（计算机软件与理论专业论文）电力操作票在线自动生成系统的设计与实现.pdf

摘要 本文针对现有调度操作票自动生成系统大多为离线的单一智能体系统，在 智能化、安全性校核、流程化审核执行等方面需要提高的现状，提出建立操作 规则模板及用户可维护机制解决操作规则描述，学习及推理的通用化问题，开 发和实现了与s c a d a 系统共享实时数据、与管理信息系统集成的集自动开票、 手工开票、模拟预演，流程化审核、执行与管理等多种实用功能于一体以及用 户可维护的新型智能化电网调度操作票系统。该系统主要是通过对应用对象进 行仔细分析，建立知识库、规则库和推理机，利用推理机对知识库的解空间进 行搜索，用专家系统的推理技术来实现各类操作任务的形成，操作人员通过给 定的界面，选择操作任务和其它配置项，经过五防判断，就能自动生成相应的 操作内容。最后，本文分析介绍了操作票的管理及操作票专家系统在实际中的 应用。本系统主要具备以下一些特点： 1 实用性。本系统开发了一个功能强大的图形软件包，用户可以根据现场 设备的变化自行修改变电站一次系统图。同时，本系统实现了电网操作票所需 的功能：开票功能和管理功能，增强了系统的实用化程度。 2 实时性。通过v c + + 实现远动c d t 循环规约，获取s c a d a 系统实时数据， 存入本系统的实时数据库，利用数据库编程技术，连接实时数据库，实时刷新 本系统的设备状态，使之与现场实际状态相符。 3 通用性。本系统的知识库是建立在电力系统一般知识和客户提供的变电 站的特殊知识的基础上的，基本上无需修改即可应用于其它类似电力网络。 4 多种开票方式。有三种操作票：倒闸票、综合票和逐项票，每种有3 种 操作票生成模式：自动生成、调用典型票和手工开票，能满足各种开票需要 5 模拟预演功能。在系统自动生成操作票后，可通过操作预演功能把操作 票中的一次设备操作项目涉及到的开关和刀闸用动画闪烁的形式在变电站一次 系统图上逐项展示，从而起到检查操作项目及培训新手的作用。 6 用户的分级管理及日志管理功能。通过划分操作权限，对用户进行分级 管理，保证系统的安全性；日志管理功能有利于分清责权。 关键词：电网调度，专家系统，智能推理，操作票，操作规则 a b s t r a c t t h e e x i s t i n gs w i t c h i n gs e q u e n c e st i c k e ta u t o m a t i cf o r m a t i o ns y s t e m sa r em o s t l y t h eo f f - l i n es i n g l ea g e n ts y s t e m , a n dn e e di m p r o v i n gi nt h ea s p e c t so fi n t e l l e c t u a l i z e d , s e c u r i t yc h e c k i n ga n df l o wv e r i f i c a t i o ne x e c u t i o n i nv i e wo f t h i ss i t u a t i o n , t h i sa r t i c l e p r o p o s e dt oe s t a b l i s ho p e r a t i o nr u l e st e m p l a t ea n du s e r s m a i n t a i n a b i l i t ym e c h a n i s m t os o l v et h eu n i v e r s a l i z e dq u e s t i o no ft h eo p e r a t i o nr u l e s d e s c r i p t i o n , s t u d ya n d c o n s e q u e n c e t h ea r t i c l ed e v e l o p e da n dr e a l i z e dan e wi n t e l l e c t u a l i z e ds w i t c h i n g s e q u e n c e st i c k e tf o r m a t i o ns y s t e mf u rp o w e rg t i dt h i ss y s t e mc o m b i n e sw i t ht h e m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e ma n ds h a r e st h er e a l - t i m ed a t aw i t ht h es c a d a s y s t e m i th a sm a i n t a i n a b i l i t ya n di n t e g r a t e sm a n yk i n d so fa p p f i e df u n c t i o n s ： a u t o m a t i c a l l yo r d e r i n gt i c k e t , m a n u a l l yw r i t i n gt i c k e t , s i m u l a t i o