（电力系统及其自动化专业论文）地区电网故障恢复操作票系统的研究与开发.pdf

一一 一一兰a $ f j 7 j f t1 丁丝 摘要 本文阐述了研究调度故障恢复操作票的必要性，探讨调度故障操作票的内容和 形式，分析它与正常操作票系统的区别和开发难点。研究并开发一个地区电网调度 故障操作票软件系统，具有以下特点: ( 1 )提出 一 种恢复操作模型，根据故障恢复方案，自动生成操作任务。 ( 2 ) 研究并实现基于网络拓扑的误操作方法，能处理故障后的非正常运行方式， 自动添加相应的操作任务。 通过网络搜索，分析接线形式，可处理高压配网中的不同接线形式的一次 !.! 9d4 设备操作。 ( 5 )可提供给用户操作术语描述的、格式化的操作票。 ( 6 )具有与 s c a d a系统、电网故障诊断和恢复系统的接c 1 a 关键词:调度，故障恢复，操作票，面向对象 abs tract i n t h i s a r t i c l e , i t e x p l a i n s t h e n e c e s s i t y o f d o i n g r e s e a r c h o n o p e r a t i o n o r d e r i n t h e f a u l t r e s t o r a t i o n o f p o w e r s y s t e m; i t e s t a b l i s h e s t h e c o n t e n t o f t h e f a u l t r e s t o r a t i o n o p e r a t i o n o r d e r , a n d c o m p a r e s o p e r a t i o n o r d e r i n n o r m a l c o n d i t i o n w i t h i n f a u l t c o n d i t i o n ; i t a l s o p o i n t s o u t t h e d i f f i c u l t y t h a t e s p e c i a l l y s h o u l d b e p a i d a t t e n t i o n t o . t h e s o f t w a r e s y s t e m w h i c h h a s d e v e l o p m e n t e d f o r g e n e r a t i n g t h e o p e r a t i o n o r d e r t i c k e t s i n f a u l t r e s t o r a t i o n h a s t h e f o l l o w i n g c h a r a c t e r i s t i c s : ( i ) l t p r o v i d e s a m o d e l f o r g e n e r a t i n g o p e r a t i o n o r d e r t i c k e t s a u t o m a t i c a l l y i n t h e r e s t o r a t i o n o f p o w e r s y s t e m f a u l t d i a g n o s e s . ( 2 ) i t b r i n g s f o r w a r d a n e w m e t h o d t o v e r i f y t h e c o r r e c t n e s s o f o p e r a t i o n t h a t i s b a s e d o n n e t w o r k t o p o l o g y .i t c a n d e a l w i t h d i f f e r e n t t h i n g s i n i n a b n o r m a l c o n d i t i o n . ( 3 ) i t a d d s t h e c o r r e s p o n d i n g o p e r a t i o n a u t o m a t i c a l l y . ( 4 ) b a s e d o n t h e t o p o a n a l y s i s , i t c a n m e e t t h e d i f f e r e n t r e q u i r e m e n t s o f d i f f e r e n t s u b s t a t i o n s . ( 5 ) i t c a n s u p p l y u s e r s p r o p e r a n d f o r m a t t e d o p e r a t i o n o r d e r t i c k e t s . ( 6 ) 1 t c a n i n t e r f a c e w i t h s c a d a s y