（电气工程专业论文）基于双判据的乌海电网调度操作票系统应用研究.pdf

华北电力大学j l ：程硕士学位论文摘要 摘要 本文根据国家电网公司“电网运行安全评价”文件中关于电网调度操作票的要 求，开发了乌海电网调度操作票系统。该系统满足计算机开操作票，并有纠错能力 的要求，对安全生产具有积极的作用。本文在分析了应用电网仿真操作填写操作票 应具有功能的基础上，提出了构造方案，由绘图工具箱、数据库、电网接线图、状 态逻辑规则和操作逻辑规则组成。绘图工具箱是绘制电网接线图的工具，并能自动 生成数据库。状态逻辑规则和操作逻辑规则是判断仿真操作正确性的判据，因为电 网操作过程十分复杂。因此，这两个核心软件是用人工智能原理构成，能适应各种 运行方式和各种操作任务的变化，以保证填写操作票的正确性。本文开发出的系统 是一个实用化的系统，在乌海电网调度运行中已投入使用，并取得良好结果。 关键词：电网调度操作票仿真专家系统 a b s t r a ( 了r t h i sp a p e ra c c o r d i n gt ot h es t a t ep o w e rg r i dc o r p o r a t i o n ，”e v a l u a t i o no ft h e s a f eo p e r a t i o no fp o w e rg r i d s ”，i nt h ed o c u m e n to nt h ed i s p a t c ho p e r a t i o nt i c k e ti n e l e c t r i cn e t w o r kr e q u i r e m e n t s ，j i am us i d i s p a t c h0 p e r a t i o nt i c k e t i ne l e c t r i c n e t w o r kh a sb e e nd e v c l o p e d 。t h ec o m p u t c ro p e r a t i n gs y s t e m sm e e td i s p a t c ho p e r a t e t i c k e ta n dc a nc o f r e c tm i s t a k e s t h i sp a p e rb a s e d0 nt h ea n a l y s i sf u n c t i o n s0 fp o w e r g r i do p e r a t o r st o f i l li n a p p l i c a t i o no p e r a t i o nt i c k e tp r e s e n t si t sc o n s t f u c t i o ns c h e m e c 0 m p o s e do ft h eg r a p h i c st o o l b o x ，d a t a b a s e s ，g r i dw i r i n gd i a g r a m ，t h el o g i co fs t a t en l l e a n dt h el o g i co fo p e r a t ef u l e t h el o g i c0 fs t a t er u l ea n dt h el o g i co fo p e r a t er u l ei st h e j u d g m e n to ft h ec o e c t n e s so fo p e r a t i o nc r i t e r i o n ，b e c a u s et h ep o w e r 黟i di sac o m p l e x o p e r a t i o n t h e r e f o r e ，t h et w oc o r ep r i n c i p l e sa r eg e n e r a t e db ya n i f i c i a li n t e l l i g e n c e ，a n d l i b i l i t yt oa d a p tt ov a r i o u so p e r a t i n gm o d e sa n da l lk i n d so fc h a n g e si no p e r a t i o nm i s s i o n t oe n s u r et h ea c c u r a c yo fv o t e st 0f i uo p e r a t i o n t h es o f t w a r es y s t e mt h a t t h i sp a p e r i n t r o d u c e di sav e r yu s e f l l ls y s t e ma n dh a v eb e e np u ti n t ou s ei nj i am us io p e r a t eo ft h e p o w e rn e t w o r kd i s p a t c h i n g ，a n dh a v ea c h i e v