（电气工程专业论文）邯郸地区电网智能调度操作票系统的开发.pdf

华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 调度操作票系统是电力系统专家系统的重要组成部分。就调度操作而言，它的问题 是操作元件和操作序列的决定和协调，涉及到供电可靠性、运行方式、继电保护等问题， 因此，调度操作票系统比较复杂。本文根据邯郸电网的实际情况，开发了一个适用性很 强的智能调度操作票系统。主要工作如下： l 、根据邯郸电网的要求，分析并制定了该智能系统的整体设计方案。 2 、应用多智能体的概念研究并建立了本系统的通用认知模型。 3 、开发了规则库系统以及推理机。 4 、完成了与s c a d a d m i s 系统的接口，接收实时数据，实现了操作票的流程的 一体化管理。 关键词：电力系统，调度操作票，多智能体系统，通用性 a b s t r a c t d i s p a t c h i n go p e r a t i o ns h e e t sg e n e r a t i n gs y s t e m ( d o s g s ) i sa ni m p o r t a n tp a r to f e x p e r ts y s t e ma p p l i c a t i o ni np o w e rs y s t e m s a c c o r d i n gt od i s p a t c h i n go p e r a t i o n ，t h ep r o b l e m s a b o u ti ta r ed e c i s i o na n dh a r m o n yo fo p e r a t i o nd e v i c ea n do p e r a t i o ns u c c e s s i o n i ti s a s s o c i a t e dw i t ht h er e l i a b i l i t yo fp o w e rs u p p l y , t h ep a t t e mo fo p e r a t i o na n dp r o t e c t i o n ，f o rt h e s y s t e mi sv e r yc o m p l e x b a s e do na c t u a lc o n d i t i o no fh a n d a np o w e rn e t w o r k ，ad o s g s o f s t r o n ga d a p t a b i l i t yi sd e v e l o p e di nt h et h e s i s t h em a i na c h i e v e m e n t sa r es u m m a r i z e da s f o l l o w s ： 1 a c c o r d i n gt ot h ed e m a n do fh a n d a np o w e rn e t w o r k ，i n t e g r a ld e s i g ns c h e m eo ft h e e x p e r ts y s t e mi sa n a l y z e da n df o r m u l a t e d 2 c o m m o nc o g n i t i v em o d e li sr e s e a r c h e da n db u i l tb yu s i n gt h ec o n c e p to f m u l t i - a g e n ts y s t e m ( m a s ) 3 r u l es y s t e ma n di n f e r e n c em a c h i n ea r ed e v e l o p e d 4 t h ei n t e r f a c eo fs c a d a d m i si sc o m p l e t e di no r d e rt or e c e i v er e a l t i m ed a t a ，a n d a c h i e v ei n t e g r a lm a n a g e m e n tp r o c e s so fo p e r a t i o ns h e e t s f a nx i f i p i n g ( e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rz h a n gj i a n c h e n g k e yw o r d s ：p o w e rs y s t e m ，d i s p a t c h i n go p e r a t i o ns h e e t s ，m u l t i a g e n ts y s t e m ， u n i v e r s a l i t y 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文邯郸地区电网智能调度操作票系统 的开发，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：杰鲣日 期：塑! 