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基于任务分解的通用变电站操作票系统 |
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| 基于任务分解的通用变电站操作票系统 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 10:01:09  |
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李欣然1 苏盛2 陈超强3
1.湖南大学电气与信息工程学院长沙410082 2.长沙电力学院电力工程系长沙410077 3.长沙市电业局长沙410007
1引言
电网运行方式的改变，是通过倒闸操作来完成的。目前，110kV及以下电压等级变电站趋向于无人值班，其倒闸操作采用维护操作队专职负责模式。一个维操队要负责十来个变电站，如果仍用人手工书写操作票，劳动强度大，而且有时候根本来不及。利用操作票系统自动开列操作票已经成为一种必然趋势。但是现在的操作票系统大多对不同变电站需要修改程序或输入典型票。如果能有一个通用的系统可以对所有变电站开列操作票，一方面可以减少这种对每个变电站都要进行的重复劳动，另一方面还可降低系统造价。笔者提出了一种基于任务分解思想、能够通过案例学习通用地开列操作票的方法，并依据此方法开发了这套系统。
2系统简介
2.1本系统采用的算法
本系统采用笔者提出的操作票通用生成方法(拟另文发表)。该方法将操作任务分解为顺序执行的子操作任务，进行案例学习后再利用黑板结构进行规则推理生成操作票［1］。该系统能在其适用范围内实现变电站操作票的通用生成，且不需要输入典型票。2.2适用范围
本系统需要建立案例库进行学习。目前本系统只对长沙地区的变电站进行了学习，而长沙地区变电站没有桥型接线和单元接线这两种接线方式，故未对这两种方式建立案例进行学习，所以暂不能支持该两种接线的变电站。
由于系统采用基于任务分解的方法，而融冰作为一种特殊的运行方式，需要对不同电压等级的设备进行短接，其间要交替的对不同电压侧设备进行操作，还涉及保护的整定，不能分解为顺序执行的子任务，所以本系统不能开列。
3变电站设备的层次从属关系及设备描述
3.1层次从属关系
变电站设备不但在拓扑结构上关联，而且相互之间也有层次上的从属关系。变电站设备以变压器为核心，变压器为第一层设备；母线从属于变压器，为第二层；开关在变压器或母线之间，从属与变压器和母线，为第三层；刀闸又可布置在变压器、母线、开关间，从属与其高层的变压器、母线、开关，为第四层；而其它地线、电抗器、保护、站用变、变电站进线出线及PT、CT等为第五层。实际上这种层次关系在设备数量上也有体现，即大多数低层设备数目比高层设备数目多。上述层次从属关系见图1的变电站接线图举例。
3.2对设备描述的要求
完整、清晰的变电站设备描述为规则推理生成操作票提供知识，是正确开列操作票的前提。要自动开列操作票对于设备描述有如下要求：能够对变电站设备连接及其状态进行明确、全面的描述；在没有设备接线图、状态表的情况下只通过设备描述能完整、无误地重建设备接线图及状态表。
3.3设备描述
本系统采用树型网状结构来描述设备信息，对变电站设备用设备节点表示。对图2的变电站接线图有树型网状描述示意图如图3。从图3可看出每个高层设备节点是其相关低层节点的父节点。
设备描述的记录方式有两种：一是由顶向下方式：父节点记录子节点信息（即上层设备记录其下层设备信息，例如：变压器记录各侧母线信息，母线记录各邻接开关信息）。二是由底向上方式：子节点记录父节点信息（即下层设备记录其上层设备信息，如开关记录的两侧设备信息记录相关联变压器、母线信息）。
由顶向下方式的特点是容易理解、直观且程序处理方便。但是，一方面设备节点的相关子节点列表大小在通用性和程序效率上无法取得折衷（大了浪费空间，影响效率；小了无法描述所有关联子节点信息。如重负荷区域母线上可能接有总数达三十多个的出线、开关、保护等子设备节点）；另一方面，在复杂接线中，由顶向下方式不能体现设备间关系（如一对半接线方式下，不能体现开关之间的关系），不能满足开列操作票对于设备描述的要求。
由底向上描述方式程序处理比较麻烦，但能在任意复杂情况下重构设备接线图并能很好体现设备间关系，完全能满足开列操作票对设备描述的要求。而且任一设备节点的相关父节点数目总是非常有限的(最复杂的情况下也不会超过五个)，可以在程序效率和通用性上取得一致［3］。