e dg o o dr e s u l t s w a n gz h e n g u o ( e l e c t r i cp o w e rs y s t e m sa n da u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f s o n gw e i k e yw o r d s ：p o w e rn e t w o r kd i s p a t c h i n g ，o p e r a t i o nt i c k e t ，s i m u l a t i o no f p o w e rs y s t e m ，e x p e f ts y s t e m 华北电力大学j l ：程硕士学位论文摘要 摘要 本文根据国家电网公司“电网运行安全评价”文件中关于电网调度操作票的要 求，开发了乌海电网调度操作票系统。该系统满足计算机开操作票，并有纠错能力 的要求，对安全生产具有积极的作用。本文在分析了应用电网仿真操作填写操作票 应具有功能的基础上，提出了构造方案，由绘图工具箱、数据库、电网接线图、状 态逻辑规则和操作逻辑规则组成。绘图工具箱是绘制电网接线图的工具，并能自动 生成数据库。状态逻辑规则和操作逻辑规则是判断仿真操作正确性的判据，因为电 网操作过程十分复杂。因此，这两个核心软件是用人工智能原理构成，能适应各种 运行方式和各种操作任务的变化，以保证填写操作票的正确性。本文开发出的系统 是一个实用化的系统，在乌海电网调度运行中已投入使用，并取得良好结果。 关键词：电网调度操作票仿真专家系统 a b s t r a ( 了r t h i sp a p e ra c c o r d i n gt ot h es t a t ep o w e rg r i dc o r p o r a t i o n ，”e v a l u a t i o no ft h e s a f eo p e r a t i o no fp o w e rg r i d s ”，i nt h ed o c u m e n to nt h ed i s p a t c ho p e r a t i o nt i c k e ti n e l e c t r i cn e t w o r kr e q u i r e m e n t s ，j i am us i d i s p a t c h0 p e r a t i o nt i c k e t i ne l e c t r i c n e t w o r kh a sb e e nd e v c l o p e d 。t h ec o m p u t c ro p e r a t i n gs y s t e m sm e e td i s p a t c ho p e r a t e t i c k e ta n dc a nc o f r e c tm i s t a k e s t h i sp a p e rb a s e d0 nt h ea n a l y s i sf u n c t i o n s0 fp o w e r g r i do p e r a t o r st o f i l li n a p p l i c a t i o no p e r a t i o nt i c k e tp r e s e n t si t sc o n s t f u c t i o ns c h e m e c 0 m p o s e do ft h eg r a p h i c st o o l b o x ，d a t a b a s e s ，伊i dw i r i n gd i a g r a m ，t h el o g i co fs t a t en l l e a n dt h el o g i co fo p e r a t er u l e t h el o g i c0 fs t a t er u l ea n dt h el o g i co fo p e r a t er u l ei st h e j u d g m e n to ft h ec o e c t n e s so fo p e r a t i o nc r i t e r i o n ，b e c a u s et h ep o w e r 黟i di sac o m p l e x o p e r a t i o n t h e r e f o r e ，t h et w oc o r ep r i n c i p l e sa r eg e n e r a t e db ya n i f i c i a li n t e l l i g e n c e ，a n d l i b i l i t yt oa d a p tt ov a r i o u so p e r a t i n gm o d e sa n da l lk i n d so fc h a n g e si no p e r a t i o nm i s s i o n t oe n s u r et h ea c c u r a c yo fv o t e