s t e m, f a u l t d i a g n o s e s a n d f a u l t r e s t o r a t i o n s y s t e m. g a o y a n g ( p o w e r s y s t e m a n d i t s a u t o m a t i o n ) d i r e c t e d b y p r o f z h a n g d o n g y i n g k e y wo r d s : d i s p a t c h i n g c e n t e r , f a u l t r e s t o r a t i o n , o p e r a t i o n o r d e r , 0 0 .目比.u口 厂 p 1 4 月 本人郑重声明: 此处所提交的硕士学位论文 ， 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己 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己在 论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名:日期: 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: 导师签名: 日期: 日期: 华北电 力大学硕士 学位论文 第一章绪论 1 . 1课题的背景和意义 电网中发生故障是不可避免的，故障发生后，需要由调度员指挥处理，根据各 方面的信息判断故障设备，并迅速采取措施，防止事故扩大，逐步恢复送电。在电 网故障恢复处理过程中，需要考虑的问 题很多，而留给调度员反应的时间却很少， 因此很容易下达错误的操作命令，从而使事故扩大，整个系统遭受不该有的损失。 通过 对现场的事故分析川 可知， 调 度员 在异 常处理和故障恢复处理中出 现的失 误主要是由以下几方面原因造成的: ( 1 )调度员对现场接线方式不清楚。 ( 2 )调度员对系统故障后的运行方式考虑不完全。 ( 3 ) 调度员精神紧张，压力很大，结果在故障处理过程中异常慌乱，延误时间， 造成了停电范围的扩大。 ( 4 )调度员在故障后下达口令操作时未叙述清楚。 综上所述，电网现场调度运行时需要采用计算机辅助系统，能够代替调度员做 部分工作，帮助调度员诊断出故障类型、地点和故障原因，并给出故障恢复处理方 案，生成可供调度员使用的操作票。 但是目前现场调度采用的 e m s系统并没有故障恢复处理功能，主要依靠调度员 的经验来对故障进行分析和处理，这些都将延误调度员处理系统故障的时间，将可 能造成系统故障的处理不当，为事故的产生埋下了一定的隐患。因此，我们有必要 开发出一种全新的、智能型的计算机辅助系统，此系统能自 动收集故障信息，判断 出故障设备，然后根据当前电网状态，自 动生成最优恢复策略，最后为调度员提供 可直接执行的调度操作票，将大大减轻调度员负担，使调度自 动化水平由目前的分 析型上升为智能型2 1 本文的研究背景是即将投入试运行的 “ 兰州地区电网调度决策支持系统”的故 障处理部分。这部分有四个功能: ( 1 )电网故障信息系统:主要用于自 动收集电网的故障信息。 ( 2 )电网故障诊断系统:主要用于判断故障元件和故障性质。 ( 3 )电网故障恢复决策系统:主要用于故障后的隔离、孤岛处理和过载处理， 确定可靠并且最优的恢复路径。 ( 4 )电网故障恢复操作票系统:主要用于将恢复决策结果处理为调度员可直接 执行的调度操作票。 华北电 力大学硕士 学位论文 第一章绪论 1 . 1课题的背景和意义 电网中发生故障是不可避免的，故障发生后，需要由调度员指挥处理，根据各 方面的信息判断故障设备，并迅速采取措施，防止事故扩大，逐步恢复送电。在电 网故障恢复处理过程中，需要考虑的问 题很多，而留给调度员反应的时间却很少， 因此很容易下达错误的操作命令，从而使事故扩大，整个系统遭受不该有的损失。 通过 对现场的事故分析川 可知， 调 度员 在异 常处理和故障恢复处理中出 现的失 误主要是由以下几方面原因造成的: ( 1 )调度员对现场接线方式不清楚。 ( 2 )调度员对系统故障后的运行方式考虑不完全。 ( 3 ) 调度员精神紧张，压力很大，结果在故障处理过程中异常慌乱，延误时间， 造成了停电范围的扩大。 ( 4 )调度员在故障后下达口令操作时未叙述清楚。 综上所述，电网现场调度运行时需要采用计算机辅助系统，能够代替调度员做 部分工作，帮助调度员诊断出故障类型、地点和故障原因，并给出故障恢复处理方 案，生成可供调度员使用的操作票。 但是目前现场调度采用的 e m s系统并没有故障恢复处理功能，主要依靠调度员 的经验来对故障进行分析和处理，这些都将延误调度员处理系统故障的时间，将可 能造成系统故障的处理不当，为事故的产生埋下了一定的隐患。