基于上述分析，本系统采用了由底向上的设备描述方式。设备节点描述如下：1)设备名称；2)电压等级；3)设备类型；4)设备子类型1；5)设备子类型2；6)设备状态；7)高压侧（左侧）相关设备列表；8)低压侧（右侧）相关设备列表。
4系统组成
系统结构框如图4所示。其各部分功能简述如下。
4.1人机接口
人机接口完全基于图界面，直接套用笔者开发的一个CAD，支持无级缩放、图面漫游等功能。它有四个子模块。
4.1.1变电站及变电站设备维护
用户在地图上直接编辑变电站，对变电站内设备在点击变电站进入变电站图面后可直接编辑。
4.1.2数据接口
此接口利用设备描述文件生成AutoCAD可使用的DXF格式文件。由于设备描述文件需要比DXF文件更详细的设备信息，所以无法从DXF文件生成本系统使用的设备描述文件
4.1.3操作票生成界面
此界面接收用户的操作任务输入，并给出生成操作票的预演结果。
4.1.4操作票修改及打印
由于生成的操作票可能不完全符合用户要求，系统提供了操作票修改功能。本系统支持用户自定义模板打印，可打印出和用户在采用本系统以前使用的操作票格式完全一样的操作票。
4.2操作任务解析模块
本模块通过两个或一个一阶谓词结构把用户输入的操作任务解释为系统可理解的操作任务，示例如表1。
4.3操作票生成模块
作为本系统的核心功能模块，它实现以下功能：
4.3.1案例学习
一个案例就是一个设备操作规则库。系统通过建立对于每种设备在变压器的不同电压侧及母线不同接线类型下的案例，记录对各种设备操作的操作规则。本模块利用操作规则进行操作票的推理生成。
4.3.2调用五防模块进行五防验证
每生成一个操作语句都调用一次五防模块进行五防验证。
4.4五防模块
对操作票生成模块生成的操作语句及用户修改的操作票语句进行五防验证。
4.5文本数据库
文本数据库由变电站设备描述文件和变电站描述文件组成。变电站设备描述文件按3.3节设备描述方法记录所有变电站设备信息，为操作票生成模块及五防模块提供进行规则推理所需要的知识；变电站描述文件记录变电站信息。
5系统实现
5.1学习案例库的建立
通过对某地区电网13个110 kV及以上电压等级变电站的学习，本系统案例库中已对高压侧、中压侧及低压侧多种接线方式建立案例。对该地区39个110 kV及以上变电站各种操作任务的测试表明，该系统可以对这些变电站的各种操作任务正确地生成操作票。这就大大地减少了重复劳动。
为了使案例库对各种典型和不规则接线方式都具有足够的覆盖能力，本系统将该地区各变电站所有不规则母线接线方式归纳为6类，如表2所示。
为适应不规则接线方式的操作，本文提出虚拟开关的概念——即在典型接线中应有隔离开关而
实际现场没有装设时，人为添加一个虚拟开关。系统按与正常开关一样的方式处理虚拟开关，只是对利用虚拟开关生成的操作语句不予保存。这样可有效地避免组合爆炸。
5.2五防功能的实现
五防功能的实现基于以下假设：每次系统开票以前系统所有设备状态与一次设备状态一致，且满足五防的条件。
五防功能是利用专家系统通过规则推理实现，具体实现如下：系统在开票过程中每生成一个操作语句，调用一次五防模块进行五防验证，保证本操作语句导致的系统状态迁移满足五防要求；用户在操作票自动生成后可手工修改操作票，系统对用户的每一修改同样地调用五防模块进行五防验证，这样就保证系统每一步状态迁移都满足五防要求。由此我们可以认为系统在开列操作票的起始状态、中间过程及终止状态都满足五防要求。
5.3系统工作流程
系统工作流程见图5
6结束语
本文介绍的变电站操作票专家系统，采用了作者所提出的基于任务分解的操作票生成方法，它具有以下主要特色：
(1)通过树型网状的数据结构实现对于变电站设备的信息记录，能够脱离一次接线图及状态表实现变电站设备接线图及状态表的重构；
(2)通过把变电站跨电压侧操作分解为顺序执行的子任务，使得系统可以通过案例学习实现对于不同接线形式变电站的处理。实现了操作票开列的正确性和通用性；
(3)系统所有操作在图形界面上进行，直观、易操作，图形界面支持无级缩放、图面漫游等功能。打印支持用户自定义模板，打印输出的操作票可与用户原有操作票格式完全一致；
(4)实现了系统信息的初步共享，设备描述文件可保存为AutoCAD可用的DXF格式文件。
7参考文献
1陆汝钤.人工智能.北京：科学出版社,1996.871~883
2发电厂和变电所电气部分.电业安全工作规程.北京：中国电力出版社,1991.1~59
3严蔚敏，吴伟民.数据结构.北京：清华大学出版社,1997.118~150,220~260
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