st 0f i uo p e r a t i o n t h es o f t w a r es y s t e mt h a t t h i sp a p e r i n t r o d u c e di sav e r yu s e f l l ls y s t e ma n dh a v eb e e np u ti n t ou s ei nj i am us io p e r a t eo ft h e p o w e rn e t w o r kd i s p a t c h i n g ，a n dh a v ea c h i e v e dg o o dr e s u l t s w a n gz h e n g u o ( e l e c t r i cp o w e rs y s t e m sa n da u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f s o n gw e i k e yw o r d s ：p o w e rn e t w o r kd i s p a t c h i n g ，o p e r a t i o nt i c k e t ，s i m u l a t i o no f p o w e rs y s t e m ，e x p e f ts y s t e m 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于双判据的乌海电网调度操作票系 统应用研究，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：二基p 日期：皇乙匕 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：j 袒 日期： 哩! 圣：! 导师签名：盟 日期： 1 2 ：互：! ! 华北电力大学工程硕士学位论文 1 1 课题的意义 第一章引言 按国家电网公司下达的关于“电网运行安全性评价”文件的要求，电网调度操作票， 要由计算机填写，并且要有纠错功能。本课题的研究意义，就在于使开发的乌海电网调 度的操作票系统，达到国家电网公司下达关于“电网运行安全评价 文件的要求。 电网调度指挥操作的过程如下：( 1 ) 开出电网倒闸操作票，并有当值有关负责人员 签字；( 2 ) 提前向相关变电所、发电厂发出相关预操作令，目前往往通过电话方式发出； ( 3 ) 按规定时间，用电话指挥操作。由此可见，填写一张正确的电网调度操作票，是 电网实现正确操作的基础。 但乌海电网网架结构复杂，运行方式变化大，操作任务种类繁多，为完成一个操作 任务，有时涉及多个变电所和发电厂，共操作项目有时可达上百项，而且前后顺序又必 须遵循严格的操作规则，具有严格的逻辑关系。因此，安全依靠电网调度员的记忆来填 写电网倒闸操作票往往是困难的，又是因为各种人为因素的影响，可能出现差错，由此 也可能造成电网倒闸的误操作。 为了电网的安全运行，开发的系统必须达到国家电网公司相关文件的要求，同时要 做到方便、实用，能在电网运行中发挥重要的作用。 1 2 电网倒闸操作票系统的研究现状 目前全国各级调度，真正用手填写电网倒闸操作票的已经很少，绝大部分已采用计 算机填写操作票，但应用水平不尽一致。 应用计算机填写操作票，按其水平和功能，目前分为以下几类： ( 1 ) 应用计算机画出操作票的表格，用人工输入汉字的方式输入汉字，形成操作 票。 ( 2 ) 应用事先储存的固定词组、字典的方式，通过一些关联规则输入到操作票表 格中，形成操作票。 ( 3 ) 事先形成电网接线图，通过在图上仿真操作的方式，形成各操作项，自动填 写到操作票相应的表格中去，从而形成操作票。 ( 1 ) 的方式形成操作票，是应用计算机填写操作票最原始、最初级的方式；( 2 ) 的方式形成操作票，虽然避免了形成操作票时逐个输入汉字的烦琐过程，但事先要建立 相应的字典和词组库；( 1 ) 、( 2 ) 两种方式，都不可能具有自动纠错功能，就连最简单 华北电力大学工程硕十学位论文 的“五防 功能也不具有，因此，前两种方式是不满足国家电网公司下发的“电网运行 安全性评价 文件中，对电网调度操作票关于必须具备纠错功能的要求的；( 3 ) 的方式， 通过在电网接线图上进行仿真操作形成操作票，是当前用的比较普遍的、比较好的一种 计算机填写操作票方式，经过进一步开发，可以具有“五防 的纠错功能，基本上满足 国家电网公司下发的“电网运行安全评价 文件中对操作票的要求。但也存在一些问题， 需待进一步研究，如不能通过在接线图上进行仿真操作形成的操作项应如何处理，比如 像停、投保护、联系上级调度、汇报上级调度等操作项。再如除开关、刀闸、地线的操 作项外，对其他类型项是否能有纠错功能等等。 1 3 本论文所做的主要工作 本文所开发的电网调度操作票系统，是针对乌海电网变电站集中控制调度运行模 式，满足乌海电网集控调度填写操作票的工作需要，同时，必须达到国家电网公司下发 的“电网安全性评价 文件中对电网调度操作票的基本要求，并力求使用更方便、维护 更简单，并在纠错功能上有进一步完善。 