型 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) 日期：丝! 兰：吐 华北电力人学： 程硕士学位论文 1 1邯郸电网概况 1 1 1 邯郸电网规模 第一章绪论弟一早三百t 匕 邯郸电网是河北南部电网的重要组成部分，也是河北省南部电网的重要电源点之 一，由于电源较为集中，河北南部电网形成南电北送的潮流分布格局。邯郸电网担负 着向邯郸市区及1 5 个县( 市) 以及山东、河南、山西部分近邻地区的供电任务。经 过4 0 多年的发展，已建成以蔺河、辛安两座5 0 0 k v 变电站及邯峰电厂、马头电厂、 1 5 0 电厂、邯郸热电厂为主供电源，以2 2 0 k v 为主干网、1 1 0 k v 为高压配电网的网架 结构系统i lj 。 截止到2 0 0 5 年底，邯郸电网共有蔺河、辛安( 开关站) 5 0 0 k v 变电站2 座，变 电容量7 5 0 m v a ；2 2 0 k v 及1 1 0 k v 站7 8 座，其中2 2 0 k v 变电站1 3 座( 包括用户站 2 座) ，主变2 9 台，变电容量3 9 6 0 m v a ；11 0 k v 变电站6 5 座( 包括用户站8 座) ， 主变13 7 台，变电容量5 l8 6 m v a ；3 5 k v 变电站2 4 8 座，主变516 台，变电容量 3 3 8 6 7 9 7 m v a 。拥有2 2 0 k v 线路3 3 条，长度7 0 5 4 9 k m ：1 1 0k v 线路1 3 3 条( 用户 11 条) ，长度1 4 6 9 k m ；3 5 k v 线路3 8 0 条，长度约2 4 7 2 4 9 5 k m 。接入系统的地方或 企业火力发电厂2 7 座，装机容量3 4 4 5 m w ；地方水电站1 7 座( o 5m w 以上) ，装 机容量2 8 6 1 2 m w 。 由于邯郸处于四省交界处，使邯郸电网成为联接山东电网、华中电网的重要枢纽， 分别通过5 0 0 k v 辛聊i 、i i 线和辛嘉线与山东和华中电网相连。邯郸电网5 0 0 k v 通过 蔺廉线、辛蔺线、辛廉线与5 0 0 k v 廉州站相连，以2 2 0 k v 与11 0 k v 构成主网架，北 部通过2 2 0 k v 武范线、永康i 、i i 线，东部通过2 2 0 k v 曲南线共4 条2 2 0 k v 线路与 邢台电网相连，成为南电北送的重要通道。 邯郸电网正常方式以苑水、武安、耒马等1 3 座2 2 0 k v 变电站及马厂1 1 0 k v 母线、 1 5 0 电厂、邯郸热电厂( 老厂) 、峰峰电厂为主电源，形成1 4 个区域，实行分区供电。 其中以夏庄、齐村、来马、欣甸和马头发电厂、邯郸电厂为电源形成了2 2 0 千伏环城 高压供电网络，由以上电源引出1 1 0 千伏线路向城区辐射供电。 主供农业负荷的东部1 1 0 k v 变电站多为双电源辐射供电方式，1 1 0 k v 电源为一 主一备，负荷较小的站，停运一台主变，装设线路和变压器自投装置。西部地区由于 1 5 0 电厂的存在，形成环网供电方式，1 5 0 电厂经四条并网线路在2 2 0 k v 苑水站与系 统并网。邯郸电网部分1 1 0 k v 站采取桥式接线，对于不能由2 2 0 k v 变电站直接提供 华北电力大学工程硕士学位论文 电源的llo k v 站，采取“t ”接的供电方式。 1 1 2 负荷情况 近几年，邯郸地区钢铁负荷、农灌负荷以及空调负荷增长迅速，在全网负荷中的 l t - , 歹t j 增加明显，2 0 0 5 年邯郸电网最大网供负荷2 2 8 7 m w ，出现于8 月1 5 日1 9 时5 8 分，比同期增长1 6 9 2 ；平均负荷1 6 6 8 m w ，比上年增长1 7 4 8 ；工业、农业最高 负荷分别为1 6 6 5m w 、9 7 2m w ，分别比同期增长1 4 8 3 、1 5 5 8 ，均创历史新高。 邯郸电网最大峰谷差7 6 4 m w ，比上年增长6 8 5 。 1 2智能操作票系统研究的意义和必要性 在电力系统正常运行中，由于设备检修和运行方式的变更，系统必须经常进行倒 闸操作，为了确保系统的安全稳定运行，在具体操作设备之前，编写电网调度操作票 是一项严格的管理制度。一张正常运行方式下的电气操作票就是在给定的操作任务 下，将电网中相关的电气设备按照运行方式的规定由当前状态切换到目标状态，且遵 循操作规程而形成的一系列操作步骡的有序集合。 拟写电网调度操作票是电网调度人员繁重而经验性很强的一项日常工作。传统的 手工开票易受心理和环境等因素的影向，由于操作票错误或误操作等原因造成的事故 屡见不鲜，给电力系统安全稳定运行带来很大的威胁。因此，开出正确的操作票就显 得格外重要。但是，拟写正确操作票对于调度人员的要求很高：既要具备较高的电力 系统方面的专业知识，又要具备丰富的实践经验，更要对系统相当熟悉，它涉及到系 统的一次设备运行规则和保护自动装置之i b j 的配合，系统运行方式的更改。