0引言
電網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行、操作和事故處理是電網(wǎng)調(diào)度的重要職責(zé)，倒閘操作是完成這些工作的手段，如何*杜絕誤操作已成為電網(wǎng)調(diào)度日常管理工作中一個(gè)重要而棘手的問(wèn)題。正確無(wú)誤的操作票是防止誤操作的根本。電網(wǎng)調(diào)度操作票是在考慮系統(tǒng)運(yùn)行方式、保護(hù)配合、安全操作規(guī)則等要求下，保證設(shè)備運(yùn)行方式的正確改變改變而制定的嚴(yán)格操作步驟。開(kāi)寫調(diào)度操作票是一項(xiàng)經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)的工作，難以建立的數(shù)學(xué)模型，需要熟練的專業(yè)知識(shí)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)才能解決。目前，電力系統(tǒng)正經(jīng)歷著市場(chǎng)化改革，系統(tǒng)運(yùn)行方式更加復(fù)雜多變，設(shè)備大多運(yùn)行在接近安全極限的水平下，設(shè)備的倒閘操作更加頻繁，開(kāi)寫正確操作票的復(fù)雜程度、頻繁程度以及誤操作帶來(lái)的損失都較以往增大了。調(diào)度操作票自動(dòng)生成系統(tǒng)對(duì)減輕調(diào)度員擬票的壓力、提高調(diào)度操作水平具有十分重要的意義。
目前現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用的調(diào)度操作票系統(tǒng)能夠?qū)σ恍┑湫偷牟僮髌边M(jìn)行推理自動(dòng)形成，但對(duì)于復(fù)雜的操作任務(wù)大多為“以機(jī)代筆”，或是對(duì)典型歷史票進(jìn)行修改。雖已有大量研究力圖解決這個(gè)難題,但由于調(diào)度規(guī)則的多樣性和易變性，使操作票自動(dòng)生成的推理與實(shí)現(xiàn)受到較大制約，關(guān)于操作規(guī)則的描述、識(shí)別和學(xué)習(xí)仍然是解決操作票系統(tǒng)智能性的一個(gè)重要課題。另外，確保操作的安全性是調(diào)度操作票的根本。安全校核是過(guò)去調(diào)度操作票系統(tǒng)較少考慮的，其原因是沒(méi)有與實(shí)時(shí)運(yùn)行的電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)連接，是離線運(yùn)行的，沒(méi)有結(jié)合實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行安全校核分析?，F(xiàn)有的調(diào)度操作票系統(tǒng)大多是單一運(yùn)行的，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，其功能的局限性隨之顯現(xiàn)，例如未能與實(shí)時(shí)scada系統(tǒng)融合，使安全校核難以實(shí)現(xiàn)，以及不能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)流程化執(zhí)行與管理等。
本文重點(diǎn)研究操作規(guī)則的描述與共識(shí)問(wèn)題，提出建立用戶可配制的動(dòng)態(tài)模板方案解決操作規(guī)則的描述與學(xué)習(xí)，并研究在此基礎(chǔ)上的通用推理機(jī)制；研究調(diào)度操作票的安全校核，通過(guò)調(diào)用電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行安全校核，確保自動(dòng)生成的操作票的正確性；提出利用多智能體系統(tǒng)（mas——multi-agentsystem）開(kāi)發(fā)和實(shí)現(xiàn)與scada系統(tǒng)共享實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并與調(diào)度管理信息系統(tǒng)（dmis）集成的新型智能化電網(wǎng)調(diào)度操作票自動(dòng)生成與管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)集自動(dòng)開(kāi)票、手工開(kāi)票、模擬預(yù)演、流程化審核、執(zhí)行與管理等多種實(shí)用功能于一體，并具有良好的用戶可維護(hù)性。
一、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
