基于序列比對的變電站仿真操作評價模型研究

劉義杰

（山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 長治046021）

0 引言

目前傳統(tǒng)的電力仿真培訓(xùn)評價方法（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、數(shù)理統(tǒng)計(jì)法、專家評價法等）主觀性較強(qiáng)，只是從定性角度評價，難以從復(fù)雜、不確定的數(shù)據(jù)輸入中得到確定的推斷，而且評價不夠全面。很多仿真培訓(xùn)系統(tǒng)中沒有實(shí)時指導(dǎo)功能，在很大程度上由教員人工指導(dǎo)完成，也無法判別學(xué)員操作順序上的錯誤，具有一定的局限性。

基于上述問題，本文提出一種基于序列比對的變電站仿真操作智能評價方法，能全面完成變電站仿真巡視、倒閘操作的自動智能評價工作；并采用一合理的加權(quán)函數(shù)打分，實(shí)現(xiàn)對學(xué)員操作結(jié)果的綜合評價，對于提高仿真培訓(xùn)效果具有重要意義。

1 變電站仿真操作評價模型

本文提出的基于序列比對的變電站仿真操作評價模型如圖1所示。（1）教員根據(jù)操作任務(wù)類庫，下達(dá)操作任務(wù)，如巡視類操作、倒閘類操作，學(xué)員按不同的操作任務(wù)進(jìn)行操作演練；（2）采用碰撞檢測技術(shù)，設(shè)置觸發(fā)器，學(xué)員每一步操作觸發(fā)一次事件，根據(jù)時間先后順序，記錄學(xué)員每一步操作，建立學(xué)員操作點(diǎn)事件表，形成實(shí)際操作序列；（3）結(jié)合變電站操作規(guī)程，采用產(chǎn)生式和框架式知識表示方法，進(jìn)行設(shè)備規(guī)則和任務(wù)規(guī)則知識表示，建立操作規(guī)則庫，形成標(biāo)準(zhǔn)操作序列庫；（4）將學(xué)員實(shí)際操作序列信息傳送到序列比對模塊，調(diào)用操作規(guī)則庫中的標(biāo)準(zhǔn)操作序列，采用Smith-Waterman序列比對算法，結(jié)合推理機(jī)，對學(xué)員操作結(jié)果進(jìn)行比對評價；（5）根據(jù)不同的操作在操作序列中所占比重不同，采用一科學(xué)的加權(quán)方式打分，并通過可視化窗口對評價結(jié)果及分值進(jìn)行顯示。

圖1 基于序列比對的變電站仿真操作評價模型

2 序列比對算法（Smith-Waterman算法）

序列比對算法，基本是一種基于動態(tài)規(guī)劃思想的Smith-Waterman算法。依據(jù)遞歸的思想，可以動態(tài)規(guī)劃得出兩序列A［i］和B［j］在比對過程中的最大相似性得分值及最佳相似性配對，也可以用其他分值表示得分函數(shù)值［1］。

通過相似性最佳得分矩陣進(jìn)行動態(tài)回歸的遞歸算法如下：

For（i＝｜A｜，j＝｜B｜，＆（i＞0＆＆j＞0））

｛if（f［i，j］＝＝f［i－1，j－1］＋σ（A［i］，B［j］））

｛i－－，j－－｝

else if（f［i，j］＝＝f［i－1，j］＋σ（A［i］，－））

｛i－－，insert（‘－’，B，j）｝

else if（f［i，j］＝＝f［i，j－1］＋σ（－，B（j－1）））

｛j－－，insert（‘－’，A，i）｝

Return；｝

在以上算法流程中，定義序列長度值為｜A｜＝m，｜B｜＝n。其中，函數(shù)insert（‘－’，A，i）表示將字符‘－’插入一個序列 A的第i個位置，算法中所有此函數(shù)均同［2］。