再者，开 操作票的工作量也相当大，对于制定和审核操作票的现场调度人员是个很大的负担， 尤其在每年的两个检修高峰期，这种矛盾尤为突出。如果将编写操作票工作借助微机 来实现，不但可以大大减轻调度人员的劳动强度，提高调度运行管理的自动化水平， 而且由于它不受外界的影响，只要设计合理，其正确率也将大大提高，这是现场的工 作人员所迫切希望的。 地区电网是以满足地区供电的可靠性为目的，电网结构主要以配电网为主。与输 电网相比，配电网有其自身的特点。配电网一般都具有闭环结构、开环运行的特点。 正常运行时，输电系统经过降压变压器，向_ 个树状的供电区域供电。单个供电段之 间通过一个常合的自动或手动开关连接，而不同供电区域之间则由平时断开的开关所 联系。配电网可能包括成千上万个数据点，数据比相关的输电网的数据常常大出一个 数量级。由于配电系统与人民生活休戚相关，它的建设和维修频繁变化，随着电力科 学技术和施工技术水平的不断提高，不同时期对配电网的建设和改造也不同，这样导 致了配电网的接线形式变得非常复杂，各地调所管辖的配电部分会大不相同。而邯郸 2 华北电力人学j i ：程硕士学位论文 电网因其重要的地理位置，大面积的供电范围，更具有一些自身的特点。这也为智能 操作票系统的发展提出了更新的挑战。因此，通过研究邯郸地区电网的实际情况，总 结电网操作的相关知识，开发一套适合邯郸电网实际状况的智能调度操作票系统，是 一项电力系统应用研究的重要课题。 1 3智能操作票系统的研究现状 操作票的整个操作步骤是领域内大量知识和经验的描述，很难建立准确的数学模 型，传统的数值分析方法不足以解决，而智能系统本身是一种弱求解方法，非常适用 于无法用数值方法定量分析解决的经验性、逻辑性强的问题。 迄今，一些专家和学者在这方面已进行了有益的探索和尝试，取得了很好的社会 效益和经济效益 2 1 。 国外的操作票专家系统较早的有日本的t a k a s h ia b e 等人开发的v i r g o 专家系 统【3 】。该系统自动生成顺序的电气操作命令集，并且具有仿真功能。它采用知识描述 语言k d l 实现，操作任务仅限于4 种：停电、送电、并列和单独运行。所涉及的电 气设备类型限于3 种：母线、线路、变压器，而且形成的操作票中不涉及保护压板的 投退。 国内对这项工作的研究始于2 0 世纪8 0 年代，国内一些高校和科研院所先后开展 了此方面的研究，如清华大学、华北电力大学、福州大学、华南理工大学、上海交大、 西安交大等院校，丌发了针对不同发电厂、变电站及各级调度中心的操作票专家系统， 取得了良好的效益。 在变电站方面，智能操作票系统已经取得了显著的成果【4 。8j ，表现在： ( 1 ) 通用性强，能够适应国内各种变电站的不同情况； ( 2 ) 可靠性高，能保证开列操作票的正确性； ( 3 ) 管理功能比较完善，基本能够代替人工实现管理工作，如：历史票查询、 数据库管理等比较繁琐的工作。 变电站智能操作票系统给现场工作人员带来了极大的帮助，大大减少了他们的工 作量，而且提高了安全性和可靠性，创造了良好的经济效益。实践证明：变电站智能 操作票系统是行之有效的。 与变电站智能操作票系统相比，智能电网操作票系统的发展则缓慢许多【9 - 1 4 1 ，其 客观原因主要有以下几点： ( 1 ) 电网接线方式非常复杂，因而涉及的操作也非常复杂。知识表示比较复杂， 而且推理机制很难给出相应的模型； ( 2 ) 操作语言不规范，各个地区的模式不尽相同； ( 3 ) 可靠性不够高。 3 华北电力火学j i ：程硕士学位论文 以上原因限制了智能电网调度操作票系统的通用性和安全性，再加上缺乏统一的 标准，因此智能电网调度操作票系统一直得不到大面积的推广。 近几年，多智能体系统( m u l t i a g e n ts y s t e m ，m a s ) 和一体化技术成为分布式 人工智能领域的研究热点【l5 。旧j 。m a s 技术可以克服原先多个系统之间各成体系、相 互之间信息交互不足等造成的效率不高、整体决策依据出现偏差，甚至决策错误等诸 多问题。而一体化技术则是对多智能体技术的成功扩展，应用一体化技术可以使系统 结构变得简约明快，降低了信息交互、存储的冗余度，避免了由于数据存储不当所造 成的数据丢失及损坏，保证了系统运行的可靠性，进一步提高了系统安全运行的能力， 它的发展及应用是多智能体技术成熟发展的标志，具有更高的实用价值。由此，m a s 和一体化技术以其出色的协同工作能力和解决复杂问题的能力，很好的解决了实现智 能电网操作票系统遇到的问题，成为实现智能电网调度操作票系统的最有效手段 2 0 - 2 4 1 。利用m a s 和一体化技术开发的智能电网调度操作票系统有如下特点： ( 1 ) 能够在电网接线方式非常复杂，操作也非常复杂的实际条件下实现智能推 理： ( 2 ) 较好的解决了通用性和用户可维护性； ( 3 ) 具有较高的可靠性。 智能电网调度操作票系统的实际应用，大大减轻了调度员的工作强度，提高了运 行的智能化水平，也标志着智能电网调度操作票系统是行之有效的。 1 4本文的主要工作 针对大型电网调度运行管理这样一项复杂工作，必须寻求多个智能系统的相互协 作来完成。