np r e v i e w , f l o w v e r i f i c a t i o n , a n dt h ee x e c u t i o na n dm a n a g e m e n t t h es y s t e ms o t su pr e p o s i t o r y , r e g u l a t i o nb a s ea n di n f e r e n c ee n g i n e ，a n ds e a r c h e st h es p a c eo fk c y so fr e p o s i t o r y m a k i n gu s eo fi n f e r e n c ee n g i n e ，a n df o r m sa l lk i n d so fo p e r a t i o nt a s k su t i l i z i n gt h e r e a s o n i n gt e c h n i q u eo fe x p e r ts y s t e m o nt h eg i v e ni n t e r f a c e s , o p e r a t o r sm a ys e l e c t o p e r a t i o nt a s k sa n do t h e rc o n f i g u r a t i o no p t i o n s , a n dt h ec o r r e s p o n d i n go p e r a t i o n c o n t e n t sw o u l db ef o r m e da u t o m a t i c a l l ya f t e rt h ef i v e - p r e v e n t i o ne s t i m a t i o n a tl a s t , i t a n a l y z e s a n di n t r o d u c e sm a n a g e m e n to fs w i t c h i n gt i c k e t sa n da p p l i c a t i o n so f s w i t c h i n gt i c k e t so fe x p e r ts y s t e m t h em a i nd i s t i n g u i s h i n gf e a t u r e so f t h es y s t e ma r e t h ef o l l o w i n g ： 1 p r a c t i c a b i l i t y t h es y s t e mh a s d e v e l o p e dap o w e r f u lp i c t u r es o f t w a r ep a c k a g e t h ec o n s u m e rc a nr e v i s es u b s t a t i o np i c t u r ea c c o r d i n gt om o v e m e n to ft h es c e n e e q u i p m e n t s t h es y s t e mh a sr e a l i z e df u n c t i o n sn e e d e db yt h ed i s p a t c h i n gt i c k e to f p o w e rs y s t e m ：t h ef u n c t i o no fo r d e r i n gt i c k e ta n dt h ef u n c t i o no fm a n a g i n gt i c k e t , a n dt h e s eh a v es t r e n g t h e n e dt h ep r a c t i c a b i l i t yo fs y s t e m 2 r e a lt i m e r e a l i z et h ec d tc i r c u l a t i o ns t i p u l a t i o n st h r o u g hv c + + ，g a i nt h e s c a d a s y s t e mr e a lt i m ed a t aa n ds a v ei tt ot h er e a lt i m ed a t a b a s e b yu s i n gt h e d a t a b a s ep r o g r a m m i n gt e c h n o l o g yt oc o n n e c tt ot h er e a lt i m ed a t a b a s e t h es y s t e m r e a l i z e sr e f r e s h i n gt h ee q u i p m e n t s s t a t eo ft h ep o w e rs y s t e m ，a n dm a k e st h es t a t e a n s w e rt oa c t u a ls t a t eo fs c e n e 3 g e n e r a la v a i l a b i