面向对象的农网变电站

工作票与操作票通用专家系统朱永利1,张健1,杨子强2,冀新峰2,杨以涵1(1.
华北电力大学,保定071003;2.
衡水供电公司,衡水053000)OBJECT-ORIENTEDGENERALEXPERTSYSTEMFORPLANNINGMAINTENANCESAFETYMEASURESANDSWITCHINGSEQUENCEOFRURALSUBSTATIONSZhuYongli1,ZhangJian1,YangZiqiang2,JiXinfeng2,YangYihan(1.
NorthChinaElectricPowerUniversity,Baoding071003,China)(2.
PowerSupplyCorporationofHengshui,Hengshui053000,China)ABSTRACT:Automaticgenerationofsubstationswitchingsequencesisoneoftheinitialtopicsofexpertsystemapplicationinpowersystems.
However,becauseoftheirpooruniversalityandmaintainability,expertsystemsofthiskindhavebeenfacingwithdifficultiesonwideuse.
Inaddition,allChineseutilitiesforcerelatingworkerstofillinaformrelatingtosafetymeasuresthatshouldbepreparedbeforesubstationequipmentmaintenance.
Thispaperpresentsanobject-orientedgeneralexpertsystemtofillintheaboveformandtoplantheswitchingsequenceautomaticallyinruraldistributionsubstations.
Torealizesourcecodereuseandimprovethesoftware'sproperties,theinheritanceofobject-orientedprogrammingisusedinthedesignofthesoftware'sclasshierarchy,andonlyalimitednumberofclassesareconstructedbasedontheneedtoplantheswitchingsequencesandsafetymeasures,ratherthanbasedonrealdetailedtypesofsubstationdevices.
Forasamekindofmaintainingorrestoringtask,memberfunctionsonsafetymeasuresandcorrespondingmemberfunctionsonswitchingsequencesareplacedintothesameclass.
Inthisway,itintegratestheabovetwofunctionswell,andisbeingusedforallsubstationsinaruraldistributionnetwork,whichsuggeststhatithassomeuniversalitytodoabovetwokindsofworkforthesubstationsoflimitedspecificconfigurations.
KEYWORDS:expertsystems;object-orientedprogramming;substationmaintenance;substationswitching摘要:变电站倒闸操作次序的自动拟订是专家系统在电力系统中的最早应用领域之一.
然而,以往的这种操作票专家系统因为通用性和可维护性都很差,所以推广缓慢.
另外,电业部门要求在变电站设备检修或测试之前,工作人员必须填写相关的工作票,来说明工作开始之前所必需的安全措施.
本文介绍了一个通用的面向对象的专家系统,它可用于为农用变电站自动生成工作票并拟订操作次序.
为了实现源代码的重用并改善软件的性能,面向对象的继承性被用于软件的类体系构造,且类的构造是基于拟订操作次序和安全措施的需要,而不是根据详细的设备分类.
对于同一种检修或恢复任务,用于安全措施的成员函数和用于操作的成员函数被放入同一个类中,这样该系统实现了两种开票功能的有机结合,并应用于某县电网所属的所有配电变电站,体现了其在解决有限、特定种类接线变电站开票问题方面的通用性.

关键词:专家系统;面向对象技术;变电站工作票;变电站操作票http://www.
paper.
edu.
cn1前言变电站操作票专家系统是人工智能在我国电力系统中的最早应用之一[1],自八十年代中期起,国内对变电站操作票专家系统的研究一直没有中断.
从现有系统的使用情况看,可归纳为"两头难":一是开发难,为一个新的变电站开发操作票专家系统需要做大量重复工作;二是使用难,即使变电站拓扑结构发生微小变化也要求修改源程序,系统的可维护性和通用性较差.
除了操作票,工作票制度也是电力系统运行管理中一种有效的安全措施.
在变电站设备检修或测试之前,工作人员必须填写相关的工作票,来说明工作开始之前所必需的安全措施.
变电站运行人员再根据工作票的内容拟订倒闸操作次序,两票应相互对应,以保证检修或恢复任务的顺利完成.
目前,大多数变电站操作票和工作票专家系统是相互分离的,这为软件的维护带来了不便,还有可能造成两票内容和次序的不完全对应,从而对变电站的安全检修构成威胁.
面向对象的程序设计语言具有继承、多态、封装等多种优良的特性,把这一技术运用于操作票的知识表示和推理机的实现,找出工作票和操作票的共性,合理抽象出问题域的类,将使得专家系统具有代码短、易维护、易修改和易扩充的优点,从而可实现系统的通用性.

鉴于农网变电站的接线类型较少,以此为突破口,实现操作票专家系统的通用性是可行的.