本文的主要工作是：用m a s 理论解决调度操作票智能系统与其它智能系 统之间的协作，开发一套通用的和用户可维护的邯郸电网智能调度操作票系统。 本文拟在以下几个方面丌展工作： ( 1 ) 数据结构的设计。建立面向对象的电网知识表示模型，将电网结构及相应 厂、站的结构表示清楚，充分发挥面向对象技术编程语言的优越性。同时，对数据库 的设计进行优化，实现利用较小空间合理存储较多的电网参数信息；对数据的存储进 行优化，利用内存链表的形式实现数据交换的高速化。 ( 2 ) 研究基于m a s 的调度操作票系统任务控制协调策略和解决方案。 ( 3 ) 建立合理的电网智能操作票系统规则库、推理机及操作术语等机制。 ( 4 ) 通用性和用户可维护性的研究与实现。包括通用性的研究和方便的用户维 护功能的实现。研制典型操作模板和学习机制，解决通用性和用户可维护性问题。 ( 5 ) 建立完善的管理机制，实现数据库、知识库及信息查询的有效管理。 ( 6 ) 开发一套邯郸电网智能调度操作票系统，并在实际运行中检查所提方案的 4 华北电力大学工程硕士学位论文 正确性和有效性。 华北电力人学i ：程硕士学位论文 2 1引言 第二章数据结构的设计 数据结构的设计是大型软件丌发的基础，其设计水平直接制约着整个软件的水 平。对于电网调度操作票系统，由于面对的是大量的电网运行参数，如何利用更小的 空间合理存储更多的信息，如何以更简洁的方式获取这些电网参数，如何以更快的速 度实现数据之问的查询和交互，是需要着重解决的基础性问题。 首先，将数据库技术应用到电网调度操作票系统中，能够很好地解决多智能体间 的协调和协作能力，完成复杂的控制任务和解决复杂的问题。优化的数据库设计能够 实现利用较小的空间存储较多的信息。利用各个数据表之间不同字段的对应关系，可 以描述电力系统各元件之间的拓扑关系。因此，优化的数据库设计完全可以胜任描述 电力系统静态拓扑结构的任务。同时，c s 模式的数据库使电网调度操作票系统的网 络化成为可能。 其次，利用一体化技术，不但可以轻松的实现多个系统之间的数据共享，而且可 以充分利用现有资源，减少软件重复开发所造成的资源浪费。将一体化技术应用到电 网调度操作票系统中，实现与s c a d a 系统的数据共享，能够简洁的解决获取电网参 数的问题。 最后，将内存链表技术应用到电网调度操作票系统中，能够很好地解决快速数据 查询和交互的问题。大型关系数据库在数据查询和交互速度上并没有优势。对于计算 机的存储介质来说，内存的存取速度是最快的。因此，采用内存链表这种最快的数据 存储方式才能达到高速运行的要求。 本章针对上面提到的三个问题进行深入的分析，提出三种主要解决途径并进行详 细的论述。 2 2数据库的优化设计 对于邯郸这样的地级电网来说，其调度范围包括几十个厂站，一百多条线路，几 千个开关以及上万把刀闸，导致其数据量是十分庞大。因此，如何利用较小的空间合 理存储更多的电网参数信息是数据库优化的关键。在电网的实际运行中，随着时间的 推移有些设备老化需要更换新设备；有些电能的传输通道被取消，则相应的设备就要 被淘汰；由于经济的发展，要上一些新的厂站等等。这些因素决定了电网的结构会不 断发生变化。所以数据库的设计还应使它具备良好的用户可维护性和易扩充性。 6 华北电力人学：j ：程硕士学位论文 2 2 1 系统元件拓扑的存储 电网结构主要是由5 类元件构成：母线、线路、变压器、开关和刀闸。对应这5 类主要元件，结合元件之问的连接关系，我们设置了母线参数表、线路参数表、变压 器参数表和开关参数表。对于刀闸，主要是以间隔为基础，将其作为开关的附属元件 进行描述，包含在丌关参数表中。 数据表中的字段分为个体字段和相关字段两部分：其中，个体字段主要描述电气 设备的个体属性。例如，各个表中的索引d d e n a m e 、设备名称和电压等级等。而 相关字段主要描述此种电气设备与其他电气设备拓扑连接关系的属性。例如，母线表 中的所属厂站，线路表中的连接丌关，以及开关表中的连接设备等。 个体字段表征设备的个体属性，相关字段描述各种设备之间的关系，从而把整个 系统有机联系起来j 分类明确、层次合理。 2 2 1 1 母线参数表 母线是系统潮流交换的地方，母线的形式及变形很多。在这里，采用了能适应绝 大多数情况的表示方法，只存放最简单的信息在数据表中。不对母线的具体连接设备 进行描述，即不将母线连接的具体- 丌关作为一个数据成员，而把连接关系的分析工作 转移到推理过程中去，大大提高了数据表的通用性。母线参数表的数据结构如图2 1 所示。 图2 1 母线参数表数据结构 2 2 1 2 线路参数表 线路是站与站之间的联络，不能将线路单纯归结为某个厂站。线路的名称是唯一 的标识，它的属性有电压等级、连接开关等。它所连接的开关是指广义上的开关，有 线路开关和线路入口刀闸多种形式。线路参数表的数据结构如图2 2 所示。 7 华北电力大学工程硕士学位论文 图2 - 2线路参数表数据结构 2 2 1 3 变压器参数表 变压器参数表是一个广义的数据表，在电网调度中涉及的变压器主要有两类：主 变和联络变压器。主变用于变电站内连接不同电压等级的母线。