l i t y t h ek n o w l e d g eo fs y s t e mi sb a s e do nt h eg e n e r a l k n o w l e d g eo fp o w e rs y s t e ma n dt h es p e c i a lk n o w l e d g eo fs u b s t a t i o np r o v i d e db y c u s t o m e r s s oi t 锄b eu s e di no t h e rp o w e rs y s t e m sn e a r l yw i t h o u tr e v i s i n g 4 k i n d so fw a y st oo r d e r i n gt i c k e t s t h e r ea r et h r e ek i n d so ft i c k e t s ：s w i t c h i n g o p e r a t i o nt i c k e t , s y n t h e t i c a l l yo p e r a t i n gt i c k e ta n dg r a d u a lt i c k e t e v e r yk i n do ft i c k e t h a st h r e eg e n e r a t i n gp a t t e r n s ：a u t o m a t i c a l l yg e n e r a t i n g , t r a n s f e r r i n gt h er e p r e s e n t a t i v e t i c k e ta n dm a n u a l l yo r d e r i n g s oi tc a ns a t i s f ya l lk i n d so f o p e r a t i o nm i s s i o n s 5 t h ef u n c t i o no fs i m u l a t i o np r e v i e w a f t e ro r d e r i n gt i c k e t sa u t o m a t i c a l l y , t h e s y s t e mc a ns h o w t h es w i t c h e sa n dk n i f es w i t c h e s , i t e mb yi t c m w h i c ha l er e f e r r e dt o i nt h i so p e r a t i o n , i nt h ew a yo fg l i t t e r i n g t h i sc a nc h e c kt h eo p e r a t i n gi t e m sa n dt r a i n n o v i c e s 6 t h ef u n c t i o n so fc o n s u m e r sc l a s s i f i c a t i o na d m i n i s t r a t i o na n dm a n a g i n gd a i l y r e c o r d s 。b yd i v i d i n gt h ea u t h o r i t y o fo p e r a t i n g , i tc a r r i e so u tc l a s s i f i c a t i o n a d m i n i s t r a t i o no i lt h ec o n s u m e r s , a n dt h i se n s u r e st h es e c u r i t yo fs y s t e m ，t h e f u n c t i o no fm a n a g i n gd a i l yr e c o r d si sp r o p i t i o u st od i s t i n g u i s ht h er e s p o n s i b i l i t i e sa n d r i g h t s k e yw o r d s ：p o w e r 酣dd i s p a t c h i n g ；e x p e r ts y s t e m ；i n f e r e n c ee n g i n e ；s w i t c h i n g s e q u e n c e st i c k e t ；o p e r a t i o nr u l e m 此页若属实请申请人及导师签名。 