作量和可能犯的错误，提高了软 件的可维护性。此外，一个设计良好的面向对象系统是易于扩充和修改的，因此能 够适应不断增加的新需求。以上这些都是从长远考虑的软件质量指标。 三、网络拓扑分析3 啪1 拓扑学成为一个独立的数学分支以来，便开始逐渐运用于数学的其他分支和其 他应用学科。近些年来，网络拓扑在电力系统中的应用也越来越普遍。 电力系统网络拓扑分析是根据网络中实时开关状态将网络的节点模型转化为 用于计算的等值节点模型( 数学模型) 。网络拓扑分析是电力系统中各种分析计算功 能的基础，跟踪电网拓扑，一方面给调度运行人员提供电网的运行状况；另一方面 是为了得到实时系统网络拓扑的等值表示，利用此等值表示，得到对电力系统进行 各种数值模拟分析有关的原始数据，实现电网拓扑表达模型和常规数值计算方法的 接口。 拓扑分析的任务就是根据开关和网络元件的实时状态，由电网的节点模型产生 电网等值节点模型的过程，并自动划分发电厂、变电站的计算用节点数，通过节点 的合并、分解之后形成新的网络接线。 电力系统实时拓扑分析的要求有： 1 、快速性：拓扑分析是各种运行方式的出发点，应尽可能快速。由于在实际 电力系统中，某个变电站的某个开关状态发生变化，可能只影响到网络中部分拓扑 结构的变化。因此，设计出合理的分析方法，尽可能缩小动态追踪的范围，便能快 速有效的跟踪系统中拓扑结构的变化 2 、方便性：电力系统的网络拓扑分析结果要求直观简单。如对不带电的元件 ( 或称停运元件) 用暗色表示，运行元件根据元件的电压等级采用不同的颜色表示。 对于判断电网中某一个元件是否处于停运状态，可以通过其所联接的开关状态或判 7 华北电力大学硕士学位论文 断其所属电气岛是否为活岛来决定。由于在拓扑分析过程中经常出现等值节点的分 裂和合并，因此，等值节点的编号也需要分析过程中重新形成。 3 、可靠性：对任何形式的实际电气接线( 带旁路的双母线接线、断路器接线、 角型接线等) 均能无一例外地进行正确处理。因为，拓扑分析的错误必然使电力系 统的计算不能反映实际的网络状态，以此为基础的计算结果对实际操作的指导必然 是致命的，可能带来重大的电气事故和人员损失。 1 4 本文所做的工作 鉴于以上操作票专家系统尚存在的问题和新技术的发展，并考虑到目前现场的 具体需求，本文通过平台化思想设计软件，在此之上搭建整个系统，形成一体化全 网控制智能防误操作票系统软件 本文所要做的主要工作有以下几个方面： l 、结合目前已开发成果，基于平台化思想，研究一套集网调、地调，变电站、 集控站于一体的全网控制智能防误操作票方案 2 、研究电网资源的知识表示的通用性问题。采用面向对象方法表示电网资源， 并用拓扑方法表示电网的结构，研究合适的操作规则知识表示，根据不同特点设计 知识表示方式，实现知识表示的通用性。 3 、运用拓扑分析的方法开发操作票推理机的设计。实现推理机和知识库的分 离，使推理方便易行 4 、设计实现集控站、变电站倒闸操作票的自动生成功能将一次设备和二次 设备分开处理，并依一定的操作顺序进行操作项的排序，形成安全实用的厂站端操 作票。 5 、设计使用客户端服务器结构组织软件的整体结构，实现系统的分布式要求， 并采用组件和动态链接库的方法便于系统维护更新。 8 华北电力大学硕士学位论文 第二章操作票专家系统的总体结构 2 1 平台化思想的基本理论 平台是在一定的需求范围之内，封装了为实现这些需求而必须具备的一些基本 功能和执行逻辑的软件框架。这个框架式和具体的业务无关的，仅仅定义了一些为 实现这些业务而必须具备的接口。并通过这些接口搭建起来的一个完整的、可运行 的软件框架。在这个平台之上，可以根据不同的需求，对平台定义的接口进行实现， 来实现具体的业务。平台化，就是要把软件开发人员从纷繁的开发工作中解放出来， 让他们可以把主要精力都集中到业务相关功能的开发上来，提升开发效率。 