而联络变压器则一般 用于连接2 2 0 k v 母线和5 0 0 k v 线路。两者的操作步骤有所不同，但是数据组成基本 一致，因此可以将其归结到一个表中。变压器参数表的数据结构如图2 3 所示。 图2 - 3 变压器参数表数据结构 2 2 1 4 开关参数表 开关作为连接电网中其它设备的纽带，是电网中最重要的元素。开关参数表中存 8 华北电力人学】：程硕士学位论文 放着调度管辖范围内的所有丌关信息，每一条记录存储个开关。它是所有用到的开 关的真正存放处。从s c a d a 系统中获取的开关数据只有开合两种状态( 分别以0 和 l 表示) ，但是推理中必须要体现开关的四种状态运行、热备用、冷备用和检修， 因此必须配合刀闸和接地刀闸的开合( 同样可以从s c a d a 中得到) 来确定开关的状 态。开关参数表的数据结构如图2 4 所示。 图2 - 4开关参数表数据结构 2 3与s c a d a 系统共享数据 2 3 1 一体化的设计思想 一体化思想是指通过一定的联系使相对独立的各个系统形成能够协调解决问题 的方法，这些原来处于松散耦合的系统或联系不是很紧密的系统可以通过数据的共享 等方式实现协作，不但可以降低数据、信息的冗余度，避免由于数据冗余造成的信息 流阻塞和由于数据丢失与错误造成的系统瘫痪，而且还能够降低各个系统的复杂程 度，提供解决复杂问题的有效方法。一体化的实现能够完成各个系统之间的无缝连接 和数据共享。 对操作票系统来说，电力系统中各设备的运行状态是智能推理和计算分析的基 础。而数据采集与监控( s c a d a ) 系统的功能正是量测反映电力系统各种电气设备 运行状态的数据量，包括状态量( 遥信) 、模拟量( 遥测) 和累加量( 电量) 。因此， 9 华北电力火学工程硕士学位论文 通过与s c a d a 系统的一体化设计，可以充分利用现有资源，方便快捷的实现实时数 据的获取，减少软件重复丌发所造成的资源浪费。 2 3 2s q ls e r v e r 的数据转换服务( d t s ) s q ls e r v e r 的数据转换服务通过提供一组工具，将来自完全不同数据源的数据析 取、转换、合并到d t s 连通性所支持的单个或多个目的地，以满足新系统开发和信 息集成的商业需求。通过使用d t s 工具可以图形化地生成d t s 包，从而创建适合特 殊商业需要的自定义数据互操作解决方案【2 5 。0 1 。这里，d t s 包是一个有组织的连接 d t s 任务、d t s 转换和工作流约束的集合，定义了数据转换的过程。利用微软数据 转换服务d t s ，可以完成以下工作： 2 3 2 1 数据的导入导出 导入和导出数据是在不同应用之间按普通格式读写数据从而实现数据交换的过 程。例如，d t s 可以将一个以a s ci i 格式的文本文件或从a c c e s s 数据库中读出的数 据导入到s q ls e r v e r 数据库中。同样用户也可以将数据从s q ls e r v e r 数据库中导出 并输入到另一个o l ed b 数据源或a d o 数据源中。 2 3 2 2 转换数据格式 s q ls e r v e r 允许用户将数据在实现传输之前进行数据格式的转换。例如，用户可 以根据源数据中的一列或多列数据进行重新统计计算，甚至可以将一列数据分割成多 列存储在目的数据源的不同列上。因此，通过转换数据格式，用户可以方便地实施复 杂的数据检验，进行数据的重新组合，提高导入、导出数据的效率。 2 3 2 3 传输数据库对象 在不同的数据源之间( 如o r a c l e 和s q ls e r v e r 之间) ，利用d t s 提供的功能，可 以方便地实现索引、视图、登录账户、存储过程、触发器、规则、约束等数据库对象 间的传递。 d t s 的数据转换处理过程如图2 5 所示： 1 0 华北电力人学：i ：程硕士学位论文 图2 - 5d t s 的数据转换处理过程 2 3 3 数据共享的实现方法 考虑到s c a d a 系统数据库和操作票系统数据库为两个结构不同的数据库系统， 分别有自己的数据结构，而操作票系统所需的只是s c a d a 系统中的部分数据，因此 在数据传输过程中需要进行查询、传输和数据转换工作。利用d t s 强大的数据连接 和转换功能，可以方便地完成上述工作，其图形化的设计、友好的人机接口不仅可以 对传输过程一目了然，而且可减少大量的编程工作。 利用d t s 从s c a d a 系统获取实时数据的具体操作主要分为两个步骤： ( 1 ) 检索数据 从s c a d a 系统数据库查询所需的数据并将这些数据传输到操作票系统的缓冲数 据库。此任务可以利用d t s 提供的导入导出向导工具完成。 ( 2 ) 更新数据 按照事先设计好的数据结构更新操作票系统数据库中的实时数据。由于操作票系 统的数据表是以描述系统静态拓扑结构为目的进行设计的，因此，其结构与s c a d a 的数据表存在很大差异。这使得数据更新必须以对应字段的形式进行，过程较为复杂。 本系统通过d t s 设计器的执行进程任务和编写s q l 应用程序相结合的方式共同完成 该项任务。 