独创性声明 本人声明，所呈交的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据我所知，除了文中特别加以标注和致谢 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， 也不包含为获得武汉理工大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己 在论文中作了明确的说明并表示了谢意 研究生签名： 隼日魈榉 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定， 即；学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅； 学校可以公布论文的全部内容，可以采用影印、缩印或其他复铡 手段保存论文 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 一鼢率名：4 篮日哔 注；请将此声明装订在学位论文的目录前 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章引言 1 1 选题所研究内容的背景和意义 电力工业是国民经济的基础产业，是国家的经济基础之一，它的安全稳定运 行对国民经济的发展起着举足轻重的作用，保证电网的安全稳定运行是各级调 度、特别是变电运行和发电厂的中心任务。 倒闸操作是指电气设备或电力系统由一种运行状态变换到另一种运行状 态，由一种运行方式转变为另一种运行方式时所进行的一系列的有序操作如 断开或合上某些断路器和隔离开关、断开或合上某些直流操作回路、切除或投 入某些继电保护装置和自动装置或改变其整定值、拆除或装设临时地线及检查 设备的绝缘等l 。 倒闸操作是变电站运行值班人员的一项重要工作，是一项比较复杂的工作， 既有一次回路的操作，也有二次回路的操作，操作项目繁多，多达几十乃至上 百项操作。它关系着变电站及电力系统的安全运行，也关系着在电气设备上工 作的工作人员的生命及操作人员本身的安全误操作可能造成全变电站停电， 甚至扩大到整个电力系统，使系统瓦解【2 l 【3 l 。 操作票是由变电站运行人员根据操作任务，结合系统的运行方式、设备的 运行状态，遵守操作规程而开列编写的倒闸操作的有序集合。随着现代技术的 发展，电力系统的规模越来越大，运行操作也越来越复杂。每日的操作产生大 量的操作票，对这些操作票的产生和执行使调度员的大脑一直处于紧张状态， 稍有疏忽，就会造成重大事故。由于值班运行人员的素质和业务水平参差不齐， 而且人也易受情绪、环境等的影响，因此手工开票出错的概率始终存在。特别 是当一段时期( 如春检) 变电站的运行方式转换特别多，或由一个操作大队负 责数个无人值班变电站的倒闸操作时，开写操作票成为值班人员沉重的负担。 根据对误操作事故的分析，相当一部分误操作事故是由于开写操作票不正确造 成。如果开发一套软件能辅助他们开写操作票，代替他们的部分劳动，甚至输 入操作任务就能自动生成正确的操作票，具有重要的实用价值1 4 】。 运行人员在开列操作票时，主要是依据变电站安全运行规程、现场运行规 程、操作习惯和经验等等，制定从当前的运行方式到操作任务指定的运行方式 武汉理工大学硕士学位论文 的一系列有序的操作集合。可见开票过程并没有一个确定的数学模型，用通常 的数值分析的方法无法实现自动开票。因此很多人利用专家系统( e s ) 技术开 发变电站操作票开票系统，并取得了不少成果。这些系统与传统的手工开票相 比，具有以下优越性【5 j ： 开票速度快，操作票规范、整洁； 利用防误逻辑、专家经验等保证操作票的正确性： 提高电气设备倒闸操作工作效率，保证电气设备检修有效时间等。 因此操作票专家系统有着广泛的应用前景。但是从现有系统的使用情况来 看，根据推理能自动实时生成操作票的系统并没有真正推广开究其原因，主 要是这些系统普遍存在着开发周期长、移植性差、用户维护困难、难以适应系 统的变化等问题。在变电站的运行中，电力设备及线路运行状态时有变化，这 就需要运行人员及时作出处理。这时进行倒闸操作的目的是改变这些设备的运 行状态，为开票做准备。然而现在已经开发的系统都没有实现在线路运行状态 发生变化时如何准确及时地推理开票 综上所述，采用专家系统技术进行设计，吸取调度员的丰富经验，总结各 种操作规则，开发一套在线路及电力设备各种运行状态下均能正确推理开票的 操作票实时开票系统，可以减少用户的维护工作量，做到准确、清晰、迅速等 要求，一方面将调度员从复杂的劳动中解脱出来，集中精力去解决电网安全、 经济运行中更深层的问题，另一方面弥补了新调度员操作经验不足的缺点，避 免由于经验不足而造成的疏漏，具有非常现实的意义 1 2 电力操作票系统的研究现状 国外关于电气操作票开票系统的研究较少，对这个问题的考虑一般比较简 单，操作任务种类少，操作过程只考虑一次设备的顺序，不涉及保护压板与自 动装置的投切与调整，实现起来比较容易。较早的有日本t a k a s h i a b e 等人开发 的v i r g o 专家系纠6 j 【一。它采用知识描述语言k d l 实现，操作任务仅限于4 种： 停、送电操作，并列、单独运行。所涉及的电气设备类型仅限于3 种：母线、 线路、变压器，形成的操作票中不涉及保护压板的投停，也末涉及安全自动装 置的运行管理l s j 。 从8 0 年代中期始，国内一些高校及科研院所先后开展了此方面的研究，如： 2 武汉理工大学硕士学位论文 华北电力大学、福州大学、华南理工大学、上海交大、西安交大、东北电力学 院等院校，开发了针对不同电厂、变电站及地区调度的操作票专家系统，取得 了很好的效益。华北和东北网调较早就投人了自动开票系统，但智能程度较低； 据报道，江西省调使用的一套操作票专家系统具有很好的人性化界面及图形开 票功能，但智能化水平还有待提高；其他网、省调也相继有操作票专家系统投 入运行，南瑞公司已将操作票专家系统列为e m s 系统【9 j 的标准配置。 