（电气工程专业论文）电力工作票网络管理系统的研究与实现.pdf

华北电力火学工程硕士学位论文摘要 摘要 工作票制度是保证电力系统安全生产的根本制度，是电力运行管理中一项防止 误操作的有效安全措施。丌具工作票正确、规范、传送和处理工作票及时、快捷是 保障工作安全、提高工作效率的重要手段。本文根据华北油田水电厂的实际情况， 开发了一个适用性很强的电力工作票网络管理系统。主要工作如下： ( 1 ) 根据现场要求，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 ) 实现了工作票的流程的一体化管理。 关键词：工作票，电力系统，多智能体系统，通用性 a b s t r a c t i h er u l eo fe l e c t r i cw o r kt i c k c t si s 锄e s s e n t l a lm i et oa s s u r ee l e c t r i cp o w e rs y s t e m s a f ep r o d u c t i o n ，i sae f i e c t i v es a f em e a s u r et op r e v e n tw r o n go p e r a t i o n m a k i n go u t w o r kt i c k e t se x a c t l ya n dn o n l l a t i v e i y ，t r a n s m i t t i n ga n dp r o c e s s i n gw o r kt i c k e t st i m e i y a n dq u i c k l yi s 觚i m p o r t a i l ti n s t r u m e n tt oe n s u r esa f ew o r ka i l di m p r o v ew o r ke 伍c i e n c y b a s e do na c t u a lc o n d i t i o no fp o w e rn e t w o r k ，a ne l e c t r i cp o w e rw o r kt i c k e ts y s t e mo f s t r o n ga d a p t a b i l i t yi sd e v e i 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 0 1 1 0 w s ： ( 1 ) a c c o r d i n gt ot h ea c t u a ld 锄a n d ，i n t e 伊a ld e s i g ns c h e m eo ft h ee x p e r ts y s t e mi s a n a l y z e da n df o m u i a t e d ； ( 2 ) c o m m o nc o g i l 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 ) 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 l e ih a i y a n ( 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 l ig e n g y i na n dw a n gb e i l o n g k e yw o r d s ：w o r k t i c k e t ，p o w e rs y s t e m ，m u l t i - a g e n ts y s t e m ，u n i v e r s a 哆 华北电力火学工程硕士学位论文摘要 摘要 工作票制度是保证电力系统安全生产的根本制度，是电力运行管理中一项防止 误操作的有效安全措施。丌具工作票正确、规范、传送和处理工作票及时、快捷是 保障工作安全、提高工作效率的重要手段。本文根据华北油田水电厂的实际情况， 开发了一个适用性很强的电力工作票网络管理系统。主要工作如下： ( 1 ) 根据现场要求，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 ) 实现了工作票的流程的一体化管理。 关键词：工作票，电力系统，多智能体系统，通用性 a b s t r a c t i h er u l eo fe l e c t r i cw o r kt i c k c t si s 锄e s s e n t l a lm i et oa s s u r ee l e c t r i cp o w e rs y s t e m s a f ep r o d u c t i o n ，i sae f i e c t i v es a f em e a s u r et op r e v e n tw r o n go p e r a t i o n m a k i n go u t w o r kt i c k e t se x a c t l ya n dn o n l l a t i v e i y ，t r a n s m i t t i n ga n dp r o c e s s i n gw o r kt i c k e t st i m e i y a n dq u i c k l yi s 觚i m p o r t a i l ti n s t r u m e n tt oe n s u r esa f ew o r ka i l di m p r o v ew o r ke 伍c i e n c y b a s e do na c t u a lc o n d i t i o no fp o w e rn e t w o r k ，a ne l e c t r i cp o w e rw o r kt i c k e ts y s t e mo f s t r o n ga d a p t a b i l i t yi sd e v e i 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 0 1 1 0 w s ： ( 1 ) a c c o r d i n gt ot h ea c t u a ld 锄a n d ，i n t e 伊a ld e s i g ns c h e m eo ft h ee x p e r ts y s t e mi s a n a l y z e da n df o m u i a t e d ； ( 2 ) c o m m o nc o g i l 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 ) 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 l e ih a i y a n ( 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 l ig e n g y i na n dw a n gb e i l o n g k e yw o r d s ：w o r k t i c k e t ，p o w e rs y s t e m ，m u l t i - a g e n ts y s t e m ，u n i v e r s a 哆 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文电力工作票网络管理系统的研究 与实现，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： 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： 日期：日期：兰翌量：多! ! 华北电力大学工程硕士学位论文 第一章绪论 随着计算机技术的飞速发展，人工智能技术、工作流技术和网络协同工作技术 获得了很大的发展，并在许多学科领域内得到应用，成为现代化生产、生活的重要 组成部分。许多新型的管理信息系统建立在具有光纤主干结构的高速局域网络环境 上，实现信息化高度共享、数据访问简单便利。并且使得智能化管理、工作流、网 络协同工作等新技术应用不断出现。 1 1选题背景及意义 供电部门是电力系统的重要生产部门，承担着送电、变电、配电和用电的重要 工作，其生产业务和技术管理任务十分繁重。而电网运行又是供电部门管理工作的 重要组成部分，电力网络地域分布广泛、网络结构复杂。保证电网的安全经济运行 责任重大、任务艰巨。随着国民经济的高速发展，用电需求量大幅度增长，电网负 荷r 益加重，对电网运行的安全性、经济性提出了更高的要求。在这种新形势下， 电网生产的传统管理模式已经不能满足电网安全经济运行的需求。目前电力系统的 信息化工作已逐渐渗透到供电企业的各个领域，尤其在供电企业的生产工作中，对 于信息化的需求同益迫切【l 】。 从电力系统信息化的发展来看，当前电力调度s c a d a 系统都已经非常成熟和 完善，一般都可提供变电站内一次设备实时运行的远动信息，如何在电力生产工作 中利用这些远动信息，引用先进的工作流技术、网络协同工作技术和专家系统技术 思想，对电网中的电力设备的检修、运行、试验工作进行高效管理，以此提高工作 效率和安全系数，减少生产事故，已成为现代供电企业中急待解决的问题。 