平台化软件的优势： l 、应用的广泛性。平台化软件的功能更加全面、覆盖面更加广泛。平台化软 件的各种信息统一存储，实现管理信息的共享，从而提高各级组织内部有效的协作 和快速反应。 2 、良好的开发性。平台化软件是由建立在共同平台上的一个系统，模块相互 之间既具有较强的独立性，又可以独立使用，通过统一的数据接口又以可实现相互 间的无缝集成，同时可以实现一致的对外接口。因此，平台化软件具有更大程度的 灵活性和扩展性，不仅可以根据客户当前的需求进行选择和搭配使用，而且具备了 更好的二次开发接口。 3 、快捷的适应性。用户需求变更使软件开发人员最头痛的事情，但由于双方 的沟通和理解不同，软件系统在研发和使用过程中需求变更不可避免。平台化软件 的上层应用开发工具可以实现免编程的应用系统修改，具有更快捷、方便的适应能 力。 2 2 本系统业务平台的设计 鉴于微软的w i n d o w s 操作系统在计算机系统中的垄断，而且其二次开发工具的 丰富性，本软件的电力系统业务平台基于w i n d o w sx p 系统开发。其开发环境和开 发工具如下： 1 、装有w i n d o w sx p 或w i n d o w s 2 0 0 0 以上操作系统的计算机； 2 、数据库管理系统o r a c l e9 i ； 3 、i e 4 0 以上版本的浏览器； 4 、d e l p h i 7 等作为开发工具。 平台基于o r a c l e 数据库管理系统，在此基础之上开发了网络互连体系和主机 9 华北电力大学硕士学位论文 服务器。 业务平台各模块的开发及其功能： l 、电网功能位置资源 电网功能位置资源是电力系统业务平台的基础，其表示的好坏直接影响到整个 系统的工作效率及系统的通用性。所以有效的电网资源的知识表示是一个系统成功 与否的关键。 本文采用面向对象的方法设计实现整个系统的电网资源。平台中的电网资源表 示是其他各模块的父类，它属性和事件的设置仅限于最基本的部分，其他模块实际 应用中需要用到较多的属性、参数等则在此基础上扩展子类，方便易行，增强系统 的通用性。这部分将在下一章详细描述。 2 、人事资源 人事资源管理模块是对所有使用软件的人员进行组织管理的一个模块。本文仍 然用面向对象的方法来表示人事资源将各个单位、员工都作为一个对象来看待。 他们有类型、代码、密码这三个属性。用人事组织资源名称来定义各个对象，人事 组织类型、用户代码、密码作为其属性。如图2 - i 所示： lr 7 ”o i ! j 臼，国昌& 国电吟b 匣量j 气1 人触跌资蠢名囊 ， 人曩哦黼一户代舜 i 窘挂勖 。；。牛j 彻 i 。“ 牵 蜀- 蕾电晨 一，! 筋 ；7。 龋 。i 7 蓍薯鬻欧蝴灌i ：一髑q ： 1 ，一， 密i 昊老鬣龟一雪马 宜i 申卫呋电，j ：，公铀t 。 幽- 尝鲁蕾i 辩i 带i 爨护售i 纯；“j；鬟曩、， 簪 攀t 翼謦剞i 强j t ：，缘o ； ，l ， i ，e，；v ，一j j ，i 一 l “y ，- t 一，7 ；o ：蔓嘲麟 ?- 髓 f岛黟融缀 。“，i 、 n二，7 o 隽 人量 埘 j 黼 j，一 人曩 瞳 j l 棒亨 ，。 ，9 ：j ，t人曩一，t ， 畸。 ，。j 摹玲 人量n ! o 棚睬，；+ 。 一 玲二，。 孚。 啊群。5 ，- 7 7 w ” j ”： 。 擞一 ， 。 ： p司囊。一： ， 人曩； 。 ， i 瓴。：。，。7 一 、。， 图2 一1 人事资源管理图例 为体现单位的上下级关系，我们定义人事组织类型有：集团、公司、科室、部 门、人员这几种类型；用户代码可由用户自己按喜好设置，但是当有人定义此代码 时别人不能重复设置只能用其他代码，在保存时系统自动通过查询数据库表里有无 重名来检验此代码是否有人使用，如已用则弹出错误，用户需再行设置。 