2 3 4 数据刷新的两种具体方式 在完成数据共享的任务定义后，可以将这些任务封装成d t s 包，保存形成作业。 通过对该作业进行任务定时，使这些任务可以按照要求自动执行。调用d t s 包主要 有两种方式j 一种是在包的属性中直接设置任务的调度时间和时间间隔，这种方式用 于按照固定的时间间隔进行数据刷新，因此也被称为定时刷新。定时刷新在等同于 s c a d a 数据库刷新周期的基础上，延时2 分钟进行，保证在每次s c a d a 完成数据 华北电力人学l ：程硕士学位论文 库刷新后，进行系统状态刷新。另一种是利用命令行提示工具d i s r u n 运行包，并结合 w i n d o w s 消息触发d t s 包的运行。这种方式用于系统运行过程中的主动数据刷新， 其刷新时间由调度员操作确定。 2 4 数据的优化存储 2 4 1 内存链表的优越性 对于数据库中存储的大量系统数据，如果程序直接钊对数据库进行操作，速度势 必受到很大影响。对于诸多计算机的存储介质来说，内存的存取速度是最快的。在内 存中以链接方式存储的线性表叫做链表。将内存链表技术应用到电网调度操作票系统 中，能够很好的解决快速数据查询和交互的问题。因此，采用内存链表这种最快的数 据存储方式才能达到高速运行的要求。另外，内存链表还具有以下优点： 首先，用一组任意的存储单元来存放线性表的结点( 这组存储单元既可以是连续 的，也可以是不连续的) ，这利，形式决定了只要内存尚有空闲，就不会产生溢出，提 高系统运行的稳定性。 其次，内存链表是一个结构，它的结点可以包括多个不同类型的数据成员。因此， 内存链表可以实现与数据库的数据表之自j 的对应，也就是说它能够完整再现设备参数 表中各字段的数值以及各字段之间的逻辑关系。 。 再次，利用指针即可遍历链表的所有结点。在内存链表的任何位置进行插入、删 除、编辑都只需修改指针即可完成。在频繁进行操作的情况下，其效率显而易见。 最后，内存链表的生命周期为程序进程的存在时间，因此，在整个程序的运行过 程中只需与驻入内存的链表进行数据交换，大大提高运行速度。 这些优越性决定了采用内存链表的存储方式可以很好的满足电网调度操作票系 统在数据存储方面的各项要求。 2 4 2 内存链表的实现 鉴于内存链表的诸多优越性，结合邯郸电网调度操作票系统对推理分析速度的要 求，我们首先针对不同的设备参数表设计了与之对应的内存链表。在这些基本链表的 基础上，通过程序的分析和逻辑判断生成新的派生链表，以达到更方便的进行拓扑结 构分析的目的。在程序初始化时，创建数据链表，并将数据库中的数据作为初始值写 入链表。在执行过程中可以通过特定消息进行刷新，将数据库中的实时数据写入链表， 保证开票过程能够在实时数据的基础上进行。 2 4 3 基本链表 华北电力人学：l ：程硕士学位论文 基本链表是与数据库中的设备参数表对应的内存链表，其数据成员与设备参数表 的字段一一对应。主要包括：母线链表，线路链表，变压器链表和开关链表。它们结 构等同于相应的参数表，这早不再赘述。 2 4 4 派生链表 为了更方便的获取系统的拓扑结 构，通过对基本链表进行分析和逻辑判 断，形成派生链表。例如，在母线参数 表的设计上，为了满足通用性的要求， 并没有将母线连接的开关作为字段进 行存储。但是，母线连接的开关对操作 票系统来说是一个非常重要的信息，而 此信息的存储就是由母线所连丌关这 个派生链表来实现的。在形成基本链表 的过程中，针对母线链表中每一条记 录，遍历已经形成的丌关链表，判断哪 个开关的连接设备是该母线，进而将这 个开关的指针存放到母线所连开关链 表中。程序流程如图2 - 6 所示。由于采 用的是指针形式，当开关的参数发生变 化时其指针并没有发生变化，因此，不 必对该链表进行任何维护即可实现数 图2 - 6母线所连开关链表压制流程 据的同步更新，大大简化了拓扑分析过程。利用相同的原理，我们还设计了线路所连 开关链表和变压器所连开关链表。 2 5本章小结 本章针对如何利用更小的空间合理存储更多的信息、如何以更简洁的方式获取电 网参数、如何以更快的速度实现数据之间的查询和交互，这三个数据结构设计的基础 性问题，分别提出了三种解决方法并就其实现方式进行了详细的论述。 利用数据库的优化设计实现利用更小的空间存储更多的信息。利用各个数据表之 间不同字段的对应关系，描述电力系统各元件之间的静态拓扑关系。同时，在数据库 的设计上兼顾了通用性和易扩充性。 利用一体化的设计思想，实现操作票系统与s c a d a 系统的数据共享。充分利用 现有资源，方便快捷的实现电网实时数据的获取，减少软件重复开发所造成的资源浪 l3 黧 燃一 华北电力人：学i ：程硕+ 学位论文 3 1引言 第三章基于m a s 的系统总体设计 智能体( a g e n t ) 和多智能体系统( m u l t i a g e n ts y s t e m ，m a s ) 是目前分布式 人工智能领域的研究热点。应用m a s 技术解决多个a g e n t 之间的协作问题是一个比 较前沿的课题。m a s 技术可以克服原先多个系统之间各成体系、相互之间信息交互 不足等造成的效率不高、整体决策依据出现偏差，甚至决策错误等诸多问题。将m a s 技术应用于电力系统具有十分重要的理论意义和实际应用价值。