工作票是准许在电力生产现场工作的书面命令，也是明确安全职责，向工作人 员进行安全交底，以及履行工作许可手续，工作间断、转移和终结手续，并实施保 证安全技术措施等的书面依据。 工作票主要分为电气工作票、线路工作票、机械工作票，此外还有动火工作票。 用它来执行和完成检修、测试或安装施工等工作任务，j 下确执行和完成停送电和许 可命令( 包括停用、恢复重合闸) ，检查和了解工作现场作业情况，发生事故后用 它作为查清事故的依据。 华油电网调度中心位于任丘市，它管辖的油田电网分稚南到石家庄北到廊坊 市。包括4 6 座变电站，5 个采油厂及2 7 个单位，专供地方用户2 8 7 家，年供电量 1 3 亿千瓦时。要保证电网的安全运行，必须有严细的网络管理和网络监督系统。 华北电力大学工程硕士学位论文 电力工作票是电力运行不可分割的重要环节。为了保证电力工作票制度的严 谨、安全、高效，电力调度必须下功夫搞好工作票制度的应用。所以智能化电力工 作票系统的开发是必要的。根据新颁布的国家电网公司电力安全工作规程制定 新的电力工作票内容和管理办法是必须的，是调度员研究的重要课题。 综合华油电网运行的实际情况，丌发适合各单位使用的电气工作票网络智能处 理系统具有重要意义。该系统按照电力企业管理思想现代化、管理制度规范化、管 理手段信息化、管理机制科学化的要求，可丌出包括远程服务的各种电力工作票。 通过智能化处理，快速开出实用，正确、规范的工作票。严格遵循电力生产过程中 工作票处理流程。指导外来单位开出标准化，正确、规范、安全的工作票。 它的成功实施将提高电力系统工作人员的工作质量，实现调度运行管理的标准 化、系统化、条理化、高效化，对电网调度运行管理具有实质意义。 1 2 工作票系统的研究现状 在供电部门供电生产中，工作票处理是由多个部门相互配合、协调处理完成的。 在日常工作票处理中采用纸制记录进行传递完成的，这种模式有很多弊端，诸如工 作票填写内容不规范、工作票丢失、工作票传递时间长、工作票审核周期长、不易 进行数据共享和工作票分析统计工作等。正确规范的工作票是防止人为操作错误的 有力保证。丌具正确无误的工作票对工作票签发人员有很高的要求，他们必须既掌 握熟练的专业知识，又具备认真细致的工作态度。同时这是一个涉及多部门，需要 多人协同工作的复杂的工作流程，既有结构化的特点，又有即席的特点。其分布式 的运行环境，参与人员角色的不定性，使得传统的方法技术不能很好的应对此类问 题【2 ，3 1 。 因此，引用分布式人工智能领域的思想，研究基于多智能体系统( m u l t i a g e n t s y s t e m ，m a s ) 的工作票自动生成系统可以有针对性的解决这类应用问题，开发出 符合实际需要的工作票系统，可以提高电力系统的安全稳定运行水平。近几年，多 智能体系统和一体化技术成为分布式人工智能领域的研究热点【4 5 】。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，很好的解决了实现工作票网络管理系统遇到的问 题，成为实现工作票网络管理系统的最有效手段1 6 。9 】。利用m a s 和一体化技术丌发 2 华北电力大学工程硕士学位论文 的工作票网络管理系统有如下特点： ( 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。 工作票网络管理系统的实际应用，大大减轻了工作票签发人的工作强度，提高 了运行的智能化水平，也标志着工作票网络管理系统是行之有效的。 工作票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1 1 0 1 。 国外的工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【1 1 1 。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，而且形成的工作票中不涉及保护 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，开发了针对不同发电厂、变电站及各级调度中心的操作票 工作票专家系统，取得了良好的效益。 在变电站方面，工作票系统已经取得了显著的成果【1 2 ，1 ”，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，能保证开列工作票的j 下确性； ( 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。 变电站工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：变电站工作 票系统是行之有效的。 与变电站操作票系统相比，电网工作票管理系统的发展则缓慢许多【1 4 6 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 3 华北电力大学工程硕士学位论文 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。 以上原因限制了电网工作票管理系统的通用性和安全性，再加上缺乏统一的标 准，因此电网工作票管理系统系统一直得不到大面积的推广。 1 3 本文的主要工作 本文在研究电力系统工作票模型的基础上，引用分布式人工智能领域的思想， 研究基于多智能体系统的工作票自动生成系统，并开发出基于多智能体的工作票自 动生成和管理系统，可以提高电力系统的安全稳定运行水平。 针对工作票开票和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：用多智能体理论解决工作票管理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电力工作票网络管理系统。 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 ) 研究基于多智能体的工作票系统任务控制协调策略和解决方案。 ( 3 ) 建立合理的工作票系统规则库、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 ) 开发一套电力工作票网络管理系统，并在实际运行中检查所提方案的j 下 确性和有效性。 4 华北电力大学工程硕士学位论文 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开发的基础，其设计水平直接制约着整个软件的水 平。对于工作票自动生成和管理系统，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间的查询和交互，是需要着重解决的基础性问题。 首先，将数据库技术应用到工作票自动生成和管理系统中，能够很好地解决多 智能体问的协调和协作能力，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 模式的数据库使工作票 自动生成和管理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【17 1 。将一体化技术应 用到工作票自动生成和管理系统中，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工作票自动生成和管理系统中，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掘库优化的关键。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。 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 s 华北电力大学工程硕士学位论文 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，包含在开关参数表中。 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，线路表中的连接开关，以及丌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，分类明确、层次合理。 2 2 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开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 - l 母线参数表数据结构 2 2 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、连接丌关等。它所连接的丌关是指广义上的丌关， 有线路丌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。 2 2 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： 6 华北电力火学工程硕士学位论文 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 4 开关参数表 丌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。