基于状态机原理的电网启动方案自动编制系统研究

王俊力，王晓雨

（包头供电局，内蒙古 包头 014030）

0 引言

随着智能电网的不断建设，在电力调度领域中，设备启动方案的编写与校验也应与时俱进。人工编写启动和校验方案，不仅无法快速完成，还易产生遗漏，降低方案的可靠性。本文结合当前的电网网架结构和实时数据、启动过程中和启动结束后的电网各断面结构和潮流计算结果，搭建设备启动模型、组建专家系统规则库（包括开关、线路、主变压器、母线、整流变压器、保护等各类电网设备启动操作规则），建立电网启动方案自动编制系统。

1 系统介绍

1.1 电网操作基础知识库

1.1.1 建立电网层级拓扑模型

根据电网设备层级结构的特点，将电网分为厂站网络层、宏间隔层、微间隔层、原子设备层[1]，如图1所示。

通过接口从调度自动化系统中获取设备模型后，按照图1生成对应的层级拓扑，系统可根据启动方案各个步骤的层级拓扑建立不同的潮流方式，方便专家系统根据启动方案内容分析调用[2]。

图1 层级网络拓扑结构图

1.1.2 利用概念图理论对电力基础知识进行提取与存储

根据电力领域基础知识建立概念节点，将概念节点细分为概念类型标识符和概念标识符所指项域，用“概念类型：{所指项域}”的形式将电力系统一次设备表示为概念节点的形式[3]。

以线路为例，如：“线路：{包万2E43线}”。其中，线路表示概念类型标识符，泛指所有的线路，而包万2E43线表示符合类型标识符“线路”的个体，即表示具体的线路。

1.1.3 电网操作基础知识的谓词形式存储

若对电网操作知识进行推理，首先要解决其在计算机中的存储问题。基于格理论将表示的电力领域基础知识分为概念节点谓词、关系节点谓词和概念图谓词，并存入数据库中[4]。

1.2 基于产生式模型的专家系统规则库

专家系统规则库是具有大量专门知识与经验的程序系统[5]。基于专家系统规则库的设计思想，依据内蒙古电网启动方案的编写原则，建立启动方案结构规则库和产生式模型规则库，其中产生式模型规则库又分为调试项目生成规则库、启动条件生成规则库、调试路径生成规则库、电网操作规则库、操作术语规则库[6]。启动方案结构规则库存储的是启动方案结构组成知识，电网启动方案的结构包含启动范围、调试项目、启动条件、预定启动时间、启动步骤、调试系统6个部分。该部分规则为固定内容表现形式，可直接存储为固定知识结构形式，在生成时，直接按规定的形式生成即可，不需要判断[7]。产生式模型规则库生成内容主要由推理分析得出的条件来决定，如调试项目部分生成内容总结，见表1。

分析表1内容可知，采用产生式知识法表示知识存储较合适。产生式的基本形式为P→Q或者IFPTHEN Q，P是产生式的前提，也称为前件，它给出了产生式可否使用的先决条件，由事实的逻辑组合来构成；Q是一组结论或操作，也称为产生式的后件，它指出当满足前提P时，应该推出的结论或应该执行的动作。产生式的含义为如果前提P满足，则可推出结论Q或执行Q所规定的操作，设计完成的系统规则库结构见图2。

图2 启动方案编制系统规则库结构示意图

表1 调式项目生成内容总结示意表

1.3 智能生成电网启动方案

电网设备启动方案的编制步骤具有先后顺序和逻辑规律，状态机的本质就是对具有逻辑顺序或时序规律事件的一种描述方法，可利用状态机原理实现电网启动方案的启动步骤智能生成。

基于状态机原理的启动步骤生成技术主要包含两个部分：一个为用于智能生成冲击路径、定相核相路径、相关保护带负荷试验路径的基于产生式表示法的智能拓扑推理技术；另一个为根据第一步生成的路径，生成电网状态转换过程所需操作步骤的基于Moore状态机原理的产生式规则推理技术[8]。

1.3.1 基于产生式表示法的智能拓扑推理技术

基于产生式表示法的智能拓扑推理技术是产生式规则推理技术与智能拓扑分析技术的结合[9-10]，依据线路冲击路径生成的规则、定相核相路径生成的规则、相关保护带负荷试验路径生成的规则,分别构建设备冲击路径生成推理控制策略、定相核相路径生成推理控制策略、相关保护带负荷试验路径生成推理控制策略，逐步生成调试路径，见图3。

图3 调试路径生成策略示意图

1.3.2 基于Moore型状态机原理的产生式规则推理技术

新设备启动引起电网状态变化是从电网初态到冲击路径电网状态，到定相核相路径电网状态，再到相关保护带负荷试验路径电网状态，最后到电网恢复态[11]。其中的状态是有限的，不重叠的，在某一时刻一定会在某个固定的状态[12-17]。

2 应用实例

以某地民业线启动为例，进行送电操作，民胜变电站侧、哈业变电站侧的接线方式分别见图4、图5。启动方案生成步骤如下。

图4 民胜变电站侧接线方式示意图

图5 哈业变电站侧接线方式示意图

（1）确认操作任务。“110 kV民业线启动”。

（2）解析操作任务。“110 kV民业线启动”转化为谓词形式，匹配基础知识库，得出相关设备民业线、156开关、121开关可进行的多种操作过程组合。

（3）拓扑分析。得出设备实时信息和相关属性信息，转化为谓词形式，与解析操作任务结果进行比较，筛选出相关设备可进行的操作，即民业线、156开关、121开关可进行送电冲击、定相及带负荷保护试验操作。

（4）相关方式确认。通过人机交互，选择民胜变电站母联112开关和110 kV 2号母线作为送电电源，确定民业线和156开关为新建设备，确定启动后电网恢复路径方式。系统根据设备拓扑关系及调试路径生成规则，推理得出操作路径：冲击156开关；冲击民业线；121开关-6刀闸处定相；带负荷保护试验；电网方式恢复。

（5）智能生成。基于得出的操作路径，通过匹配电网操作规则和电网操作术语知识库得出满足要求的操作步骤，见图6。

图6 110 kV民业线的启动方案操作步骤

（6）系统根据项目规则库、启动条件规则库生成设备命名、启动范围、启动条件及准备工作等内容。

（7）最后，系统根据启动方案结构规则库生成完整启动方案，见图7。

图7 自动生成的民业线启动方案

3 结束语

启动方案智能编制系统实现了启动方案的规范、精准编写，提高了方案编制的效率和质量，并以此推动启动方案内容、术语的标准化。启动方案生成与校核的流程化管理，大幅减轻了方式人员编制启动方案的工作压力，提高了电网调度的智能化水平。