因此，我们有必要 开发出一种全新的、智能型的计算机辅助系统，此系统能自 动收集故障信息，判断 出故障设备，然后根据当前电网状态，自 动生成最优恢复策略，最后为调度员提供 可直接执行的调度操作票，将大大减轻调度员负担，使调度自 动化水平由目前的分 析型上升为智能型2 1 本文的研究背景是即将投入试运行的 “ 兰州地区电网调度决策支持系统”的故 障处理部分。这部分有四个功能: ( 1 )电网故障信息系统:主要用于自 动收集电网的故障信息。 ( 2 )电网故障诊断系统:主要用于判断故障元件和故障性质。 ( 3 )电网故障恢复决策系统:主要用于故障后的隔离、孤岛处理和过载处理， 确定可靠并且最优的恢复路径。 ( 4 )电网故障恢复操作票系统:主要用于将恢复决策结果处理为调度员可直接 执行的调度操作票。 华北电力大学硕士学位论文 由于故障恢复处理要求时间越短越好，在处理故障时直接下令，不写操作票， 因此本文提出的调度故障恢复操作票必须具备以下两个前提条件: ( 1 )由计算机自动生成，不用人为干预。 ( 2 )必须具有电网故障信息系统、故障诊断系统和恢复决策系统的支持。 现在第2 个条件已经具备，采用人工智能技术可以满足第 i 个条件，在这两个 前提条件下，研究调度故障恢复操作票才具有实际应用价值。 1 . 2国内外研究现状综述 由于国外的电网自 动化水平比较高，其对正常操作票的研究没有国内活跃，但 对故障恢复操作的研究却比 较多，但是其一般只牵涉到一次设备的操作3 - 5 而对于国内己经开发的故障恢复系统，其结果并没有具体到故障恢复操作票， 给出的只是开关、 刀闸操作序列。 文献 6 1 所叙述的便是一个以福州地区1 1 0 k v 配电 网为实例的地区配电网事故恢复决策专家系统， 该系统最终给出的恢复供电路径是: 闭合以下开关:一 开关 i - 开关2 断开以下开关:一 开关3 - 开关4 这种故障恢复系统具有如下两个缺点 ( 1 ) 可读性差 开关、刀闸操作序列只是一次设备的操作，并不符合调度的下令习惯，需要调 度员将它转化为调度操作命令。 ( 2 ) 逻辑性差 这些开关、刀问操作序列之间的逻辑顺序是按照恢复路径的顺序给出的，不符 合调度安全操作的规范，需要按照调度规程进行相应的调整。 因此我们需要利用故障恢复处理的结果，开发出故障恢复操作票系统，以更方 便调度员进行故障恢复与处理。 现在还没有文献对调度故障恢复操作票进行深入的研究，调度故障恢复操作票 有哪些系统需求，它与正常操作票有哪些区别，研究中有哪些难点等问题还不是很 明确。本文将围绕上述问题展开讨论。 由于故障恢复操作票同样属于操作票， 所以其与正常操作票具有很密切的关系， 其在知识表示、二次数据库的设计以及操作票流程的设置上都有很多的共同点。 所以故障恢复操作票系统的研究离不开现有正常操作票系统开发中所取得的经 验与采用的技术。 相比 较在理论研究和使用研究上还是空白的故障恢复操作票来说， 正常操作票 由于调度部门的考核比较严格， 目 前国内在正常操作票方面的研究和应用比较广泛， 但是存在 “ 两头大，中间小”现象，即网、省调和变电站操作票的研究比较广泛， 华北电力大学硕士学位论文 由于故障恢复处理要求时间越短越好，在处理故障时直接下令，不写操作票， 因此本文提出的调度故障恢复操作票必须具备以下两个前提条件: ( 1 )由计算机自动生成，不用人为干预。 ( 2 )必须具有电网故障信息系统、故障诊断系统和恢复决策系统的支持。 现在第2 个条件已经具备，采用人工智能技术可以满足第 i 个条件，在这两个 前提条件下，研究调度故障恢复操作票才具有实际应用价值。 1 . 2国内外研究现状综述 由于国外的电网自 动化水平比较高，其对正常操作票的研究没有国内活跃，但 对故障恢复操作的研究却比 较多，但是其一般只牵涉到一次设备的操作3 - 5 而对于国内己经开发的故障恢复系统，其结果并没有具体到故障恢复操作票， 给出的只是开关、 刀闸操作序列。 文献 6 1 所叙述的便是一个以福州地区1 1 0 k v 配电 网为实例的地区配电网事故恢复决策专家系统， 该系统最终给出的恢复供电路径是: 闭合以下开关:一 开关 i - 开关2 断开以下开关:一 开关3 - 开关4 这种故障恢复系统具有如下两个缺点 ( 1 ) 可读性差 开关、刀闸操作序列只是一次设备的操作，并不符合调度的下令习惯，需要调 度员将它转化为调度操作命令。 ( 2 ) 逻辑性差 这些开关、刀问操作序列之间的逻辑顺序是按照恢复路径的顺序给出的，不符 合调度安全操作的规范，需要按照调度规程进行相应的调整。 因此我们需要利用故障恢复处理的结果，开发出故障恢复操作票系统，以更方 便调度员进行故障恢复与处理。 现在还没有文献对调度故障恢复操作票进行深入的研究，调度故障恢复操作票 有哪些系统需求，它与正常操作票有哪些区别，研究中有哪些难点等问题还不是很 明确。本文将围绕上述问题展开讨论。 由于故障恢复操作票同样属于操作票， 所以其与正常操作票具有很密切的关系， 其在知识表示、二次数据库的设计以及操作票流程的设置上都有很多的共同点。 所以故障恢复操作票系统的研究离不开现有正常操作票系统开发中所取得的经 验与采用的技术。 