由于用户通过代码和密码来登录系统，故其设置只有个人可见。我们通过上图 中削符号来连接进入密码设置对话框( 图2 - 2 ) ： 1 0 华北电力大学硕士学位论文 图2 - 2 密码设置对话框 这部分的设置相对简单。为了使管理人员能在系统里看到个用户的档案，本系 统设置职工档案信息模块。以表格方式存入数据库中，通过人事组织资源名称进行 查看。实现如图2 - 3 ： 图2 - 3 人事组织资源示例 3 、岗位角色、责任区权限管理 这一部分是对各用户权限的分配管理。本系统通过岗位角色、责任区的管理来 对用户权限进行定义。岗位由实际电网系统中的岗位决定，本文也是由此来确定的； 角色是在软件系统中各用户扮演什么角色；责任区是整个电网资源的区域划分。纵 华北电力大学硕士学位论文 观整个系统，管理员和维护人员具有全部权限，由他们进行管理维护。其他用户根 据个人情况分配不同的权限。 所有权限可分为两部分：1 、软件各部分模块的使用权限；2 、系统电网资源的 操作权限。本文通过岗位角色来分配软件各模块的使用权限。如图2 4 ： 角色譬蠢名豫 勘t 魄i _ 鞭t 卓矿7 醺电孵 匿麴澄? 霪蚜嘲移隈。? 1 匙资源一给角 图2 - 4 模块资源的分配 图形右上部分的模块资源部分涵盖了软件中所有的模块资源，如果需要给某用 户某一模块则在其前面的红色方框点击选中即可，保存后相应的资源会显示在右下 的角色拥有权限的模块资源部分。若去除某权限则将红对勾点去即可。如上图，所 长角色的权限只在系统模块和基础数据资源( 维护) 两个模块。 通过责任区的配置来确定用户所能操作的资源，这部分仍分三部分来完成如 图2 5 ： ，1 人 司罾弱弱弱 甜圈l 蛳璧卿堕7 1 f 母w 硼b 嘲量缱 ； i 毫鞫l 潮睃撒 l | 蠡司l l 蕊确电，螺 率回蝴蝴啦 ；审日删蝴 密垒姗啪 ；即翻瑚婚嘲强 ：率醚翻限椭 二墨黜 ，。，：，：；：” _ 图2 - 5 责任区配置 左上显示人事组织资源，左下显示分配到人事资源的电网资源，右侧则是电网 资源。配置时，人事组织资源选中哪个左下栏中人事资源便显示哪个人事资源，而 右侧的电网资源，点中后拖拽到左下配置框中即可完成匹配，保存到数据库。如图 1 2 华北电力大学硕士学位论文 中变电运行工区经配置后只能对l l o k v 、2 2 0 k v 、3 3 0 k v 变电系统三个区域进行操作。 4 、系统集成功能 本系统的集成是通过木e x e 文件引用动态链接库木d l l 文件来实现的。将平台 作为整个软件系统的入口做成一个可执行文件，而其他各集成模块部分作为木d l l 文件供可执行文件索引、引用。这样做的优点是本系统可以在操作票软件的系统上 快速的开发其他模块功能，如继保整定软件、运行方式整定软件等。也因此将平台 的优点发挥到极致。 5 、图形平台 为了便于维护和防止用户的误操作，本文采用编辑界面和运行界面分离的技 术。图形由d e l p h i 语言编程依据电网接线图画出。但只是图形是没有任何意义的， 必须给其赋予电气信息才能在系统中表达其含义。本文通过绑定的方法来实现这一 过程。由图元维护模块来形成图形，存入基本电力图元中，再将电力图元与系统电 网资源绑定起来。这样，电网资源与图形便合为一体，方便作图使用。具体编辑界 面如图2 - 6 ： 图2 - 6 图形编辑界面 图形的本质都是电网资源，其操作等都是依据电网资源属性的变化而变化。电 网资源信息显示在整个图形界面的左上部分：左下部分是页面管理，对接线图进行 管理；右侧则是主体页面( 整个页面很大，本图只截取一部分作为示意) 。由于图 形的设置依据电网接线图而来，所以应用人员看起来不会有陌生感，便于使用。 运行环境依据编辑环境得来，在图形结构上是一模一样的。在运行时，为了区 别带电不带电，本文将电气元件设置颜色。