本章通过阐述m a s 的基本概念和在电力系统中的应用，将其应用到邯郸电网智能调度操作票系统的总体 设计中。 3 2m a s 的基本概念及其在电力系统中的应用 3 2 1智能体的概念 智能体( a g e n t ) 一词，国内也有学者称之为主体，有些文献则称之为软件代理， 最初形成于分布式人工智能领域，至今尚无统一和确切的定义。比较权威的a g e n t 定义为【1 7 圳，2 3 】：在与其它a g e n t 共同存在协同处理的环境中能够自主地、持续地活动 的实体。大多数研究者认为，a g e n t 是一种具有知识、目标和能力，并能单独或在人 的少许指导下进行推理决策的能动实体，是一种处于一定环境下包装的计算机系统， 为了实现设计目的，它能在这种环境下灵活、自主地活动。 a g e n t 一般具有以下特性： ( 1 ) 自治性( a u t o n o m y ) 。a g e n t 运行时不直接由人或其他部门控制，它对自己 的行为和内部状态有一定的控制权。 ( 2 ) 社会能力( s o c i a la b i l i t y ) 或称可通信性( c o m m u n i c a b i l i t y ) 。a g e n t 能够 通过某种主体通信语言( a g e n tc o m m u n i c a t i o nl a n g u a g e ) 与其他主体进行信息交换。 ( 3 ) 反应能力( r e a c t i v i t y ) 。a g e n t 应该感知它们所处的环境，可以通过行为改 变环境，并适时响应环境所发生的变化。 ( 4 ) 自发行为( p r o a c t i v e n e s s ) 。传统的应用程序是被动地由用户来运行的， 而且机械地完成用户的命令，而主体的行为应该是主动的，或者说是自发的，主体感 知周围环境的变化，并做出基于目标的行为( g o a l d i r e c t e db e h a v i o r ) 。 华北电力大学i ：程硕十学位论文 3 2 2m a s 的基本概念 多智能体系统( m a s ) 由多个松散耦合的、粗粒度的智能体组成，它包括分布 式专家系统( d i s t r i b u t e de x p e r ts y s t e m ，d e s ) 、分布式知识源( d i s t r i b u t e dk n o w l e d 2 e s o u r c e s ，d k s ) 和分布式问题求解系统( d i s t r i b u t e dp r o b l e ms o l v i n g ，d p s ) 。 m a s 是由多个a g e n t 组成的集合，系统中每个a g e n t 被认为是一个物理的或抽 象的实体，能作用于自身和环境，操纵环境的部分表示，并与其它a g e n t 通信。由 于m a s 不仅具有个性，而且具有社会性一一互相合作，故不能完全等同于传统的 专家系统、智能控制等。 与单一a g e n t 系统相比，m a s 更注重智能体之间的协调、规划和综合行为，它 具有以下优越性： ( 1 ) 问题求解能力强。m a s 中各a g e n t 拥有自己的知识、数据和控制能力， 概念清晰，设计简化灵活，单个a g e n t 无法解决的问题通过a g e n t 之问的协作完成， 从而使整个系统解题能力提高。 ( 2 ) 问题求解效率提高。系统中各节点同时并行地求解问题，可实现任务的 并行求解，提高求解效率。 ( 3 ) 降低系统丌发成本。由于整个应用背景的大型复杂任务分解为多个较专 门的子任务分布到各个a g e n t 软件上，在设计m a s 时，其对模块化的考虑比在设 计集中式系统时更强，降低了单个a g e n t 软件的复杂度和硬件支撑要求：各a g e n t 进行信息通信和协作，同时采取负荷平衡策略，可降低对通信带宽的要求。 ( 4 ) 具有可扩展性。m a s 中各a g e n t 结构更改、功能扩充可相对独立地进行， 对其它a g e n t 影响较小，不像集中式智能系统那样“牵一发而动全身”，当应用系统 规模扩大、功能增强时，可以通过扩展新的a g e n t 实现。 ( 5 ) 可靠性增强。m a s 可以进行数据复制、资源冗余以及处理节点冗余，故 当任一a g e n t 发生故障时，系统仍能有效运行，并具有较强的恢复能力。 ( 6 ) 能够处理信息的不确定性。分布在各a g e n t 上的知识不可避免地存在不确 定性和完备性，m a s 可以通过协作策略消除这些缺陷得出全局满意解。 3 2 3m a s 在电力系统中的应用 上世纪八十年代，分布式人工智能( d a i ) 研究处于早期阶段，在此阶段开发 了一些原型系统以探讨d a i 领域内的问题1 5j 。其中有2 个著名的系统，一个是 h e a r s a y i i ，由于其结构良好，后来为许多其它系统所采纳而成为一种通用的系 统结构。