为此，本文应做如下工作： ( 1 ) 进行电网调度操作票系统的功能设计，使之满足填写电网调度填写操作票的 基本功能和内蒙古电力公司“两票”管理执行细则要求。 ( 2 ) 建立开发、改造电网操作票系统的平台，使之能满足构建乌海电网接线图、 并在图上通过仿真操作能形成操作项的基本功能。同时，还应顾虑到应具有形成保护操 作项、其他种类操作项的功能等。 ( 3 ) 探讨了人工智能在电力系统的应用。 ( 4 ) 应用专家系统理论，讨论如何构建用于填写操作票时具有“纠错功能的 五 防规则，包括状态逻辑规则和操作规则。 ( 5 ) 讨论了本系统的实际应用效果。 2 华北电力大学工程硕士学位论文 2 1 概述 第二章电网调度操作票系统的功能设计 乌海电网调度操作票系统应当具备二大基本功能，一是通过在电网接线图上进行仿 真操作开出逐项操作票，二是通过字典功能开出综合令。除此之外，还应该具有基于状 态逻辑判据和操作逻辑判据的双重纠错功能，以及自动生成操作票功能、培训功能、完 善方便的维护、修改和扩充功能。 2 2 生成操作票功能 生成操作票可以有两种方式：一是通过仿真操作生成操作票；二是自动生成操作票。 通过仿真操作生成操作票的大致流程是在电网上对开关、刀闸、接地刀闸或接地线 进行拉、合操作。形成相关操作的操作项。对二次继电保护投入或退出的操作形成的操 作项，放在开关的操作中，对其他语言的操作项，如“汇报上级调度”等，可用字典中 储存的词汇直接生成。形成的操作票可进行浏览，发现错误，可以添加操作项、删除操 作项，上、下串行移位等等。 自动生成操作票的流程大致是：首先选择操作任务名，再选择运行方式特征，包括 一次运行方式，二次保护运行方式，在计算机中就会形成适合当前运行方式的，适合今 天操作目的的操作票来。自动生成操作票可以在事故处理中使用，能够争取事故处理的 时间，尽快的恢复系统到较好、较正常的事故后状态下运行。 对于使用过的操作票，在档案中储存，为了节省时间，进行重复性操作或近似的操 作时，可以调出储存的操作票，直接使用，或进行简单的修改后使用。 2 3 生成电网调度综合令功能 在电网调度指挥的电网倒闸操作时，其操作内容，涉及两个及以上变电所时，要填 写逐项操作票，而只涉及一个变电所的操作时，填写综合令。综合令中只给出操作任务， 而不给出具体的操作步骤，因为该任务不需要几个变电所间的配合操作才能完成。 综合令可以用字典功能完成。在字典中选择适当的词汇，填写到综合令表格中，就 形成一张完整的电网调度综合令。 2 4 纠错功能 纠错功能是国家电网公司在“电网运行安全评价”文件中对电网调度操作票系统的 3 华北电力大学工程硕士学位论文 主要要求，它应用专家系统原理构成。本文中在功能设计上有双重纠错功能，即状态逻 辑判据和操作逻辑判据。在电网接线图上通过仿真操作可开断元件形成操作项时，每一 次操作，都会用状态逻辑判据和操作逻辑判据判断此项操作的正确性，错误时指出错误 的种类，以保证开出操作票的实时性和正确性，即填写的操作票即满足当前运行方式， 也保证不违反“五防 规则。 2 5 培训功能 培训功能和正常填写电网操作票功能基本相同，只是用作调度员培训或调度员平时 练习填写操作票。在档案中对培训情况进行单独记录和统计。 2 6 档案管理功能 按乌海供电公司的工作要求，对正常填写操作票和培训进行分别记录和统计，应包 括人员姓名、时间、任务名、操作项数、错误数、正确率等等。 2 7 维护、修改和扩充 系统具有简洁、方便的维护、修改和扩充的功能。其中包括操作票系统正常运行中 的维护工作。当国家电网公司或省电力公司对安全方面有新的要求时，对系统的修改、 以及当有新变电所投入时系统的扩充等。 对维护、修改和扩充工作，不是修改程序，而是通过功能设置来完成。这一工作不 需要专门的计算机人员，而是由调度员即可完成。 4 华北电力大学工程硕士学位论文 第三章人工智能和专家系统应用 在电网调度操作票系统中，在纠错功能上采用了状态逻辑判据和操作逻辑判据的双 重判据纠错。这两种判据都是应用专家系统原理构成的。 3 1 人工智能 人工智能是研究怎样使计算机来模仿人脑所从事的推理、学习、思考、规划等思维 活动，来解决需人类专家才能处理的复杂问题。从实用观点看，人工智能是一门知识工 程学。以知识为对象，研究知识的获取，知识的表示方法和知识的使用。 同传统的计算机程序相比，人工智能首先研究的是以符号表示的知识，而不是以数 值数据为研究对象。其次，采用的是启发式推理方法而不是常规的算法。另外，控制结 构与领域知识是分离的，还允许出现不正确的答案。 近年来对人类智能的理解上形成了两种不同的观点。一种称做符号观点：认为人类 的智能基本单元是符号，认知过程就是符号表示下的符号运算，从而思维就是符号计算。 一些成功的专家系统，自然语言理解系统等都基于这种观点。另一种称做联接观点，即 人工神经网络：认为智能的基本单位是神经元，认知过程是由神经网络构成的，是并行 分布的，而不是符号的运算，这种观点可避免知识表示问题，因为它有自学习能力，带 来的新问题是各种神经元联接网权值设定的困难。 人工智能这一领域是1 9 5 6 年由m 科s k y 等人组织的一个讨论会上提出的，随后做 了一系列的工作，如证明了罗素数学原理中的3 8 个定理。