近年來(lái)，分布式人工智能技術(shù)的研究已經(jīng)取得了較大的進(jìn)展，尤其是mas已成為目前研究的熱點(diǎn)。mas在兼顧單智能體系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，重點(diǎn)解決功能獨(dú)立的智能體之間通過(guò)協(xié)商、協(xié)調(diào)和協(xié)作，完成復(fù)雜的控制任務(wù)或解決復(fù)雜的問(wèn)題。將mas應(yīng)用到解決電網(wǎng)調(diào)度操作票的自身及與scada系統(tǒng)和dmis之間的協(xié)作問(wèn)題，可以充分發(fā)揮協(xié)作的潛力與優(yōu)勢(shì)。圖1是基于多智能體的電網(wǎng)調(diào)度操作票系統(tǒng)整體功能框圖。圖中，scada系統(tǒng)和dmis是為某省開(kāi)發(fā)時(shí)已具備的功能，其他均為新開(kāi)發(fā)功能。系統(tǒng)協(xié)調(diào)模塊負(fù)責(zé)采用mas解決操作票智能體與scada和dmis之間的協(xié)作。操作票系統(tǒng)從scada系統(tǒng)接收電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，為操作票安全校核提供可信的數(shù)據(jù)依據(jù)。操作票系統(tǒng)是一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，分布在調(diào)度中心的主控室和相關(guān)部門，為調(diào)度員提供智能化的擬票、審核、管理環(huán)境。一張操作票生成并經(jīng)過(guò)審核后，通過(guò)dmis向有關(guān)廠站發(fā)布執(zhí)行這張操作票。操作票生成模塊包括自動(dòng)開(kāi)票、智能化手工開(kāi)票、圖形模擬演示和流程化審核管理等功能。
二、操作規(guī)則的動(dòng)態(tài)模板設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
一張操作票是針對(duì)特定設(shè)備和特定操作任務(wù)、根據(jù)電網(wǎng)安全操作規(guī)程、按照規(guī)范的操作術(shù)語(yǔ)描述順序倒換有關(guān)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的操作指令集。因此，可以認(rèn)為操作票是由操作對(duì)象、操作任務(wù)、操作規(guī)則和操作術(shù)語(yǔ)4個(gè)要素組成。其中:操作對(duì)象包括調(diào)度所轄的所有一次、二次設(shè)備，例如母線、聯(lián)絡(luò)線路、開(kāi)關(guān)、保護(hù)等;操作任務(wù)包括保證電網(wǎng)安全運(yùn)行的所有運(yùn)行維護(hù)操作，例如xx線路由運(yùn)行轉(zhuǎn)檢修等，不同操作對(duì)象的操作任務(wù)也不同;為了調(diào)度操作的準(zhǔn)確和規(guī)范，各地相應(yīng)制定了調(diào)度術(shù)語(yǔ)規(guī)范，操作術(shù)語(yǔ)即是對(duì)此規(guī)范的描述，各地也不一致;操作規(guī)則是確保電網(wǎng)安全運(yùn)行的根本策略，指導(dǎo)操作順序的制定，需要與實(shí)時(shí)的電氣設(shè)備運(yùn)行狀況和電網(wǎng)接線方式、保護(hù)密切配合。
正是由于課作規(guī)則的重要性和特殊性，以及網(wǎng)調(diào)度操作的綜合性，使得既不能用數(shù)學(xué)模型來(lái)描述，又不適宜直接用開(kāi)關(guān)控制邏輯描述。有的研究用句法識(shí)別和認(rèn)知模型實(shí)現(xiàn)操作規(guī)則的描述，但研究合理的調(diào)度操作規(guī)則表述方法仍是操作票推理和用戶可維護(hù)、甚至操作票可用性的關(guān)鍵問(wèn)題，也是一直制約操作票自動(dòng)生成系統(tǒng)推廣使用的主要因素。
本文提出動(dòng)態(tài)操作規(guī)則模板思想，通過(guò)建立分類分層的操作規(guī)則模板，與不同類設(shè)備的操作規(guī)則相對(duì)應(yīng)，同時(shí)研究基于規(guī)則模板的通用的匹配推理機(jī)制和操作規(guī)則模板的用戶專家指導(dǎo)學(xué)習(xí)機(jī)制，以解決操作票的自適應(yīng)性和用戶可維護(hù)性，實(shí)現(xiàn)操作票的通用性。
操作規(guī)則模板按設(shè)備類型分為母線、開(kāi)關(guān)、變壓器、線路、保護(hù)和重合閘6類，每類又按總操作任務(wù)、接線形式、子操作任務(wù)、相關(guān)設(shè)備、初始狀態(tài)、目標(biāo)狀態(tài)進(jìn)一步劃分。以母線類為例說(shuō)明分層模板的設(shè)計(jì)，如圖2所示。