h e a r s a y i i 中的每个a g e n t 经互联网连接而成，每个a g e n t 按自指导方式 进行局部处理，a g e n t 之间通过反复地异步交换不同抽象层次上的部分中间结果来 消除数据的不确定性，进行协作求解。另个著名系统是d a v i s 和s m i t h 提出的合 华北电力人学】：程硕士学位论文 同网【3 2j ，它是基于信息通过谈判协议进行合作的代表，其应用较广泛，现已经出现 许多合同网协议的d a i 系统。在合同网系统中，各a g e n t 可充当两种角色，即产生 任务的“管理者”和愿意执行任务的承包者。前者负责监督任务的执行与结果的处 理，后者负责任务的实际操作，二者通过双向交换信息与局部多种选择达成“合同”， 从而将管理者产生的任务分配到合适的承包者上。承包者可以进一步划分任务并与 其它的a g e n t 签订合同。国内较早出现的m a s 则有中科院数学所于l9 8 5 年开始丌 发的分布式专家联合系统u n i o n 【3 3 3 4 】，清华大学自1 9 8 7 年以来研制的分布式运输 调度系统d t d s 一1 。 专家系统为电力系统的非数值计算型及数值计算与非数值计算混合型研究提 供了有力的手段。电力系统的特征决定其对分布式、多个专家系统联合作用的需求， 由于人工智能( a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ，a i ) 技术在电力系统中的应用较晚，而将m a s 应用于电力系统分析与控制的研究正在广泛开展，成熟的研究和应用还较少，有报 道的较完整的系统有： ( 1 ) d 2 分布式故障诊断专家系统【3 5 】 d 2 是一个用o p s 5 开发的基于分布式问题求解内核d p s 环境的故障诊断专家 系统，由c a r n e g i e m e l l l o n 大学开发。它包括4 个成员：管理单元、假设单元、约 束单元和删除单元，各成员之间通过黑板结构实现通信，彼此协作求得问题解。 ( 2 ) 运用协作分布式和层次问题求解法进行电力系统控制 3 6 】 由于输电线过负荷问题不易于形式化为一个数值程序，并且较难缩短处理时 | 白j ，故该系统采用协作分布式问题求解( c d p s ) 技术和层次化问题求解( h p s ) 技术。 用c d p s 方法把一个大型电力系统分成几个平等的子系统，每个子系统带有独 立的知识库，有控制本系统的能力。当子系统内某条线路过负荷，该子系统独立操 作：在内部操作无法解决问题时，便扩大问题解域，向其它子系统请求协作。 h p s 方法则把整个系统按层次划分，子系统也具有独立的解题能力，低层次的 子系统可以向上一层子系统请求协作，本层子系统之问的协调必须在上一层子系统 之下进行，故高层次子系统比低层次子系统具备更强的解题能力。 上述两种系统比传统集中式专家系统在解题速度和质量上都大为提高，并且具 有良好的可扩展性。 已投入使用的专家系统和相关资料表明，目前的智能系统大多数还只是相对孤 立的系统，这些系统对于解决本领域内的问题具有很好的效果。例如操作票专家系 统，从现场使用的情况来看，已经取得了很好的经济效益。但是电力工业日新月异 的发展，计算机在电力系统自动化中的应用日益广泛，开发人员不断地将专家系统 应用于电力系统中，相继开发出各种适用于电力系统的专家系统，将电力系统的管 理水平提高到一个比较高的层次，如：电网运行方式专家系统、调度操作票专家系 统、继电保护运行管理专家系统等。随之而来的问题就是如何使存在于同一电力系 1j 7 华北电力大学工程硕士学位论文 统中的几个智能系统协调工作。由于以前在开发各种专家系统的同时没有过多地考 虑这一方面的问题，因此这个矛盾变得日益突出。 近年来，m a s 成为研究的热点，它在兼顾单智能体系统优点的同时，重点解决 功能独立的智能体之间通过协商、协调和协作，完成复杂的控制任务或解决复杂的 问题。已经有一些研究人员开始做这方面的工作，即在原有的系统上再增加个专 门用于协调专家系统之间工作的系统。这要求开发人员以后在丌发各种专家系统的 同时，要为多个专家系统提供可以协调工作的接口，以备以后几个系统更好地协调 工作。而用m a s 理论来解决以上问题有其独到的方法和效果。将m a s 应用到解决 电网调度操作票的自身及与s c a d a 系统和d m i s 之间的协作问题，可以充分发挥 协作的潜力与优势。 图3 - 1 基于m a s 的调度操作票系统整体功能框图 华北电力大学工程硕士学位论文 3 2 4 本文系统基于m a s 思想的总体结构 基于以上分析，本文采用m a s 理论，提出如下的系统总体结构和实现机理。 上页图3 1 是基于m a s 的电网调度操作票系统整体功能框图。图中s c a d a 系 统及d m i s 系统是邯郸电网已具备的功能，其它均为新丌发功能。系统协调模块负 责采用m a s 解决操作票智能体与s c a d a 和d m i s 之间的协作。操作票系统从 s c a d a 系统接收电网运行实时数据，为正确开写操作票提供可信的数据依据。操 作票系统是一个分布式网络系统，分布在调度中心的主控室和相关部门，为调度员 提供智能化的拟票、审核、管理环境。一张操作票生成并经过审核之后，通过d