1 9 6 0 年研究出用于符号 处理的计算机语言u s p 。人工智能的研究向纵深发展，其中专家系统已用于医疗诊断、 化学分析等各个不同领域，取得了可喜的成绩。八十年代初期，日本向全世界宣布将研 制第五代计算机人工智能计算机，以专家系统为核心，具有推理、判断、语言理解 的功能。把人工智能推向计算机革命的前沿，在全球掀起了空前的人工智能热潮，许多 发达国家纷纷提出相应的对策措施。 3 2 专家系统 专家系统是人工智能的一个分支，研究专家系统是重视人类知识和经验，重视人类 知识形成过程及启发式思维方法，将产生知识的规则表达成计算机能够接受的形式 知识表示。专家系统的目的是为了解决具有专家级的适当规模的问题，因此它应采取一 定的策略，具备相当丰富的权威性知识，且有学习机制，能对知识库进行改进。在专家 系统产生前人工智能研究主要以形式推理，特别是以各种搜索策略为中心开展的，人工 智能研究从探索人类思维的普通规律转向处理知识的中心问题，主要包括获取知识、表 气 华北电力大学工程硕士学位论文 示知识和利用知识三个基本环节，一般将专家系统的设计人员称为知识工程师，将参加 专家系统开发的人类专家称为领域专家，他拥有该领域专门的知识。因此，专门知识的 特点，决定专家系统的基本特征。 ( 1 ) 专门知识的启发性：人类专家所掌握的大量专门知识中，有些是宝贵经验， 虽没有严谨的理论依据，但解决问题简洁有效，具有启发性。 ( 2 ) 专门知识的专有性：专家实践中积累起来的启发性知识，通常只有专家本人 了解。因此，专家系统应该具有解释功能。 ( 3 ) 专门知识的稳定性：专门知识多是启发性知识，若遇到新情况，新问题，人 类专家随时可能修正这些知识。这就决定专家系统具有灵活性，系统知识应易于修改和 扩充，以使不断适应新情况的需要。 ( 4 ) 专家知识难于抽取：专家知识是人类专家长期积累起来的，这些知识在专家 头脑中往往没有很好的组织，提供知识内容不完善、不确切，这就要求专家系统的开发 是个扩充性过程。专家系统使用的各种程序设计技术多是人工智能研究中建立起来的， 但作为人工智能的一个分支，它也有自己的特点和风格。 首先，专家系统具有较强的针对性。目前的专家系统大多是针对某一狭窄的应用领 域而研制。例如，m y c i n 是用于诊断和治疗感染性疾病，k e n d 凡钮是用于分子结构。 因为一方面，每个应用领域都有各自的特点，其知识形态各异。放在系统中统一处理还 相当困难。另一方面，要使系统具有通解能力，必须保存每一领域的专门知识，计算机 的存储量满足不了。专家系统通过牺牲通用问题求解能力，换得在某个狭窄领域高水平 处理问题的能力。 其次，专家系统具有较好的透明性。透明性是指系统的行为和系统本身能被用户所 理解，它有利于维护系统和提高系统的可接受性。 此外，专家系统具有较强的实用性。专家系统的实用性来源于系统高性能和透明性。 专家系统使用了大量高质量的专门知识，使得它处理问题的能力达到了很高的水平，有 时甚至超过了人类专家，并取得巨大的经济效益。 近年来，专家系统技术又有了更大的发展，体现在以下几个方面： ( 1 ) 建造专家系统工具的出现：如骨架系统以成熟的具体专家系统为基础，它通 过抽去原有专家系统中的专门知识保留其基本骨架而形成，当填入另一门专业知识时， 形成新的专家系统。 ( 2 ) 自动知识获取系统的研制，知识获取是发展专家系统的最困难的一步，因为 要完成理解专家的决策过程并有条理地描述出来实在太难了，目前的一个研究动向是利 用人工神经网络的学习能力来获取知识，构成专家系统与人工神经元网络的一体化系 统。 6 华北电力大学工程硕士学位论文 ( 3 ) 知识库的管理问题：随着专家系统求解问题的难度增大，性能提高和功能完 善，系统中的知识和知识层次的增大，知识库的管理问题已变得突出起来。把数据管理 技术应用于知识库管理已引起人们的重视。 专家系统正进入一个崭新的时期，许多专家系统软件已成为商品。虽然专家系统自 身有一定的局限性，目前只能在一些知识规模小、知识质量高的问题环境下以“顾问 形式给人的问题求解提供辅助性的咨询，没有得到它应有的地位。但随着研究的不断深 化、技术上的不断发展，专家系统一定会有广阔的应用前景。 3 3 专家系统在电力系统中的应用 专家系统在电力系统中的应用只有十多年的时间，起步较晚，应用较少，这是由电 力系统本身的特点决定的。因为电力系统在国民经济和生产、生活中占有特别重要的地 位，稍有不慎，就会造成巨大的损失。因此人们对专家系统在电力系统中的应用十分谨 慎，在安全、可靠的前提下才考虑新技术的采用；另外专家系统技术最适用于那些难以 建立数学模型的领域。对于电力系统这样已有大量数学模型及算法的领域来说，如何应 用专家系统的问题却长期被忽略了。 事实上电力系统的许多实际问题在一定程度上都是数学描述不可能完善的。或者由 于缺乏必要的状态量，单纯的数值方法是难以胜任的。必须同时依靠局部状态量和经 验准则才能较满意地求解这些问题。专家系统能模拟人的抽象思维，综合利用数值分析 和启发式推理，解决电力系统中更高层次的问题。 