目前，一些科研院所正在进行铰链型操作票专家系统的开发。已经开发出 不少专门针对某些发电厂或变电站的微机生成操作票系统，但这些系统中具有 “实时开票”功能的，真正投入实际运行的比较少国内研究情况如下。 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 数据库型操作票管理系统。 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。这是利用计算机产生操作票最低级和原始的形式，但是字迹清楚、票 面整洁、修改方便，使人感觉到了用微机产生操作票的优点。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【1 0 】中较为常见。 特点是：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。以文本形式存储每一步的操作内容，修改随意、灵活。 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。 缺陷是：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。 2 图形化晁面操作票审核系统。 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 ) 用于操作校验。针对操作票中有无违反安全操作规程的操作内容进行 检查，设计出一种图形化用户界面的操作票审核系统。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，检查所写操作票有无违反安全操作规程的操作，内容不符合规 则时将做出提示。 3 武汉理工大学硕士学位论文 ( 2 ) 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 断开、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：( i ) 将图形引入开票系统，用电网接线图来描述变电站 设备形象直观。( i i ) 用形式化的操作票语言来描述操作规则或用一种数学模型 来描述设备的倒闸操作规则。( i i i ) 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。这种方法是将操作设备、设备之间 的拓扑关系及设备操作规则用一种数学模型来表达，如用矩阵论或图论表示设 备及设备之间的拓扑关系、用逻辑表达式表示电气设备的操作规则，具有一定 的防止设备误操作的能力。 这种方法形成的操作内容实际上是由用户的行为决定的，系统只起校核作 用，其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。 3 智能推理型操作票系纠切。 此类软件专家系统思想和a i 技术实现操作内容的自动生成，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，利用推理机对知识库的解空间进行搜索， 用专家系统的推理技术来实现各类操作任务的形成。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。但这类操作票 生成系统中，具有“实时开票”功能的，真正投入实际运行的比较少。 1 3 存在的问题 总的来说，对于现有操作票系统，不足和尚待改进的地方有【1 3 】【1 4 1 ； 1 系统的可维护性差。 有的开票系统往往是针对某个特定的变电站而开发，知识库与推理机没有 完全分开，操作任务、操作规则等被写入源程序中，尽管开发人员对操作任务 和操作规则等都进行了非常详尽的分解归类，在开发完成的初期也许能完全满 足开票的要求，但是随着电力系统的发展，如变电站投产新的设备甚至运行方 4 武汉理工大学硕士学位论文 式发生变化( 近几年的城网改造和农网改造使这种变化非常普遍) ，原先的系统 就不能胜任了 2 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) ，而我国变电站运行人员的文化水 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。 3 缺乏实时性。 现有的系统只能开出正常运行条件下的操作票。而当电网运行方式发生改 变或者变电站设备出现异常时，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，但由于开票系统缺乏实时性，不能及时开出当前运行状态下 的操作票。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。 1 4 本文所做工作 本文研究了某市级电力调度网络，开发了一套电力操作票自动生成专家系 统，系统实现了；绘制编辑电网拓朴图，实时显示电网状态信息，自动生成倒 闸票、综合票和逐项命令票，调用典型票和历史票，变电站管理，系统权限管 理等功能。本系统已经应用于河南新密市电业局调度中心。 本文主要做了如下工作： 1 实现了非常实用的电网一次接线图绘制编辑功能，而且在绘图完成的同 时，生成了电网的拓扑结构。 