带电设备为亮色，不带电时为灰色。为 了能直观的看出各个电压等级，本文设置电压等级维护模块。此模块设置个等级的 1 3 华北电力大学硕士学位论文 颜色，使其带电时显示不同的颜色，使用户一目了然。运行环境界面设置接线图( 页 面管理) 、挂牌管理、主页面三部分，如图2 - 7 所示： 图2 - 7 图形运行界面实例 6 、报表系统 本文报表系统用模块报表配置来统一管理。模块资源名称可以从目录下引用， 而各模块中有什么报表则在其页面下列出来，并可以编辑这样在任何模块下都可 以快速的设计自己的报表，各报表字段和系统相连。如在操作票中，发令人、受令 人等都是在开票是填写的，这在报表设计时设置为相应的字段，使得在开票环境下 的输入能快速的传递到报表并打印出来 7 、流程管理 本文各业务流程的管理采用工作流引擎技术控制。工作流引擎是指工作流作为 应用系统的一部分，并为之提供对各应用系统有决定作用的根据角色、分工和条件 的不同决定信息传递路由、内容等级等核心解决方案。工作流引擎技术根据业务逻 辑开发出符合实际需要的程序逻辑并确保其稳定性、易维护性( 模块化和结构化) 和弹性( 容易根据实际业务逻辑的变化做出程序上的变动) 这大大减少了软件出 错的可能( 信息的路由错误、死循环等等) 因各供电部门的操作流程不尽相同，比如有的地方的操作票流程是：开票、模 拟审核、评审、他值模拟审核、预令、正令；而有的地方就没有他值模拟审核评 审完后直接就是预令。所以这就需要操作票的流程的随情况变化而变化正是为了 这个本文的业务流程管理采用工作流引擎技术，使用户可以按自己的思路来形成业 务流程。 在设计时，定义与、或等逻辑操作元件和开始、结束、连接线、 14 华北电力大学硕士学位论文 汇集、自动活动、手动活动等操作元件。在应用时，各业务流程模块的链 接由这些操作来决定整个流程的走向。某操作流程如图2 8 所示： 2 3 系统基础模块介绍 图2 - 8 某调度操作票的流程管理示意 本系统各模块在电力系统基础业务平台的基础上开发，故各模块一些是同平台 变化不大，不再赘述；另一些则加入了丰富的内容。 1 、电网资源模块 平台中电网功能位置资源模块是此模块的基础。为便于操作票的应用，所以在 平台的基础上进行新的开发。如各电网资源设备属性在功能位置模块中只是定义编 号、链接设备、位置、资源性质、电压等级等信息，而在操作票中则要加入设备的 状态、具体参数等属性，这些属性根据具体设备而不同，如开关则要加入开端容量 属性、开合状态属性。 2 、用户操作术语模块 操作术语是针对操作票系统而言的，这部分在平台中没有涉及。本文根据不同 类别将操作术语分类存储，有操作项术语、检查项术语、许可项术语、验电项术语 等几部分，其下面再按设备类别分类，如操作项术语分为：刀闸、接地刀闸、小推 车断路器、断路器、跌落保险、高压保险等。这样分类清晰明了，便于用户使用、 维护。 3 、实例化保护装置模块 本系统鉴于二次设备和一次设备的差别，在定义电网资源时没有将二次设备加 1 5 华北电力大学硕士学位论文 入进去，而是将其作为单独的模块开发二次设备很少单独存在，都是依附于一次 设备的，鉴于此特点。本文将二次设备定义存储于二次设备数据库，再将其链接、 依附于相应的一次设备。实例化保护装置就是这样一个过程通过实例化后，一次 设备上有哪些二次保护会一目了然，易于用户处理、操作。 4 、操作票查询模块 系统开发操作票数据库来存储系统中所有的操作票，为便于用户查询使用，开 发操作票查询模块。操作票存储是按照日期来进行的，故如需要查询某日所开操作 票则直接打开树状结构即可。为便于用户查询，本系统实现了其他几种查询方式。 有操作票类型、操作票状态、执行时间、终结时间、任务内容、操作票编号查询。 华北电力大学硕士学位论文 第三章操作票系统的知识表示 在操