专家系统在电力系统中的应用虽然起止较晚，但发展很快，1 9 9 2 年8 月召开的国际 大电网会议上把专家系统在电力系统中的应用列为优先议题，这充分说明了这方面的研 究工作在国际上已成为电力系统近期的重要研究领域。 经过国内外众多专家和学者的不懈努力，目前，专家系统技术已应用于电力系统的 各个方面，专家系统在电力系统中的应用有以下几个特点：( 1 ) 在不完整、有偏差、模 糊的信息及数学描述不完善的条件下进行诊断和决策。( 2 ) 保存并传递电力专家积累起 来的知识。( 3 ) 缓和运行人员的劳动强度，便于培养新的电气运行人员。( 4 ) 有助于建 立友好、灵活、统一、高效的接口。这样的接口可以在自动化系统与规划、调度员之间， 在不同的数值分析程序之间，以及算法与启发推理之间建立起来。这将是下一代e m s 的主要特点。 目前，专家系统逐步应用到电力系统中，并取得了一定的成绩，如丌发了应用于电 力系统规划、运行、故障诊断、模拟培训等方面的专家系统。特别在电力系统调度控制 中应用专家系统有着广阔的前景，它的研究开发将大大提高电力系统安全运行水平。 7 华北电力大学- 丁程硕士学位论文 3 4 专家系统的组成与原理 3 4 1 组成 专家系统由知识库、数据库、推理机、知识获取部分、解释部分、人机界面六个部 分组成。其中知识库和推理机是系统的核心，是不可缺少的组成部分。 1 知识库： 知识库是用来存贮领域专家知识和经验的单元。专家的知识只有用适当的数值、符 号，并通过一定的形式表示之后才能为计算机接受。知识库中存放的知识，在系统工作 时，由推理机调用、处理，推理机经过推理产生的新的知识，又送到知识库中存贮，因 此，知识库是动态的。 2 推理机： 推理机实际上是计算机中的一组智能程序，它包括推理机制与控制策略两部分，其 任务是运用给定的推理方法和控制策略，从知识库中选择有关知识，针对用户提出的问 题，作出相应的解答。 3 解释部分： 它负责对系统的推理结果向用户做出解释，使得非专家用户能够理解系统的求解， 增强了对该系统的信任感。一个专家系统具有解释部分，对于用户向系统学习以及对系 统自身的维护都有积极的意义。 4 知识获取部分： 知识获取部分的任务是实现知识源到知识库的转移。知识源一方面来自专家，另一 方面来自书本文献，对这些知识均需经过形式化处理并以编码的方式存入知识库中。知 识获取有人工和自动两种，自动获取知识包含两方面的含义：一是系统可以不通过智能 工程师就能与领域专家交流，并自动地将领域专家传授的知识作形式化处理，存于知识 库中；二是系统能在推理过程中生殖知识，通过总结成功和失败的经验，自动修改、扩 充、完善自身的知识。 5 数据库： 数据库利用计算机中的一部分存储空间，用来存放启功系统工作的一些初始数据和 推理过程中得到的中间结果，例如，在电力系统的故障诊断系统中数据库存放的是用户 提供的有关故障现象和用户要求系统对故障作出诊断的这一事实，数据库和知识库不同 之处是：数据库存放的内容始终处于动态之中且不会永远存入，当系统工作结束之后， 其内容会自动清除。 6 人机界面： r 华北电力大学工程硕士学位论文 专家系统的人机界面，主要用于系统与用户之间的双向信息交流。 ( 1 ) 系统能够理解用户按规定语言输入的信息。 ( 2 ) 系统能向用户提问。 ( 3 ) 系统能显示决策咨询结果，并解答用户提问。 ( 4 ) 系统应能向用户提示系统的操作方法及外围设备的使用方法。 3 4 2 知识的表示方法 知识的表示就是对人类知识的形式化处理，即通过一定的形式来描述知识的语法和 语义。常用的表示法有：产生式系统、谓词逻辑、框架结构和语义网络。 1 产生式系统：它由三个部分组成，即规则库、事实库、推理机。 规则库：主要用于描述有关问题的状态转移、性质变化以及因果关系等过程性知识。 规则的表达形式为： 如果( i f ) a则( t h e n ) b 例如：发电厂的电气运行人员，判定运行中的发电机发生内部故障： r u l el ：如果发电机开关自动跳闸且发电机差动保护动作且发电机仪表有急剧 升降变化且有声光损害则发电机内部故障 r r u l2 ：如果发电机内部故障则机组全停 2 谓词逻辑表示法： 逻辑是人类思维活动规律的一种反映。数理逻辑是用“数学的方法研究形式逻辑 的一个分支。在数理逻辑中，是通过符号系统来表达客观对象以及相关的逻辑推理。谓 词逻辑是数理逻辑的基本形式。知识的逻辑表示法，就是利用一阶谓词逻辑来描述专家 的知识、经验以及推理的方法。命题是一个具有真、假意义的语句，利用命题可方便地 表示客观世界的一些事实。 3 框架结构表示法：框架结构是个组织编排知识的构架。框架有一组“槽”和若干 “侧面 构成，一般形式如下： 框架名： 槽名1 ：侧面1 1值1 1 1值1 1 2 侧面1 2值1 2 1值1 1 2 槽名2 ：侧面2 1值2 1 1值2 1 2 侧面2 2值2 2 1值2 2 2 框架名：用于说明有关框架内知识的领域。 槽名：用以说明该框架所描述的人、事、物的具体属性。 9 华北电力大学工程硕士学位论文 侧面名：则是对槽中内容的进一步说明。 值：是指“槽”或“侧面”中所占有的具体信息。 框架结构非常适合于表示固定的，典型的概念、事件和行为。结构的层次和嵌套， 有利于对某些复杂知识进行组织和表达，且可压缩知识库的空间。