2 利用a p i 函数实现部颁c d t 循环规约，接收远动端遥信遥测信息，并对 接收到的数据信息进行处理并存入数据库。 3 分析电力系统倒闸操作类型和运行规程，建立推理机制，利用关系数据 库实现数据共享，实时显示电网状态信息，实现操作票的在线实时开票。 4 建立用户操作平台，设计方便、美观的人机交互界面，以使运行人员能 轻松自如地完成复杂操作票的编写工作。可实现选择操作任务、操作对象、自 5 武汉理工大学硕士学位论文 动开票、图形开票、手工开票、典型票调用和历史票调用、导出票、打印票、 快速模拟预演等功能。 5 建立操作票存储数据库，存储所有经计算机产生的操作票，将其分类保 存，并且日后能够查询、调用。 1 5 解决的关键问题 1 知识表示 本文首先定义一个断路器集，由开关及其相关联的刀闸组成。然后，将操 作票推理过程中用到的设备知识可以分为五类：母线类，输电线路类，两卷变压 器类，三卷变压器类，t v ( 互感器) 类。由断路器类对应的断路器对象作为这五 个类的成员变量，将所有的操作最后都可以细化到是对断路器集进行的操作 那么生成倒闸操作票时，就只用调用相关联的刀闸或开关的操作规则，修改规 则时，也只用修改开关或刀闸规则，大大提高了开票规则的可维护性。 同时，因为开综合命令票和逐项命令票时，不需要具体到开关刀闸，以上 五类设备也有自己的操作规则表，供开综合命令票和逐项命令票时使用。 2 图形软件包的实现 一般的操作票自动开票系统中，一次接线图要么是借用别的绘图软件来绘 制，要么是与开票功能分开实现。而在本软件中，实现了一个功能强大的图形 软件包，使绘制变电站一次接线图与操作票开票合为一体，用户可以根据现场 设备状态实时修改一次接线图，从而使开票更加准确、顺畅。 3 远动数据的接受和存储【明 本文解决主站与远动分站之间的接口问题，实现了远动数据的接受和存储。 利用m f c 提供的互斥类c l u t e x 实现线程间数据共享，利用m f c 消息机制以自定 义消息，建立线程间的通信，使数据的接受与处理同时进行，大大提高了系统 工作效率。而且以上操作进行了封装，具有良好的可重用性。 不断的接收远动信息，并将接收到的遥信遥测信息经过处理后存入本系统 的实时数据库，通过数据库编程技术，实时访问实时数据库，实时刷新各变电 站一次接线图，使接线图中各设备图元状态与电力网络实时状态保持一致，提 高了开票的实时性与准确性。而且，采集到的远动信息数据具备通用性，可以 在开发其他高级应用软件时调用，具有实用价值。 6 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章系统总体设计 2 1 专家系统的主要构成 所谓“专家系统”，它是一个在某特定领域内，用人类专家水平去解决该领 域中难以用精确数学模型表示的困难问题的计算机程序。专家系统的基本思想 是让计算机能够存储某一领域的专门知识，并能象专家那样有效地利用这些知 识去解决该领域的复杂问题。一个专家系统的优劣在很大程度上取决于它所具 有的“专家知识”的多少和水平的高低【1 6 】1 1 7 0 8 。 2 1 1 专家系统的特点 “操作票专家系统”是变电站使用的倒闸操作票的智能处理系统，它根据 电力系统对倒闸操作的。五防”要求和现场设备的状态，按照规则进行判断， 开出完全实用的包括一、二次设备操作项目的电力系统操作票。操作票专家系 统应具有以下几个特点【1 9 l ： ( 1 ) 启发性 由于经验性知识通常没有严谨的理论依据，很难保证其在各种情况下是普 遍正确的，但在一定条件下用来解决问题往往能有效地简化问题或快速求得问 题的解。人们把具有这种特点的知识称为启发性知识，把具有严谨理论依据的 专门知识称为逻辑性知识。专家系统要达到人类专家处理问题的水平就必须能 够存储和利用这些启发性知识，像专家那样j 通过推理和判断来求解问题。专 家系统的这个特点称为启发性。 ( 2 ) 透明性 专门知识大都是人类专家在实践中积累起来的启发性知识，通常只有专家 本人掌握，为了使用户对求得的结果放心，专家系统必须具有向用户解释推理 过程、回答用户提问的解释功能，使它对用户是透明的。 ( 3 ) 正确性 专家系统所开出的票应该是符合现场实际的正确的可操作票。 ( 4 ) 灵活性、通用性 7 武汉理工大学硕士学位论文 要把专家头脑中的经验知识全部而明确地表示出来不是一件很容易的事， 而要反复多次，不断扩充才能达到。况且，这些启发性知识往往是有针对性的， 在特定情况下才是正确的，情况变化后也要随之而变化。这就要求专家系统具 有灵活性。系统中的知识要便于修改、扩充。 本专家系统还应具备提供“自动开票”、“图形开票”、“手工开票”、“典型 票调用”和“预存票调用”等多种开票方式，用户可以任意选择一种或者互相 转换使用，使开操作票方式灵活多样。 另外从通用性方面它应适用于各种电压等级( 6 k v 5 0 0 k v ) 的变电站。 ( 5 ) 开放性、可维护性 专家系统除可以完成诸如设备编号定义、常用开票术语修改、保护数据编 辑、操作票格式的定制、操作人员管理外等常规维护之外，还应允许对系统的 一次接线图、闭锁条件等进行修改。 ( 6 ) 实时性 专家系统还能直接从s c a d a 系统、模拟屏系统、厂站监控系统或r t u 接收 遥信遥测量，具备现场设备状态的实时反馈功能。 