設(shè)計(jì)了直觀易懂的操作規(guī)則配制平臺(tái)，用戶可以根據(jù)電網(wǎng)的特點(diǎn)定制規(guī)則模板，并形成規(guī)則庫(kù)供具體設(shè)備配制時(shí)引用。開(kāi)發(fā)了基于規(guī)則模板的推理機(jī)制，推理過(guò)程是一個(gè)從用戶選擇設(shè)備＋操作任務(wù)→拓?fù)浞治觯踩：?rarr;匹配操作規(guī)則模板庫(kù)→推理控制→術(shù)語(yǔ)翻譯→生成操作票的匹配過(guò)程。系統(tǒng)提供了在接線圖上選擇設(shè)備、操作任務(wù)的功能，程序根據(jù)選定的設(shè)備進(jìn)行安全校核和拓?fù)浞治觯瑢ふ蚁嚓P(guān)接線形式和設(shè)備，查詢操作規(guī)則庫(kù)，采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的前向推理機(jī)制，循環(huán)利用操作規(guī)則進(jìn)行推理，逐步匹配形成操作序列，然后通過(guò)操作術(shù)語(yǔ)翻譯成一張符合現(xiàn)場(chǎng)要求的操作票。
無(wú)論是單項(xiàng)操作任務(wù)還是復(fù)合操作任務(wù)，都能用規(guī)則模板動(dòng)態(tài)形成相應(yīng)的規(guī)則庫(kù)，而且動(dòng)態(tài)操作規(guī)則模板技術(shù)易于實(shí)現(xiàn)規(guī)則的修改、完善以及操作票的推理和自動(dòng)生成，并能解決操作票系統(tǒng)的通用化問(wèn)題，提高了它的生命力。
三、安全校核
計(jì)算機(jī)代替人擬寫操作票不僅為了提高出票效率，還應(yīng)該提高出票的正確性。如果操作票系統(tǒng)離線運(yùn)行，將不能客觀科學(xué)地根據(jù)電氣設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)嚴(yán)把安全校核關(guān)。要讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成一張正確的操作票，不僅需要遵守正確的操作規(guī)則，同時(shí)要給它以正確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。這個(gè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)必須正確反映系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，而scada系統(tǒng)實(shí)時(shí)地反映了電力系統(tǒng)各種電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。本文利用mas的協(xié)調(diào)與協(xié)作機(jī)制解決操作票系統(tǒng)與scada系統(tǒng)之間的集成，在充分發(fā)揮各個(gè)智能體功能的基礎(chǔ)上，通過(guò)任務(wù)分解、協(xié)調(diào)控制實(shí)現(xiàn)了操作票系統(tǒng)與scada系統(tǒng)的通信和功能擴(kuò)充。操作票系統(tǒng)根據(jù)需要從scada系統(tǒng)中讀取所需的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，結(jié)合規(guī)則模板底層設(shè)置的相關(guān)設(shè)備的初始狀態(tài)與目標(biāo)狀態(tài)，比較規(guī)則規(guī)定的初始狀態(tài)與實(shí)時(shí)狀態(tài)是否一致，進(jìn)行拓?fù)浞治龊桶踩：耍纬煞弦蟮牟僮鞑襟E，或者提示安全校核不合格的設(shè)備。
考慮到有連續(xù)開(kāi)幾張操作票的情況，系統(tǒng)設(shè)置了在線、離線和開(kāi)票3種狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)處于在線狀態(tài)時(shí)，接線圖上顯示的是實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，開(kāi)關(guān)、刀閘都不能操作;當(dāng)從在線切換到離線狀態(tài)時(shí)，圖形上保留了在線時(shí)設(shè)備的狀態(tài)，但允許人工修改設(shè)置設(shè)備狀態(tài)，作為擬寫操作票的狀態(tài)，同樣在此狀態(tài)下生成操作票時(shí)進(jìn)行安全校核;在離線狀態(tài)下，系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)操作步驟的圖上預(yù)演，直觀檢查操作票的正確與否。
四、通用性和用戶可維護(hù)性實(shí)現(xiàn)
操作票系統(tǒng)通用化的難點(diǎn)是操作規(guī)則的表示及與之緊密結(jié)合的推理過(guò)程。以往的方法往往試圖窮舉各種可能的操作任務(wù)，并設(shè)計(jì)成對(duì)應(yīng)的程序模塊，然后提供定制的選擇界面，用戶在給定的操作任務(wù)列表中選擇操作任務(wù)，程序轉(zhuǎn)入對(duì)應(yīng)的程序模塊，生成操作票。這種實(shí)現(xiàn)方式往往是針對(duì)某一具體單位開(kāi)發(fā)的，在一定時(shí)間內(nèi)能夠發(fā)揮作用，但推廣到其他地方則需要開(kāi)發(fā)人員做大量工作，因?yàn)楦鞯夭僮饕?guī)則、任務(wù)類別、操作術(shù)語(yǔ)有所不同，這種程序模塊化實(shí)現(xiàn)方式根本上難以保證通用性。