结构具有模块性，可 以自由修改、增删框架内容。 4 语义网络： 它实际上是个有向图，由节点和弧所构成，节点表示领域中的特体、概念或某种状 态，而弧则表示它们之间的关系。 例如：“发电机是电气设备 这一事实可用“发电机( g ) ”和“电气设备这两个 节点和l s a ( i s ，a ) 弧表示，如下图3 1 所示： 厂i s a 厂 l电气设备k 一 一 发电机 i 图3 1 语义网络图 语义网络最鲜明的特点是具有人类记忆心理学中的联想特性，它把事物的属性及其 相互关系自然地、简明地、直观地用网络方式表示出来，即便于系统实现推理、解释和 学习功能，又便于知识工程师和领域专家的沟通合作，前述四种知识表示法，在人工智 能特别是在专家系统中较为普遍，但在越技术中除上述四种方法之外，还有诸如：“空 间状态表示法，“与或图表示法，“过程表示法 等，这里就不介绍了。 3 4 3 推理方法 所谓推理，就是根据一个或几个已知的判断，推导出另外的新判断的思维过程。在 专家系统中，领域专家知识的推理，必然要反映领域专家的思维过程。对应于不同的知 识表示方式，其推理方式与控制策略的选择是不一样的。 专家系统中常用的推理方式有正向推理( 又称数据驱动策略) 、反向推理( 又称目 标驱动策略) 以及正、反向混合推理。在基于规则和基于逻辑的系统中，其推理方法是 根据已知的事实，借助一套公理系统或规则，推导出某些结论。这种推理方式称为“演 绎推理 ，即从一般到特殊的推理，在演绎过程中并未生成新的知识。“归纳推理 是一 种从特殊到一般的推理方法，即从个别的事物出发，推导出该事物的普遍规律。归纳推 理最鲜明的特点是可以生殖新的知识。在基于框架结构和基于语义网络的系统中，其推 理形式属于一种“默认推理 ，它通过i s a 链( 或弧) 让子框架( 或下层网络) 继承父 框架( 或上层网络) 具有的某些属性来实现推理。根据知识的精确与否，还有“精确推 理 与“非精确推理 之分。 1 j 下向推理 1 0 华北电力大学工程硕士学位论文 基本思想：从问题已有的信息( 事实) 开始，正向使用规则，当规则的左边被已有 事实匹配时，该规则即为可用规则，然后通过冲突消解，在可用规则中选择一条启发规 则，启发规则右边的使用又导致上下文的改变，从而引起新的规则匹配，如此地循环往 复，直到到达一个问题状态没有可用规则或求得了所要求的解为止。 2 反向推理 基本思想是：先根据问题提出一个假设目标，然后去逐一匹配规则库中的规则，当 某条规则的结论部分被匹配之后，将由此规则的前半部分取出来加入数据库中，并逐一 检验这些前提部分是否存在，如果这些前提事实被当前数据库所匹配，则表明原假设目 标成立，问题获解。否则把这条规则的前提部分作位新的子目标，递归执行上述过程， 直到假设目标被证实或被否定为止。数据驱动和目标驱动两种策略同时控制下的推理称 为混合推理。这种推理的基本思想是综合正向推理和反向推理的优点，先通过数据驱动 帮助选择目标，然后通过目标驱动进一步求证目标，或者正推和反推同时进行，在某个 中间状态相交，满足一致性条件时终止。正反混合推理：即可以避免数据驱动推理的盲 目性，又可避免目标驱动中初始目标选择的盲目性，使这两种推理互为补充。 3 ，4 4 控制策略 专家系统中的控制策略主要涉及两个方面的内容：一是实现对推理方式选择的控 制，二是实现对推理过程的控制，目的是为了快速有效地获取问题的求解目标，提高系 统的推理效率和推理效果。推理方式选择的控制策略，在智能系统中称为元级控制策略。 元级控制一般由相应的元规则来实现。这种元规则( 又称元知识) 体现了人类专家对具 体问题作具体分析求解的辩证思想，也就是说，在对问题的求解过程中，系统先通过元 规则的推理给出适合问题特征的推理方式，然后再对问题求解。元规则一般采用过程表 示模式固化于推理机中。 3 5 建造专家系统的基本步骤 通常要建造一个专家系统，知识工程师最主要的工作要通过和领域专家的一系列讨 论，获取该领域专门问题的专业知识，再进一步概括，形成概念并建立起各种关系，接 着就是把这些知识形式化，用合适的计算机语言实现知识组织和求解问题的推理机制， 建成原型系统，最后通过测试评价，在此基础上进行改进以获得预期的效果。 1 认识阶段获取知识的过程。 建造专家系统的最初阶段是认识阶段，在这个阶段中知识工程师要与领域专家反复 地交换意见，探讨有些什么问题以及所研究问题的定义、特征，其目的是为了找到表达 问题的特征及知识结构，以便进行知识库的丌发工作。更确切的说，认识阶段就是知识 工程师向领域专家获取知识的阶段。 1 1 华北电力大学工程硕士学位论文 2 概念化阶段知识表达方法的选择 经过多次与专家交换意见，并阅读有关资料。知识工程师已经逐步熟悉了该领域中 的专门知识以及它们之间的关系，此时，知识工程师就应着手将认识阶段所得到的知识 “概念化 ，亦即进行抽象化的处理。解决这样一些问题：什么是已知条件? 什么是推 出的结论? 有哪些任务? 用什么样的求解策略? 有些什么数据? 有些什么约束条件，各 个层次关系如何等等。 3 形式化阶段知识库的设计 形式化过程是把上一阶段获得的各种概念、特征等用知识方法进行处理，将其形式 化，以便建立知识库。