2 1 2 专家系统的组成 目前对于专家系统的结构尚没有完全一致的看法。但对实用专家系统的基 本结构，则看法大致相同。它由：知识库、数据库、推理机、咨询解释和人机 接口等组成。其中知识库、推理机是核心部分例【2 1 1 。 ( 1 ) 知识库 存放系统求解问题所需要领域的专门知识。知识获取过程中获得的专门知 识以适当的知识表示方法和结构形式存入知识库中，采用事实库和规则库的形 式表示。一个专家系统性能的好坏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关键工作。知识库具有存储、检索、修改扩充等 功能。 ( 2 ) 数据库 存放所解问题的原始数据( 事实) 和推理过程中得到的各种中间信息。为了 使推理机能方便地求解问题，数据的表示和组织形式应尽量和知识库的表示相 容。 ( 3 ) 推理机 8 武汉理工大学硕士学位论文 它是一组程序，用来控制和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。 主要完成： 接受人机接口的操作任务 向s c d a 等接口发信，告知刷新数据库。 检查操作任务的合法性，形成有效的问题求解空间。 对知识库和数据库进行搜索、推理和查询，形成正确的操作序列。 对操作序列中涉及的设备，告知图形管理模块修改其状态。 将操作序列送人机接口成票。 将所开操作票进行归档管理。 ( 4 ) 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把用户熟悉的 信息表示手段( 如：自然语言、表格、图形) ，转换成内部表示的形式，再交给 相应的组成部分去处理。专家系统输出的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 2 本操作票自动生成系统的知识表示方式 2 2 1 电器设备的分类及知识表示 操作票推理过程中用到的设备知识可以分为五类：母线类，输电线路类， 两卷变压器类，三卷变压器类，t v 类。另外，还有一个断路器类，生成的断路器 对象作为以上五个类的成员变型2 2 】。也即是说，所有的操作最后都可以细化到 是对断路器集进行的操作。断路器集由开关及其相关联的刀闸组成。每类设备 对应数据库中一张表示操作规则的关系表。断路器也对应一张操作规则关系表。 结构如图2 - 1 所示： 9 武汉理工大学硕士学位论文 图2 - 1 变电站一次设备结构组成框图 本系统中，设备知识表示方法采用关系表来表示，关系表的属性包括设备 自身状态信息，以及与该设备有关联的断路器集的状态信息等。按照上述分类， 电气设备可表示为以下6 个关系表：母线关系表，输电线路关系表，两卷变压 器关系表，三卷变压器关系表，f r r 关系表，和断路器关系表以两卷变压器关 系表为例如下： 表2 - 1 两卷变压器关系表 编号变压器变电站电压等高压侧高压侧低压侧低压侧 名称名称级中性点断路器中性点断路器 接地刀集接地刀集 闸闸 由上表可知，所有对变压器的操作最后都是转换为对某一断路器集的操作。推 理时，结合断路器操作规则表中的操作语句，以及变压器设备关系表各设备名 称，可以通过v c + + 程序将各操作语句中的开关及刀闸变量具体实例化，从而产 生对变压器操作的具体操作语句，形成操作票。 2 2 2 开票规则的知识表示 开票规则就是对各种一次电气设备的操作规则，包括母线操作规则、输电 线路操作规则、两卷变压器操作规则、三卷变压器操作规则和t v 操作规则，以 及断路器集操作规则吲。以两卷变压器为例，见表2 2 ： 武汉理工大学硕士学位论文 表2 - 2 两卷变压器操作规则表 规则i d操作前提 结论 l变压器并列子任务1a n d 子任务2 a n d a n d 子任务n 2变压器分列子任务1a n d 子任务2 a n d a n d 子任务n 3变压器倒停子任务1a n d 子任务2 a n d a n d 子任务n 4变压器新投入运行、充电变压器投入运行o r 变 及其它压器充电o r 其它 5变压器投入运行子任务1a n d 子任务2 a n d a n d 子任务n 6变压器充电 子任务1a n d 子任务2 a n d a n d 子任务n 7其它子任务1a n d 子任务2 a n d a n d 子任务n 如上表所示，将每个结论分解为若干个子任务，每个子任务都是一个操作 语句，如果得到的子任务仍然是一个操作前提，则继续对其进行分解，分解到 最后都对应为对断路器集进行的操作。对一次设备的操作就都可转换为对断路 器集的操作，只需调用断路器集操作规则知识库。对断路器集的操作就是对断 路器集中开关以及与开关相关联的刀闸的操作，我们只需要将对开关刀闸的操 作规则写入断路器集规则知识库，如：在某种电网运行方式下，1 检查】( ) 【开 关确已合上；2 取下】( ) 【开关直流操作熔丝；3 断开) 【) 【刀闸，检查】【) 【刀闸确 己断开。 在进行倒闸票开票时，搜索断路器集规则知识库，根据电网运行方式，找 出正确的操作语句，将语句中的开关刀闸具体实例化，便可以得到倒闸操作语 句了。 而对于综合命令票和逐项命令票，操作语句不需要具体到开关刀闸，因此 子任务不用分解到最后，一般只用分解到与一次设备相关的断路器集。