相比 较在理论研究和使用研究上还是空白的故障恢复操作票来说， 正常操作票 由于调度部门的考核比较严格， 目 前国内在正常操作票方面的研究和应用比较广泛， 但是存在 “ 两头大，中间小”现象，即网、省调和变电站操作票的研究比较广泛， 一 一一一兰丝生 it主m i 3 t 技术也比 较成熟， 相对而言地调操作票的 研究却不是很深入。 下面 从 现有 操 作票 系统分 类 和 知识 表 示方 法两 个 方 面 来叙 述 操作 票系 统 发 展的 现状 。 2 . 1现有操作票系统分类 从设计的总体思路上，能辅助人工开列操作票的系统主要分为三类: 1 . 2 . 1 . 1 操作票管理系统 这类系统主要应用数据库技术， 把大量的典型票、 历史票根据操作设备的类型、 操作任务等分类存入计算机中。开票时，运行人员首先根据操作任务等条件检索到 本次操作对应的典型票或历史票，然后手动修改有关内容，最后打印输出。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 7 1 中较为常见。 主要特点是: ( 1 ) 数据库用户维护平台可以开发得很友好， 运行人员掌握起来很容易， 受运行 人员欢迎。 ( 2 ) 以文本形式存储每一步的操作内容，修改随意、灵活。 ( 3 ) 具有一定的通用性， 可用于多种接线方式的变电站。 但主要适用于运行方式 变化不多的变电站。 ( 4 ) 没有推理过程， 无法识别所存储文本操作内容是否正确。本质上并不是一种 人工智能的软件，不能灵活地适应电力系统多变的运行方式。 1 . 2 . 1 . 2 图形化界面操作票审核系统 图形界面包括一次设备的主接线图和二次设备图，其在变电站操作票开票系统 中 有以 下 两种 应用 方式 $ 1 a 1 . 用于操作校验。用户通过手写或其他方法得到操作票后，在图形上逐项模拟操 作，系统根据操作设备的 “ 五防”闭锁规则进行校验，不符合规则时将做出提示; 用于点图开票。 用户直接在图上点击设备， 然后选择要操作的方式( 如拉开、 合 上等) ， 系统实时地进行规则检查， 对通过规则检查的操作形成一条操作语句， 对违 反规则的操作给出提示。 这种系统的特点是: ( 1 ) 将图形引入开票系统，形象直观。 ( 2 ) 用形式化的操作票语言来描述操作规程或用一种数学模型来描述设备的倒 闸操作规则。 ( 3 ) 利用上述建立的规则来审核用户的操作是否正确， 具有一定的防止设备误操 作的能力。 这种方法探索了将操作设备数学模型化的表达方法，同时对变电站设备的拓扑 3 一 一一一兰丝生 it主m i 3 t 技术也比 较成熟， 相对而言地调操作票的 研究却不是很深入。 下面 从 现有 操 作票 系统分 类 和 知识 表 示方 法两 个 方 面 来叙 述 操作 票系 统 发 展的 现状 。 2 . 1现有操作票系统分类 从设计的总体思路上，能辅助人工开列操作票的系统主要分为三类: 1 . 2 . 1 . 1 操作票管理系统 这类系统主要应用数据库技术， 把大量的典型票、 历史票根据操作设备的类型、 操作任务等分类存入计算机中。开票时，运行人员首先根据操作任务等条件检索到 本次操作对应的典型票或历史票，然后手动修改有关内容，最后打印输出。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 7 1 中较为常见。 主要特点是: ( 1 ) 数据库用户维护平台可以开发得很友好， 运行人员掌握起来很容易， 受运行 人员欢迎。 ( 2 ) 以文本形式存储每一步的操作内容，修改随意、灵活。 ( 3 ) 具有一定的通用性， 可用于多种接线方式的变电站。 但主要适用于运行方式 变化不多的变电站。 ( 4 ) 没有推理过程， 无法识别所存储文本操作内容是否正确。本质上并不是一种 人工智能的软件，不能灵活地适应电力系统多变的运行方式。 1 . 2 . 1 . 2 图形化界面操作票审核系统 图形界面包括一次设备的主接线图和二次设备图，其在变电站操作票开票系统 中 有以 下 两种 应用 方式 $ 1 a 1 . 用于操作校验。用户通过手写或其他方法得到操作票后，在图形上逐项模拟操 作，系统根据操作设备的 “ 五防”闭锁规则进行校验，不符合规则时将做出提示; 用于点图开票。 用户直接在图上点击设备， 然后选择要操作的方式( 如拉开、 合 上等) ， 系统实时地进行规则检查， 对通过规则检查的操作形成一条操作语句， 对违 反规则的操作给出提示。 这种系统的特点是: ( 1 ) 将图形引入开票系统，形象直观。 ( 2 ) 用形式化的操作票语言来描述操作规程或用一种数学模型来描述设备的倒 闸操作规则。 ( 3 ) 利用上述建立的规则来审核用户的操作是否正确， 具有一定的防止设备误操 作的能力。 这种方法探索了将操作设备数学模型化的表达方法，同时对变电站设备的拓扑 3 一 一一 一* j l * ,t k * r 1 wu _ il x 连接关系进行了研究。侧重的是校核操作设备( 主要是一次设备) 是否正确，而不涉 及操作内容的自动生成。 1 . 2 . 1 . 