3 基于序列比對的評價方法

變電站智能仿真操作系統(tǒng)中每個設(shè)備元件被改為獨(dú)立的一個類，每個類的本身又包含了其運(yùn)行的相關(guān)屬性。在變電站仿真智能評價系統(tǒng)中，要適當(dāng)擴(kuò)充各個電氣設(shè)備元件的屬性：如電流互感器、電壓互感器、隔離開關(guān)、斷路器等電氣設(shè)備元件不僅需要包含其相應(yīng)的開斷動作，還要包含相應(yīng)的耐受電壓等級等屬性信息。具體過程（圖2）如下：（1）采用碰撞檢測技術(shù)，并設(shè)置觸發(fā)器，學(xué)員每一步操作觸發(fā)一次事件，根據(jù)先后順序記錄學(xué)員每一步操作，包括動作時間、設(shè)備名稱、設(shè)備編號、電壓等級、設(shè)備類型、動作結(jié)果等，建立學(xué)員操作點(diǎn)事件表，形成實(shí)際操作序列；（2）將學(xué)員操作序列信息傳送到序列比對模塊，調(diào)用操作規(guī)則庫中的標(biāo)準(zhǔn)操作序列，采用Smith-Waterman序列比對算法，結(jié)合推理機(jī)，對學(xué)員操作結(jié)果進(jìn)行比對判斷及相關(guān)評分。

圖2 序列比對方法

根據(jù)學(xué)員操作記錄表（表1），在進(jìn)行數(shù)據(jù)提取、形成實(shí)際操作序列時，本文方法只提取2項(xiàng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)：設(shè)備編號、動作結(jié)果。

表1 停電操作序列記錄表

根據(jù)表1的操作記錄，形成的實(shí)際操作序列為：…DL60201 ON DL60202 T KG602301 ON KG602302 T KG602101 ON KG602102 T…（分閘：ON；合閘：OFF；檢查在分位：T）

依據(jù)操作規(guī)則庫中的標(biāo)準(zhǔn)操作序列，通過Smith-Waterman序列比對算法進(jìn)行比對評價。

4 加權(quán)評分

在最終得到的標(biāo)準(zhǔn)操作序列表分值欄中記明了學(xué)員進(jìn)行的仿真操作各個操作項(xiàng)目的得分值，其中遺漏操作序列項(xiàng)按照零分記，對于多次重復(fù)操作的序列項(xiàng)和多余的操作序列項(xiàng)按相應(yīng)的權(quán)值比例扣分?？己诉^程還將記錄考生完成時間，因?yàn)樗胁僮餍柙谝?guī)定時間內(nèi)完成，時間因素將影響考核結(jié)果。通過綜合考慮學(xué)員仿真操作中各種因素，包括完成時間、遺漏操作項(xiàng)、重復(fù)操作和多余操作項(xiàng)次數(shù)等，最后給出學(xué)員的仿真操作結(jié)果和評價公式。規(guī)定加權(quán)評價函數(shù)總公式如下［3］：

式中，N為學(xué)員實(shí)際得分總成績；Si為各個操作項(xiàng)的實(shí)際得分；ω1，ω2，ω3為不同的加權(quán)系數(shù)，隨各操作項(xiàng)的重要程度不同而改變，在不同的操作中值不同；T為規(guī)定的各個操作項(xiàng)目完成的標(biāo)準(zhǔn)時間限制；t為學(xué)員各個操作項(xiàng)目的實(shí)際完成時間；Mi為各個操作項(xiàng)的滿分值；m為學(xué)員重復(fù)或漏做的項(xiàng)數(shù)，單位是次；d為學(xué)員操作中多余的操作項(xiàng)，單位為分?jǐn)?shù)；B為標(biāo)準(zhǔn)分值，是由教員設(shè)置的定值，全系統(tǒng)只有1個評分標(biāo)準(zhǔn)值，一般取各個單項(xiàng)滿分值的平均值。

通過該函數(shù)公式，可以較快得出學(xué)員仿真操作的分?jǐn)?shù)，并能轉(zhuǎn)化為直觀的一、二、三等級制成績，進(jìn)而對學(xué)員操作結(jié)果進(jìn)行綜合評價分析。

5 結(jié)語

本文提出的基于序列比對的變電站仿真操作智能評價方法，將變電站仿真操作中巡視、倒閘操作標(biāo)準(zhǔn)化為一系列操作序列，繼而轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)操作序列與實(shí)際操作序列的比對分析。采用Smith-Waterman序列比對算法，并提出一合理的加權(quán)函數(shù)打分，實(shí)現(xiàn)對學(xué)員變電站仿真巡視類、倒閘操作類的全面客觀評價。

［1］范習(xí)輝，張焰.序列模式挖掘在電力系統(tǒng)警報(bào)信息處理中的應(yīng)用［J］.電力系統(tǒng)自動化，2005（13）

［2］魏大木，陶宏才.序列比對算法簡單研究［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2011（4）

［3］趙星濤.仿真機(jī)培訓(xùn)成績自動評定系統(tǒng)的改進(jìn)［J］.電力系統(tǒng)自動化，2002（22）