丌关参数表中 存放着调度管辖范围内的所有开关信息，每一条记录存储一个丌关。它是所有用到 的开关的真正存放处。从s c a d a 系统中获取的丌关数据只有丌合两种状态( 分别 以0 和1 表示) ，但是推理中必须要体现丌关的四种状念运行、热备用、冷备 用和检修，因此必须配合刀闸和接地刀闸的丌合( 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。 7 华北电力大学工程硕士学位论文 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。 对工作票系统来说，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，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，以满足新系统丌发 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【1 8 ，19 1 。这里，d t s 包是一个有组织 8 华北电力大学工程硕士学位论文 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问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 c i 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 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。 数据转换 1 l r下 ，、 、一 数 数数 o l e d b 提供程序。 据据o l e d b 提供程序 。 据 r 输输 r 目 入出 的 舶 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 系统数据库和工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，而工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。 o 华北电力大学工程硕士学位论文 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工作票系统的缓冲 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工作票系统数据库中的实时数据。由于工作票 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，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 l 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，其刷新时间由工作人员操作确定。 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，如果程序直接针对数据库进行操作，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工作票管理系 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【2 0 1 。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) ，这种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间的对应，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。 l0 华北电力大学工程硕士学位论文 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力工作票管理 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，结合工作票管理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 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，这里不再赘述。 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 开关对工作票管理系统来说是一个 非常重要的信息，而此信息的存储就 是由母线所连开关这个派生链表来 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 图2 6 母线所连开关链表压制流程 华北电力大学： 程硕士学位论文 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丌关链表。 2 5本章小结 本章针对如何利用更小的空问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，实现工作票管理系统与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 的资源浪费。 利用内存链表技术，很好地解决了快速数据查询和交互的问题。保证计算分析 能够在高速交互数据的基础上进行。基本链表和派生链表的协作大大简化了拓扑分 析过程。 1 2 华北电力大学工程硕士学位论文 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，将其应用到电力工作票自动生成和 管理系统的总体设计中。 3 1m a s 的基本概念及其在电力系统中的应用 3 1 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【2 1 。2 4 】：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 ) 。 3 1 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 g e 13 华北电力人学工程硕士学位论文 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，而且具有社会性互相合作，故不能完全等同于传统的 专家系统、智能控制等【2 5 1 。 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 捌有自己的知识、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 之间的协作完成， 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 ) 降低系统开发成本。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 1 3m a s 在电力系统中的应用 上世纪8 0 年代，分布式人工智能( d a i ) 研究处于早期阶段，在此阶段丌发了 一些原型系统以探讨d a i 领域内的问题【2 6 1 。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【z n 。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。另一个著名系统是d a v i s 和s m i t h 提出的合同 网，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f 2 引。前者负责监督任务的执行与结果的处理， 14 华北电力大学工程硕士学位论文 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1 9 8 5 年丌始开发 的分布式专家联合系统u n i o n ，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 1 【删，川j 。 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 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 m 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【3 1 1 。 ( 2 ) 运用协作分布式和层次问题求解法进行电力系统控制 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 间，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【3 2 】。 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，本层子系统之间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。但是电力工业同新月异 的发展，计算机在电力系统自动化中的应用同益广泛，丌发人员不断地将专家