这个阶段就是建立知识表达的方法，进行知识库的初步设计，恰 当的知识表达方法应该具备以下两个性质：( 1 ) 具有表达专家知识的能力；( 2 ) 简单和 方便地描述、修改和解释系统中的知识。 4 实现阶段原型系统的建立 这时知识工程师们的任务就是将已形成的知识变成计算机的程序，从而建立起最初 的专家系统也就是原型系统。 5 调试阶段知识库的改进与推广 目的是对原型系统进行评价和修改。领域专家与知识工程师紧密配合，首先选择一 些典型的事例输入系统中，让系统运行以便检验其正确性，当有几个例子被通过后，还 需进一步对更多的例子进行试验，一旦发现有不符合要求的情况，便需要对原型系统进 行修正。建造专家系统的过程是种递归的开发过程，原型系统总是根据测试阶段的反馈 信息进行修改，修改的内容重新建立概念，重新设计表示格式或者重新改进已经实现的 系统等等。总之，要经过不断测试与修改，直到满意为止。 3 6 专家系统的总体结构 专家系统总体结构如图3 2 所示： 图3 2 专家系统总体结构图 1 2 华北电力大学工程硕士学位论文 专家系统通过知识获取形成数据库和知识库，通过分析总结专家思考、解决问题的 过程构造推理机。专家系统运用推理机驱动知识库，通过不断的匹配过程，就可以求得 问题的解决。 3 7 专家系统在本文中的应用 电网倒闸操作是一个很复杂的过程，必须按着操作票逐项执行。操作票的填写不允 许出现错误，每一操作项的正确与否，既于当时电网的实时状态有关，又与本次操作的 操作任务有关。因为，我们为了简化问题，将判据分为两大类，分别应用专家系统的理 论加以解决。 一类判据是只与当时系统的实时状态有关，而与具体的操作任务无关。此类判据称 为状态逻辑判据，也就是为保证操作安全通常所说的“五防 规则。“五防规则指的 是在电网倒闸操作中，必须防止的五种人为的恶性误操作事故，具体内容是：( 1 ) 防止 带地线和刀闸；( 2 ) 防止带负荷拉刀闸；( 3 ) 防止带电挂地线；( 4 ) 防止误断开关；( 5 ) 防止误入带电间隔。在填写操作票时，主要应用前三项内容，构成状态逻辑规则作为状 态逻辑判据，以判断该操作项的正确性。该规则是应用专家系统中启发式规则的原理。 另一类判据只与本次操作的具体操作任务相关，而与电网当时的实时状态无关的规 则，此类规则称为操作逻辑规则。一个操作任务要完成的工作，可以看成将电网由一个 初始状态，通过一系列操作，改变为另一个终止状态。为了电网的安全运行，必须保证 全部操作过程的正确性。假如电网的初态和终态是固定的，那么操作过程也是固定的， 只要应用前一个状态逻辑判据，就可以保证填写操作票的正确性。但问题是电网的初态 和状态也不是固定的，比如最简单的一条供电线路停电的操作，对于双母带旁路结线的 变电所来说，供电线路的初态，可能运行于i 母、i i 母或旁母；而供电线路的终态，因 线路停电的目的的不同，其地线的挂法也各有不同。对于不同的电网的初态和终态，其 操作过程也是不同的。 一般专家系统的应用，都是已知一个系统的初态、终态和操作规则，应用专家系统 理论推理由初态到终态的操作过程，而对于电网的操作，初态和终态也是一个变数，给 应用专家系统理论，解决推理操作过程，并保证其正确性问题，也就是如何建立操作逻 辑判据，带来一定的难度。 经过研究，本文用建立实时操作过程文件的方法解决了这个问题。( 1 ) 建立一个电 网标准初态和标准状态下的操作过程；( 2 ) 研究不同初态，不同终态时，每一个状态变 化对操作过程引起变化的规则；( 3 ) 填写操作票之前，先选择操作当时电网的初态特征 和要求电网的终态特征；( 4 ) 由所选的状态特征，根据( 2 ) 中事先建立的规则，对标 准操作过程文件进行修改，形成实时操作过程文件；( 5 ) 调度员填写操作票时，每一项 都与刚刚形成的实时操作过程文件中的相关项相对比，比较结果不同，就说明填写此操 1 3 华北电力大学工程硕士学位论文 作项错误。上述形成的判据称为操作逻辑判据，该判据与状态逻辑判掘共同使用，可保 证填写操作票的正确性。 1 4 华北电力大学工程硕士学位论文 第四章状态逻辑规则和操作逻辑规则 4 1 状态逻辑规则的作用 确定了某一操作任务和电网的运行方式之后，调度员就可以在电网接线图上进行仿 真操作以形成操作票。操作票往往由许多操作项组成，这些操作项有严格的顺序，与操 作任务本身、电网的运行方式及电网的实时状态等都有关系。因此必须保证仿真操作的 正确性才能形成正确的操作票。为了研究问题方便，我们将保证仿真操作正确性的人工 智能软件分为两部分：其中一部分软件是与操作任务和电网运行方式相关的人工智能软 件，这部分软件十分复杂，我们在第三章中研究；而另一部分软件与具体的操作任务和 电网的运行方式无关，而只与当时电网的实时状态有关，这部分人工智能软件即为状态 逻辑规则。 + 进行某项仿真操作 调用状态逻辑规则 i 匹配检索对应该项操作的状态逻辑规则l 调用电网状态文件 + 判断电网状态是否符合相应规则 + 得出结论 i 正确操作错误操作 ( 结束 ) 图4 1 工作过程 状态逻辑判据也称状态逻辑规则，它是由启发式规则组成，它是一组无序、永真的 规则集。所说的无序