3 操作票自动生成专家系统 此类软件利用 a i 技术， 能模仿运行人员的智能与经验。 有的甚至可自 行总结经 验，具有自 学习功能。系统主要由知识库、推理机、数据库等模块组成。该类软件 构成的关键在于如何将知识转变为计算机能处理的信息( 即 “ 规则”) ，和推理机如 何从知识库中搜索与操作任务相关的规则。规则表达得正确而丰富，可以提高开列 操作票的正确率;搜索策略的优化，可以减少开列操作票花费的时间。 1 . 2 . 2知识表示方法 地区调度的故障恢复操作票主要涉及三方面的内容: 操作总任务，由它确定各个分任务之间的相关属性。 操作分任务， 包括操作设备，如线路、 ，母线。变压器等;设备的操作性质， 如运行转热备用，充电等。 操作顺序，故障恢复处理操作可能由多个总任务组成，总任务之间具有一定 的操作顺序，同时每个总任务中各个分任务之间也具有一定的操作顺序。这些操作 顺序受操作规程、设备所处地理位置及人们的习惯等多方面的因素影响。 在专家系统中，常用的知识表示方法有:逻辑表示法、产生式规则表示法、语 义网络表示法、框架表示法、面向对象表示法等等。在己经开发的操作票自 动生成 系统中，根据表达知识的不同，这些表示方法都有被采用的。 下达操作票是为了改变系统的运行方式， 因此， 通过计算机自 动开列操作票时， 首先要让计算机 “ 认识”电力系统或变电站的网络拓扑结构及设备情况。自 动开票 系统中对网络拓扑结构及设备知识的表示方式主要有下面五种: ( 1 ) 采用 “ 母线”和 “ 间隔”两种抽象模型表示1 5 1 一个电气间隔就是一组电气上相互关联的电气元件组合，母线是各间隔之间的 联结点。这种方式的优点是:将电网分成几种典型的接线方式，称之为典型间隔或 通用单元，系统的通用性和用户可维护性大大提高。缺点是:如果某一个操作任务 所涉及的设备在典型间隔之外就不好处理。 ( 2 ) 采用开关逻辑表示19 1 这种表示是通过对各种接线方式的分析，找出几种通用的联接方式。 大多数情况下 ， 一条出线所连接的断路器和刀闸都可表示为这类通用结构的一 部分。 若用二进制逻辑变量 1 , o表示出 线中电气设备的存在与否 ， 则一条出线间 隔可表示为一组0 , 1 序列 ， 称之为 “ 网络拓扑结构逻辑序列” 将电力系统的网络拓扑结构表示成开关逻辑形式，便于用逻辑符号和逻辑表达 一 一一 一* j l * ,t k * r 1 wu _ il x 连接关系进行了研究。侧重的是校核操作设备( 主要是一次设备) 是否正确，而不涉 及操作内容的自动生成。 1 . 2 . 1 . 3 操作票自动生成专家系统 此类软件利用 a i 技术， 能模仿运行人员的智能与经验。 有的甚至可自 行总结经 验，具有自 学习功能。系统主要由知识库、推理机、数据库等模块组成。该类软件 构成的关键在于如何将知识转变为计算机能处理的信息( 即 “ 规则”) ，和推理机如 何从知识库中搜索与操作任务相关的规则。规则表达得正确而丰富，可以提高开列 操作票的正确率;搜索策略的优化，可以减少开列操作票花费的时间。 1 . 2 . 2知识表示方法 地区调度的故障恢复操作票主要涉及三方面的内容: 操作总任务，由它确定各个分任务之间的相关属性。 操作分任务， 包括操作设备，如线路、 ，母线。变压器等;设备的操作性质， 如运行转热备用，充电等。 操作顺序，故障恢复处理操作可能由多个总任务组成，总任务之间具有一定 的操作顺序，同时每个总任务中各个分任务之间也具有一定的操作顺序。这些操作 顺序受操作规程、设备所处地理位置及人们的习惯等多方面的因素影响。 在专家系统中，常用的知识表示方法有:逻辑表示法、产生式规则表示法、语 义网络表示法、框架表示法、面向对象表示法等等。在己经开发的操作票自 动生成 系统中，根据表达知识的不同，这些表示方法都有被采用的。 下达操作票是为了改变系统的运行方式， 因此， 通过计算机自 动开列操作票时， 首先要让计算机 “ 认识”电力系统或变电站的网络拓扑结构及设备情况。自 动开票 系统中对网络拓扑结构及设备知识的表示方式主要有下面五种: ( 1 ) 采用 “ 母线”和 “ 间隔”两种抽象模型表示1 5 1 一个电气间隔就是一组电气上相互关联的电气元件组合，母线是各间隔之间的 联结点。这种方式的优点是:将电网分成几种典型的接线方式，称之为典型间隔或 通用单元，系统的通用性和用户可维护性大大提高。缺点是:如果某一个操作任务 所涉及的设备在典型间隔之外就不好处理。 ( 2 ) 采用开关逻辑表示19 1 这种表示是通过对各种接线方式的分析，找出几种通用的联接方式。 大多数情况下 ， 一条出线所连接的断路器和刀闸都可表示为这类通用结构的一 部分。 若用二进制逻辑变量 1 , o表示出 线中电气设备的存在与否 ， 则一条出线间 隔可表示为一组0 , 1 序列 ， 称之为 “ 网络拓扑结构逻辑序列” 将电力系统的网络拓扑结构表示成开关逻辑形式，便于用逻辑符号和逻辑表达 华北电力人学硕士学位论文 式描述规则。它对一个 “ 间隔”内的拓扑可以描述得非常简洁，但对系统整体拓扑 不好描述。 ( 3 ) 采用框架表示 川 在文献 工 门中， 关等五个框架集构成 电网结构和状态山单位、网络、静态开关、 。其中单位框架集是描述所管辖的全部厂、 初态开关 站的属性 终态开 包括单 位名称、 母线接线方式、 母线电压等级等。网络框架集中存放线路或变压器的名称、 编号等信息。静态开关框架集中存放断路器的名称 信息。初态开关和终态开关框架集用来描述断路器 、所联接的线路或变压器编号等 ( 隔离开关)以及它周围的隔离 开关、地线的初始状态和目标状态 表示电网的结构和系统的运行状态 。这五个框架集相互关联，构成框架网络，可以 ( 4 ) 采用 “ 支路邻接表”和 “ 节点邻接表” 表示 1 2 1 1 3 1 这种表示是把母线、变压器等有可能作为一个独立工作对 一 象而被操作的设备划 分为节点，两个节点之间被划分为支路，建立两类邻接表。它的优点在于整体性、 全面性，可以表示出电网中各电气设备之间的任意连接方式，且在搜索与某一设备 相关的其它设备时，直接以该设备为中心，按照其邻接表中的节点编号信息进行查 找。此方法原理简单、易于理解，可用来表示复杂的电网结构。 ( 5 ) 用通用关系数据库来表示1 4 1 通过对数据库表结构的合理设计，可以有效地表达电网结构。可以最大程度地 消除数据冗余和保持数据的一致性。这种方式最大的优点是:专家系统的事实库用 关系数据库实现后，对事实库的搜索可以用结构化查询语言s q l 实现，可以大大提 高搜索效率，缩短搜索时间。 与操作票相关还有一类知识一一操作知识，包括操作任务、操作规则、操作术 语等。自 动开票系统中对操作知识 ( 主要是操作规则)及其相关推理机的设计主要 有三种: ( 1 ) 产生式规则表示和基于产生式系统的推理机 1 2 1 产生式表示法的格式一般为: i f ( 前提 1 )而结论也只能是由一次设备原子、二 次设备原子、实际一次设备、实际二次设备、过程规则5 种知识组成的表达式。 因此，产生式系统中，哪些知识可以作为前提，哪些知识可以作为结论，就是 说，哪些知识需要进一步形式化，还是一个非常重要的问题。如果系统提供的可用 5 华北电力大学硕士学位论文 于前提或结论的事实型知识少了，那么就可能存在着知识无法表达的问题。 产生式的特点是表达格式固定，形式单一，规则 ( 知识单元)间相互较为独立， 因此知识库的建立较为容易，处理较为简单。如果前提与结论部分所需知识形式化 做的好，那么知识库与推理机就可以实现分离。另外，这种结构对系统的推理路径 容易做出解释。它的不足之处在于:简单的产生式系统由于各条规则相互独立，知 识的表达能力较差; 如果按顺序检索， 在复杂问题的求解 数据库和规则库很大时) 过程中效率较低。对冲突的解决、规则匹配的秩序等问题的考虑较为复杂。 ( 2 ) 开关控制逻辑表示和基于开关控制逻辑的推理机 5 9 l 5 由于倒闸操作的特点，操作中面对的基本都是二值变量，状态量的控制也基本 是二值的，也就是说整个操作过程基本都是在二值空间内进行，因此控制规则也能 用二值函数表达，操作的二值特点使得我们可以用二值逻辑代数及开关逻辑电路来 分析和综合操作过程。这种方式的推理将问题求解转化为基于逻辑控制的从初始状 态到目标状态空间的转移过程， 其中初始状态就是系统的当前状态， 目标状态是根据 操作任务来确定的。 这就使推理机从知识表示中独立出来， 为实现通用的操作票专家 系统奠定了基础， 这种推理机充分体现倒闸操作的二值特性， 使规则的表示原子化， 规则也易于修改，推理求解过程简单，可维护性和通用性强，具有一定的创新性。 这种方式的不足有:对于初始态和目 标态相同的一类操作任务，或者操作过 程中存在着一些设备被反复操作的这类操作任务，比较难以处理;对操作任务要 求输入系统的目标状态，用户负担较重。 ( 3 ) 基于 案例的 推 理 1 2 1f 1 6 1 一个基木的基于案例的推理 ( c a s e - b a s e d r e a s o n i n g , 简称c b r )由事例库、检 索机制、事例改写三个核心部分组成。它的特点是:检索是c b r 进行推理的核心， 即推理过程就是检索过程;学习是c b r 系统的一个基本功能;它的主要问题是可能 需要保存和管理一组数量比较大的案例。 综上所述，操作票系统的研究出现了百花齐放的良好局面，这些系统因采用不 同的知识表示和推理方法而各具特色，这为我们进行进一步的研究提供了很好的条 件。 1 . 3存在的问题 因为故障操作票系统与正常操作票系统在知识表示和数据库设计等方面是有共 同点的，因此下面，就一般的正常操作票专家系统，总结出它们的不足以及需要改 进的地方: ( 1 )系统的通用性差 以往很多开票系统一次规则往往都是建立在特定的接线形式上，对应于每个接 华北电力大学硕士学位论文 于前提或结论的事实型知识少了，那么就可能存在着知识无法表达的问题。 产生式的特点是表达格式固定，形式单一，规则 ( 知识单元)间相互较为独立， 因此知识库的建立较为容易，处理较为简单。如果前提与结论部分所需知识形式化 做的好，那么知识库与推理机就可以实现分离。另外，这种结构对系统的推理路径 容易做出解释。