本系統(tǒng)建立了可定制的操作規(guī)則模板，將操作規(guī)則用操作任務(wù)、操作對(duì)象、接線方式、相關(guān)操作、初始狀態(tài)、目標(biāo)狀態(tài)、操作術(shù)語(yǔ)等可視化地以符號(hào)邏輯的形式表示，并且該規(guī)則庫(kù)允許現(xiàn)場(chǎng)專家修改增加，包括增加新的操作任務(wù)、配置新的操作規(guī)則模板。操作票的推理就是針對(duì)具體設(shè)備和操作任務(wù)利用操作規(guī)則進(jìn)行匹配的過(guò)程。操作規(guī)則庫(kù)和操作術(shù)語(yǔ)庫(kù)都提供了用戶維護(hù)平臺(tái)。另外，采用開(kāi)放式oracie數(shù)據(jù)庫(kù)以及與現(xiàn)場(chǎng)scada系統(tǒng)相同的圖形界面和規(guī)范化的設(shè)備命名規(guī)則，用戶可以方便地添加新設(shè)備，并為其配制操作規(guī)則，保證了系統(tǒng)的用戶可維護(hù)性和通用性。
五、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用
基于mas、動(dòng)態(tài)操作規(guī)則模板思想，采用visualc++6.0、delphi6.0和oracle9i數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了滿足電網(wǎng)調(diào)度操作需要的智能化操作票自動(dòng)生成與管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)、的圖形技術(shù)、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和通信技術(shù)，集自動(dòng)開(kāi)票、手工開(kāi)票、模擬操作和培訓(xùn)、與實(shí)時(shí)scada系統(tǒng)通信、與dmis集成等多種功能于一體。同時(shí)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中一直貫穿用戶可維護(hù)的思想。采用所見(jiàn)即所得開(kāi)發(fā)方法，設(shè)計(jì)真實(shí)反映電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)全圖形化開(kāi)票環(huán)境。為了避免運(yùn)行人員長(zhǎng)期使用自動(dòng)開(kāi)票系統(tǒng)可能出現(xiàn)的有關(guān)運(yùn)行知識(shí)的疏忽，開(kāi)發(fā)模擬操作和操作培訓(xùn)環(huán)境。實(shí)現(xiàn)了一個(gè)能夠?qū)崟r(shí)在線的開(kāi)票系統(tǒng)，從scada系統(tǒng)接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，為開(kāi)票提供真實(shí)正確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)化的開(kāi)票和審核流程后，操作票與dmis集成，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)內(nèi)的流程化執(zhí)行管理。本系統(tǒng)己經(jīng)成功應(yīng)用于某省電網(wǎng)。
六、結(jié)語(yǔ)
本文提出了將多智能體系統(tǒng)應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)度操作票系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)，研究了操作票系統(tǒng)與scada系統(tǒng)、dmis之間的協(xié)調(diào)和協(xié)作。提出了動(dòng)態(tài)模板方案解決操作規(guī)則的表示、學(xué)習(xí)及通用化推理問(wèn)題。開(kāi)發(fā)并實(shí)現(xiàn)了與scada系統(tǒng)共享實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的集自動(dòng)開(kāi)票、手工開(kāi)票、模擬預(yù)演、流程化審核、執(zhí)行、管理等多種實(shí)用功能于一體以及用戶可維護(hù)的新型智能化電網(wǎng)調(diào)度操作票自動(dòng)生成和管理系統(tǒng)。應(yīng)用表明，該系統(tǒng)能夠大大提高開(kāi)票的智能性和正確率，而且動(dòng)態(tài)模板設(shè)計(jì)和用戶可配制操作規(guī)則的實(shí)現(xiàn)證明了系統(tǒng)具有很好的通用性及生命力。
參加本文研究及開(kāi)發(fā)工作的還有華北電力大學(xué)碩士研究生范利國(guó)、劉強(qiáng)、郭碧援、陳之栩、吳發(fā)力等，特此致謝。