2变电站拓扑结构的表示为了让用户能够方便地对系统进行维护,我们用Borland公司的数据库Paradox设计了一个易于操作的"面向用户"数据库接口.
当变电站的拓扑结构发生变化时,通过它可以方便地修改系统的数据库.
如果电网中新增一个变电站,那么只需将其拓扑结构数据输入数据库即可.
数据库中有两类不同的表格(table),一类称为"线路表",另一类称为"变压器表",两表之间通过"开关编号"这一字段产生关联关系.
为了使数据库通用,我们在设计各表格的字段时,采用了"冗余法",即对应于某种接线方式的数据表(table)中,它的字段包括了该接线方式下"间隔"里可能拥有的所有与操作有关的一次设备和二次设备,如:开关号、开关类型、母线侧刀闸号等.
输入数据时,对于实际系统没有的设备可在该字段值中设为空,系统该字段内容就能进行推理.
例如:对于负荷侧有接地刀闸XD的线路由运行转检修时,就应有"合上XD接地刀闸,检查确已合好"的操作项;如果某线路没有XD接地刀闸,则该字段值为空,系统将能推理出"挂上1#接地线,检查确已合好".
3面向对象的知识表示根据面向对象技术中类抽象的理论,我们提出了一种全新的抽象类的思想------一切服务于操作票推理,即不是按设备的类型,把变电站中所有的一次设备和二次设备都抽象成类[2],而是从开列操作票的过程中去考察涉及到哪些组件以及所涉及到的组件的操作共性,从而抽象出设备类.
然后,再考察变电站各种一次主接线方式下不同操作任务的共性,抽象出适用于操作票推理的操作任务类.
在定义类的成员函数时,我们没有去定义那些用于开发系统图形界面的属性和成员函数[3,4],而是定义了适用于操作票推理的成员函数.
这样,可使得操作票的推理简单,易于系统的实现.
3.
1设备类操作票中各操作序列只涉及到了开关和刀闸这两种一次设备,以及合闸保险、控制保险和保护压板等各种二次设备,也就是说,各种操作任务只涉及对相关开关、刀闸和二次设备进行操作.
因此,我们没有将母线和变压器等一次设备单独抽象成类,而是仅把开关抽象为一类(TBreaker类),将刀闸抽象为另一类(TSwitch类).
考虑到各种二次设备的操作,如"投入XXX开关控制保险"等,都是作为开关和刀闸操作的补充或配合,为了进行高效推理,我们把所有的二次设备作为数据成员封装在相应的一次设备类里,而不再单独抽象成类.
其中,开关合闸保险和控制保险等封装在开关类里,接地刀和接地线则封装在刀闸类里.
这样,服务于操作票推理的设备类体系如图1所示.
这种抽象类的方法较以往的方法[2]有着抽象出的类数少、层次清晰的优点,并可充分运用继承机制以及二次设备的封装,使得我们仅通过使用"开关"、"电磁式开关"、"母线侧刀闸"和"负荷侧刀闸"这四个类所生成的对象,就能完成各种操作任务,从而可简化推理机的设计.
图1设备类体系类层次图开合元件开关(弹簧式开关)电磁式开关负荷侧刀闸母线侧刀闸刀闸Fig.
1Hierarchyofdeviceclasses3.
2操作任务类为了服务于操作票推理,我们从不同接线方式下各种操作任务的共性中抽象出了操作任务类.
从研究中发现:(1)在同一接线方式下,各种操作任务是有共性的,如单母线分段接线方式下"线路停电"和"线路开关停电"操作,都需要把线路开关和两侧刀闸断开,不同之处是在于挂地线的位置及后者需要取下控制、合闸保险.
我们可以抽象出"线路停电"和"线路开关停电"这两个类的基类---"出线开关停运基本操作类",它用于完成断开开关及两侧刀闸的操作;(2)在不同的接线方式下,同一种操作任务也有共性,如无论是单母线分段还是单母分段带旁母接线,对于"线路开关停电"这一操作任务都需要把线路开关和两侧刀闸断开、开关两侧挂地线以及取下控制保险等,不同之处是在单母线分段带旁母接线下,线路开关停电,负荷可以由旁路代出.
因而我们在"线路开关停电"类下派生出"线路开关停电代负荷"这个子类.
可见,有了"出线开关停运基本操作"这一基类,利用继承机制,加入少量代码即可派生出线路停电、线路开关停电和线路开关停电代负荷等类,用于完成所有接线方式下的线路停电和线路开关停电的操作任务,这就使系统有了一定的通用性.
即使遇到一种事先未考虑到的操作任务,我们也能利用代码重用技术,加入少量代码构造派生出新类.

4面向对象的推理机4.
1特点面向对象的推理机的特点为:(1)在面向对象的方法中,子类除了具有自己的属性和方法外,还具有父类的属性和方法,因此在匹配过程中,若父类匹配不成功,则其子类也一定匹配不成功,从而没有必要再匹配其子类,从而可大大缩小搜索范围;(2)不同的对象可拥有各自领域的特有知识和推理机制,从而使面向对象的知识处理系统具有丰富多样的推理机制.
4.
2机制面向对象的知识推理的主要机制是消息传递,所有的推理都是通过向对象发送消息来实现的.
消息针对专用对象,只有特定对象的某一方法与消息模式匹配时,该方法才被激活,执行后返回信息给发送消息的对象.
消息传递充分体现了面向对象的知识表示方法具有模块性强的特点.
根据问题求解的需要,我们编制了不同的子推理机,如主变操作推理机、母线操作推理机、开关操作推理机等.
主推理机采用广度优先和深度优先交替使用的搜索策略.