它的不足之处在于:简单的产生式系统由于各条规则相互独立，知 识的表达能力较差; 如果按顺序检索， 在复杂问题的求解 数据库和规则库很大时) 过程中效率较低。对冲突的解决、规则匹配的秩序等问题的考虑较为复杂。 ( 2 ) 开关控制逻辑表示和基于开关控制逻辑的推理机 5 9 l 5 由于倒闸操作的特点，操作中面对的基本都是二值变量，状态量的控制也基本 是二值的，也就是说整个操作过程基本都是在二值空间内进行，因此控制规则也能 用二值函数表达，操作的二值特点使得我们可以用二值逻辑代数及开关逻辑电路来 分析和综合操作过程。这种方式的推理将问题求解转化为基于逻辑控制的从初始状 态到目标状态空间的转移过程， 其中初始状态就是系统的当前状态， 目标状态是根据 操作任务来确定的。 这就使推理机从知识表示中独立出来， 为实现通用的操作票专家 系统奠定了基础， 这种推理机充分体现倒闸操作的二值特性， 使规则的表示原子化， 规则也易于修改，推理求解过程简单，可维护性和通用性强，具有一定的创新性。 这种方式的不足有:对于初始态和目 标态相同的一类操作任务，或者操作过 程中存在着一些设备被反复操作的这类操作任务，比较难以处理;对操作任务要 求输入系统的目标状态，用户负担较重。 ( 3 ) 基于 案例的 推 理 1 2 1f 1 6 1 一个基木的基于案例的推理 ( c a s e - b a s e d r e a s o n i n g , 简称c b r )由事例库、检 索机制、事例改写三个核心部分组成。它的特点是:检索是c b r 进行推理的核心， 即推理过程就是检索过程;学习是c b r 系统的一个基本功能;它的主要问题是可能 需要保存和管理一组数量比较大的案例。 综上所述，操作票系统的研究出现了百花齐放的良好局面，这些系统因采用不 同的知识表示和推理方法而各具特色，这为我们进行进一步的研究提供了很好的条 件。 1 . 3存在的问题 因为故障操作票系统与正常操作票系统在知识表示和数据库设计等方面是有共 同点的，因此下面，就一般的正常操作票专家系统，总结出它们的不足以及需要改 进的地方: ( 1 )系统的通用性差 以往很多开票系统一次规则往往都是建立在特定的接线形式上，对应于每个接 一.一 一一一兰i r 兰卫竺o ff + * 鱼; )z 线形式对应于一个模板。例如对于某变电站某电压等级定义为双母的接线形式，如 果接线形式因为变电站的改造而发生变化，则原有的规则将不再匹配，也就不能开 发出正确的操作票来。另外好多操作票的运行方式也是固定在数据库里，则对于没 有规定的一些异常的运行方式，也将不能找到合适的规则匹配。 ( z 系统可维护性差 一般的开票系统都是建立在现有的网络结构上，当电网投入新设备时，必须对 数据库进行大规模的改动，这些都很不利于现场人员的维护。这样的工作量使巨大 的，对运行人员来说是巨大的工作量。 不管是将主接线模板做到程序里还是做到数据库里，在电网系统突然增加了新 的特殊接线形式时，整个操作票系统的维护对现场运行人员来说将是一个工作量巨 大的事情。 ( 3 )系统的易维护性差 一些开票系统虽然做到了知识库与推理机的分离，即用户可以添加新的操作任 务和规则， 但是这些系统或者知识的表示方法非常抽象( 如用开关控制逻辑表示操作 规则) ，或者需要由用户填入的信息非常繁杂( 如对操作任务的维护上，有的系统需 要把典型操作票全部输入系统;有的针对每一个任务都要把它需要操作的设备及其 执行完的状态一 一 输入) ， 而我国现场运行人员的文化水平一般又不高， 导致现场人 员对这样的系统产生本能的抵触。 ( 封 没有考虑设备异常情况下如何开票 现有的系统只能开出正常运行条件下的操作票，而变电站设备出现异常的情况 时有发生，这时运行人员需要进行倒闸操作来改变这些设备的运行状态，为检修、 调整试验及消除设备缺陷做准备，此类操作同样需要先开出操作票再执行。这样， 现有开票系统功能上的不完善也使运行人员远离这些系统。 ( 5 )规则校验的束缚 对操作规则的校验一般仅限于一次设备，而且只对 “ 五防”规则进行校验。虽 然遵守 “ 五防”规则是倒闸操作时最重要的原则，但是违反其它规则时同样可能造 成严重的后果。 1 . 4面向对象技术在电力系统中的应用 面向对象技术作为一种程序设计的方法，现在已经在电力系统的很多方面得到 了应用。 ( 1 )用于开发图形编辑界面 将系统一次接线图中所有组件分别抽象成各个类，为了作图的方便，从图形学 出发，只定义了与作图有关的属性和成员函数 1 7 - 1 9 1 ，这 类操作票专家系统的图形编 一.一 一一一兰i r 兰卫竺o ff + * 鱼; )z 线形式对应于一个模板。例如对于某变电站某电压等级定义为双母的接线形式，如 果接线形式因为变电站的改造而发生变化，则原有的规则将不再匹配，也就不能开 发出正确的操作票来。另外好多操作票的运行方式也是固定在数据库里，则对于没 有规定的一些异常的运行方式，也将不能找到合适的规则匹配。 ( z 系统可维护性差 一般的开票系统都是建立在现有的网络结构上，当电网投入新设备时，必须对 数据库进行大规模的改动，这些都很不利于现场人员的维护。这样的工作量使巨大 的，对运行人员来说是巨大的工作量。 不管是将主接线模板做到程序里还是做到数据库里，在电网系统突然增加了新 的特殊接线形式时，整个操作票系统的维护对现场运行人员来说将是一个工作量巨 大的事情。 ( 3 )系统的易维护性差 一些开票系统虽然做到了知识库与推理机的分离，即用户可以添加新的操作任 务和规则， 但是这些系统或者知识的表示方法非常抽象( 如用开关控制逻辑表示操作 规则) ，或者需要由用户填入的信息非常繁杂( 如对操作任务的维护上，有的系统需 要把典型操作票全部输入系统;有的针对每一个任务都要把它需要操作的设备及其 执行完的状态一 一 输入) ， 而我国现场运行人员的文化水平一般又不高， 导致现场人 员对这样的系统产生本能的抵触。 ( 封 没有考虑设备异常情况下如何开票 现有的系统只能开出正常运行条件下的操作票，而变电站设备出现异常的情况 时有发生，这时运行人员需要进行倒闸操作来改变这些设备的运行状态，为检修、 调整试验及消除设备缺陷做准备，此类操作同样需要先开出操作票再执行。这样， 现有开票系统功能上的不完善也使运行人员远离这些系统。 ( 5 )规则校验的束缚 对操作规则的校验一般仅限于一次设备，而且只对 “ 五防”规则进行校验。虽 然遵守 “ 五防”规则是倒闸操作时最重要的原则，但是违反其它规则时同样可能造 成严重的后果。 1 . 4面向对象技术在电力系统中的应用 面向对象技术作为一种程序设计的方法，现在已经在电力系统的很多方面得到 了应用。 ( 1 )用于开发图形编辑界面 将系统一次接线图中所有组件分别抽象成各个类，为了作图的方便，从图形学 出发，只定义了与作图有关的属性和成员函数 1 7 - 1 9 1 ，这 类操作票专家系统的图形编 华北电力大学硕士学位论文 辑界面， 为用户提供了方便、灵活的显示和操作手段及统一的感观， 进一步丰富和增 强了画面的管理和显示功能15 1 。 但是此类应用并未用于操作票的推理过程，因 此并 没有解决操作票系统的通用性问题。 ( 2 )用于专家系统的知识表示 有些操作票专家系统的知识表示和推理机中也用到了面向对象技术1 5 ,2 0 1 ， 其做法 是: 此种应用是将变电站的各个设备抽象成各个类， 如母线类、 开关类， 再找出母线、 开关等各个类的共同属性，如所属变电站名称，抽象出各个类的基类。j t= 关种类还 可以派生出主变开关、线路开关等。 文献 2 1 1 叙述的是蒙西电网调度操作票系统专家系统的开发，其采用了面向对 象的程序设计技术，就属于木类型。 ( 3 )用于知识推理 文献 2 2 介绍了一种用于知识推理的面相对象知识表示法，其基本思想与传统 的正反推理不同，既不采用数据驱动也不采用目标驱动，而采用消息驱动。认为变 电站设备由有限种类设备按一定联系组成，这些设备及其联系构成两大要素，即层 次性与相关性。例如，线路检修，先断开开关，再断开负荷侧刀闸，最后断开母线 侧刀闸，这就是层次性，是一个逐层推理的过程。而相关性就是不同对象的消息传 递的过程，例如，线路的操作是由开关、刀闸、保护、自动装置等一系列设备的操 作构成的。这两种方式是推理机的主要工作方式。 本文采用了面向对象技术，将整个故障恢复操作票系统划分成了四层，分别是 基础层、扩展层、高级层和应用层四部分组成。 其中扩展层是对于基础层的继承，高级层是对扩展层和基础层上的继承。应用 层是高级层上的继承。 基础层的设备是整个系统结构的基础。而扩展层开关是在几个设备基础上组合 而成的最小的电网的整体类。相应的在开关的基础上，就构成了故障恢复操作票的 四种主要的任务:主变任务、线路任务、母联开关任务、负荷任务。而这四个任务 就构成了一个完整的恢复序列模型，恢复序列是指故障恢复系统每调用一次所恢复 的开关刀) 序列。 以上数据结构的构成，很好的体现了面向对象技术的封装性、继承性和多态性 在电力系统中的应用。 1 . 5本文的主要工作 本文设计并实现了一个地区调度故障恢复操作票的开票系统，具有系统发生故 障或异常时，根据恢复策略自动生成调度操作票。 本文主要解决的关键问题有: 华北电力大学硕士学位论文 辑界面， 为用户提供了方便、灵活的显示和操作手段及统一的感观， 进一步丰富和增 强了画面的管理和显示功能15 1 。 但是此类应用并未用于操作票的推理过程，因 此并 没有解决操作票系统的通用性问题。 ( 2 )用于专家系统的知识表示 有些操作票专家系统的知识表示和推理机中也用到了面向对象技术1 5 ,2 0 1 ， 其做法 是: 此种应用是将变电站的各个设备抽象成各个类， 如母线类、 开关类， 再找出母线、 开关等各个类的共同属性，如所属变电站名称，抽象出各个类的基类。j t= 关种类还 可以派生出主变开关、线路开关等。 文献 2 1 1 叙述的是蒙西电网调度操作票系统专家系统的开发，其采用了面向对 象的程序设计技术，就属于木类型。 ( 3 )用于知识推理 文献 2 2 介绍了一种用于知识推理的面相对象知识表示法，其基本思想与传统 的正反推理不