在开票 时，根据图元间的拓扑结构关系进行搜索，找出与此次操作设备相关的断路器 1 1 武汉理工大学硕士学位论文 集，生成操作语句。 2 3 系统整体结构 本操作票自动生成系统系统由四个模块构成：数据库模块，图形管理模块， 操作票管理模块，系统管理模块，如图2 - 2 所示： 2 3 1 系统管理模块 图2 - 2 系统模块示意图 系统管理模块包括登录功能，增加删除用户，修改用户密码，日志管理等 功能，以及对用户权限进行管理【矧。模块框图如图2 - 3 所示： 图2 - 3 系统管理模块框图 编写操作票制度，是电力系统运行管理中防止误操作的行之有效的安全保障 措施，因此作为一个操作票的自动生成系统，它的权限管理显得十分重要。在 本系统中，用户分等级为：调度人员、变电站人员、般人员三类，不同等级 武汉理工大学硕士学位论文 的人员，他的操作权限不同。 在系统的系统管理中，只有调度人员可以进行添加、删除、复位密码等管理 操作，调度员拥有本系统的所有权限。调度员交接班时，需要更换用户名来操 作软件，以做到谁错操作谁负责。为使操作更加方便，本系统不用退出便可以 直接更换软件操作人员。 变电站人员的权限仅次于调度人员，此类用户可以查看当前站内实时信息， 可以调用数据库内操作票信息，进行统计分析操作，但无法进行编辑、修改和 删除等操作。一般人员的操作权限最低，只能查看变电站的实时信息，无法对 数据库进行任何操作。以上两类用户不能对自身帐户之外的人员进行权限操作， 任何用户成员都可以对自己的帐户信息进行修改，比如修改密码等。 本系统设置有日志管理模块，对用户的所有操作使用进行记录，日志管理 主要是为了操作安全性的考虑，只有调度员权限方可进行日志管理。日志记录 包括；登录信息、用户管理、倒闸标管理、综合命令票管理、逐项票命令管理、 变电站管理等。 2 3 2 数据库管理模块 数据库有关系数据库和面向对象数据库两种1 2 5 1 1 2 6 1 。关系数据库作为较早发 展起来的一种数据库，得到了广泛的应用，这里主要介绍关系数据库的应用程 序。 关系数据库的类型很多。不同类型数据库的内部结构是有区别的，因而提 供给应用程序的调用接口也不相同。如果在编程过程中，要求开发人员熟悉不 同数据库的结构和调用结口，无疑是一项费时且繁重的工作。为了解决这个问 题，人们为不同的关系数据库提供了一个统一的程序设计接口，称为开放式数 据库连接( o p e nd a t a b a s ec o n n e c t i v i t y ，简称o d b c ) 。只需在应用程序中建立 与o d b c 的连接，就可以对数据库里的数据进行操作。 v i s u a lc h 提供了两个m f c 类( c d a t a b a s e 类和c r c c o r d s e t 类) 来连接及访 问数据库。c b a t a b a s e 类用来打开数据库的连接，而c r e c o r d s e t 类则用来访问数 据库中的数据，两者必须联合使用。 本系统的数据库管理模块主要负责管理系统的四个数据库：知识库、实时 动态数据库、用户管理数据库和操作票数据库，其框图如图2 4 所示。 武汉理工大学硕士学位论文 数据库管理模块 知 识 库 操 作 票 数 据 库 用 户 管 理 数 据 库 实 时 动 态 数 据 库 图2 - 4 数据库管理模块框图 1 用户管理数据库 用户管理数据库用来保存所有系统管理员和所有用户的用户名和密码，以 及系统操作日志。通过人机接口，用户可以对数据库中的用户资料进行增加、 删除以及修改等操作，一级用户可以查看系统日志 2 操作票数据库 操作票数据库用来保存操作票。在生成操作票后，如果选择保存该操作票， 系统将把它保存到操作票数据库中。被保存到数据库中的除了有各操作语句外， 还包括开票人姓名、操作设备种类、保存时刻等信息。 保存到数据库中的操作票有两种用途：首先，作为典型操作票，用户可以 通过“调用典型操作票”功能把它调出来重新编辑使用。保存到数据库中的操 作票，一般是正确的、成熟的操作票，有些票一调出来或稍经修改就可使用。 其次，作为档案文件，用户可以通过。查询操作票”功能查询操作票包含的开 票人姓名、开票时间等信息。调度员用户有权维护操作票数据库，可以删除那 些已没有保存价值的操作票。 3 实时动态数据库 实时动态数据库作为数据中转站，用来存放s c a d a 系统传送过来的实时数 据。s c a d a 系统作为电力系统电网调度自动化的一个主要组成部分，包含的信息 量比较庞大，但本开票系统所需的只是其中的开关和刀闸状态信息，以及进线 处的潮流信息。本系统利用v c + + 实现c i ) t 循环规约，获得了开关刀闸的遥信信 息和进线开关的有功功率信息，将这些信息存放于实时数据库，同时设定一个 响应间隔时间，每隔一段时间实时刷新一次接线图中的设备状态。 关于远动数据的接收和处理在第3 章详细介绍。 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 4 知识库 知识库用来存放电力系统开票规则，关于开票规则的知识表示参见2 2 节。 2 3 3 图形管理模块 图形管理模块主要负责绘制、修改、管理一次线路图，选择变电站以及刷 新设备状态等工作【2 7 l 。图形管理模块可以完成的