基于知識(shí)圖譜的操作票智能擬票技術(shù)研究

蔣奇　蔣羽鵬　孫若峰　薛博水　金瑞瓊　白揚(yáng)

摘要：基于變電站典型票、標(biāo)準(zhǔn)票及歷史票庫(kù)數(shù)據(jù)，結(jié)合自然語(yǔ)言處理技術(shù)及機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)對(duì)操作票內(nèi)容進(jìn)行提取，獲得操作任務(wù)、操作設(shè)備、操作動(dòng)作及狀態(tài)信息，構(gòu)建操作票知識(shí)圖譜，基于圖搜索模式快速生成調(diào)度操作票，提高開(kāi)票效率及開(kāi)票的規(guī)范性、準(zhǔn)確性。該技術(shù)能夠靈活運(yùn)用于各變電站操作票系統(tǒng)中，通用性強(qiáng)，大幅度減少人工重復(fù)數(shù)據(jù)錄入及維護(hù)工作。

關(guān)鍵字：變電站;操作票;知識(shí)圖譜;智能擬票技術(shù)

0 引言

電網(wǎng)調(diào)度操作通過(guò)操作票形式下達(dá)，先由調(diào)度員按照調(diào)度規(guī)程，根據(jù)運(yùn)行方式與經(jīng)驗(yàn)開(kāi)出操作票，再經(jīng)調(diào)度、運(yùn)行方式、保護(hù)等部門(mén)校核后才能生效。操作票制度是電力系統(tǒng)運(yùn)行管理中防止誤操作的一種有效安全措施，操作票的正確填寫(xiě)、審核及執(zhí)行是決定是否發(fā)生誤操作的重要因素。目前通用的操作票擬票方法主要采用在系統(tǒng)中存儲(chǔ)典型票及標(biāo)準(zhǔn)票，針對(duì)某一項(xiàng)調(diào)度任務(wù)，由調(diào)度人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷調(diào)取典型票或標(biāo)準(zhǔn)票進(jìn)行修改生成。操作票開(kāi)票工作量大，工作效率低，且易受個(gè)人主觀因素影響，容易出錯(cuò)，未能達(dá)到智能電網(wǎng)建設(shè)下調(diào)控運(yùn)行效率及準(zhǔn)確性的要求。針對(duì)目前操作票開(kāi)票、審核自動(dòng)化程度低等現(xiàn)象，研究操作票智能擬票技術(shù)，實(shí)現(xiàn)操作任務(wù)自動(dòng)識(shí)別，自動(dòng)推理生成準(zhǔn)確規(guī)范的操作項(xiàng)，縮短開(kāi)票時(shí)間，減輕變電站開(kāi)票及審核人員工作負(fù)荷，確保電力調(diào)度的安全性。

在智能電網(wǎng)建設(shè)的背景下，智能擬票技術(shù)成為變電站研究的重點(diǎn)方向之一，并取得了一定的研究成果。文獻(xiàn)[1]通過(guò)研究各類(lèi)接線(xiàn)模式下的操作設(shè)備間隔結(jié)構(gòu)與接線(xiàn)特點(diǎn)，基于任務(wù)設(shè)備、設(shè)備拓?fù)溥B接關(guān)系建立間隔樹(shù)，依據(jù)狀態(tài)優(yōu)先級(jí)構(gòu)建設(shè)備—端—單元狀態(tài)約束，以端信息、可操作設(shè)備間隔、間隔狀態(tài)、初/終狀態(tài)和連接關(guān)系等建立五要素任務(wù)模板，自動(dòng)生成操作票任務(wù)。文獻(xiàn)[2]建立基于五防規(guī)則及典型設(shè)備操作規(guī)則的系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)，以此生成設(shè)備拓?fù)浔?，采用設(shè)備狀態(tài)推理算法結(jié)合設(shè)備操作規(guī)則構(gòu)建推理機(jī)。文獻(xiàn)[3]研究調(diào)度操作專(zhuān)家系統(tǒng)，利用電網(wǎng)業(yè)務(wù)知識(shí)庫(kù)模型自動(dòng)推理生成調(diào)度操作任務(wù)和調(diào)度指令。文獻(xiàn)[4]運(yùn)用動(dòng)態(tài)操作規(guī)則模板思想，根據(jù)所選定的設(shè)備自動(dòng)實(shí)施安全校核工作和拓?fù)浞治龉ぷ鳎詣?dòng)完成操作規(guī)則推理及操作序列匹配驗(yàn)證。

上述研究表明，目前的智能擬票技術(shù)重點(diǎn)在于研究自動(dòng)推理技術(shù)，但主要采用基于規(guī)則、模板的方式，此類(lèi)方式不能進(jìn)行靈活調(diào)整，通用性及適用性能力存在一定欠缺，且需要大量的人工維護(hù)工作。本文研究基于知識(shí)圖譜的操作票智能擬票技術(shù)，將變電站線(xiàn)路作為核心節(jié)點(diǎn)，建立設(shè)備連接關(guān)系，以初始節(jié)點(diǎn)—中間節(jié)點(diǎn)—終止節(jié)點(diǎn)的完整連接路徑作為操作序列，采用基于圖搜索的方式快速生成操作票。

1 智能擬票技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

基于變電站典型票、標(biāo)準(zhǔn)票數(shù)據(jù)，利用自然語(yǔ)言處理技術(shù)提取出操作票文本中的操作任務(wù)、操作設(shè)備、操作動(dòng)作、設(shè)備狀態(tài)等實(shí)體信息，分析總結(jié)各操作任務(wù)的差異性、操作設(shè)備的邏輯關(guān)聯(lián)關(guān)系，基于設(shè)備拓?fù)潢P(guān)系及設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)構(gòu)建知識(shí)圖譜及推理機(jī)制，構(gòu)建操作票生成模型，自動(dòng)生成操作票。

1操作票內(nèi)容分析模型

1.1 BERT模型

BERT模型基于Transformer 的雙向編碼器表征，通過(guò)大規(guī)模無(wú)標(biāo)注預(yù)料訓(xùn)練，從而獲得文本的語(yǔ)義表示。BERT模型以文本中各個(gè)字/詞的原始詞向量作為輸入，輸出是文本中各個(gè)字/詞融合了全文語(yǔ)義信息后的向量表示，如下圖所示：

從上圖中可以看出，BERT模型的輸入除字向量外，還包含文本向量及位置向量?jī)刹糠?。文本向量用于刻?huà)文本的全局信息，并與單字/詞的語(yǔ)義信息相融合。由于出現(xiàn)在文本不同位置的字/詞所攜帶的語(yǔ)義信息存在差異，BERT模型對(duì)不同位置的字/詞分別附加一個(gè)不同的向量以作區(qū)分。最后，BERT模型將字向量、文本向量和位置向量的加和作為模型輸入。

1.2 操作票內(nèi)容提取

基于BERT模型構(gòu)建操作票語(yǔ)義分析模型，首先獲取典型票、標(biāo)準(zhǔn)票庫(kù)數(shù)據(jù)初始數(shù)據(jù)集，通過(guò)NLP數(shù)據(jù)增強(qiáng)方式對(duì)初始數(shù)據(jù)集進(jìn)行數(shù)據(jù)增強(qiáng)處理，獲得基本語(yǔ)料。數(shù)據(jù)增強(qiáng)的目的是通過(guò)變換生成現(xiàn)有訓(xùn)練樣本的變體，從而創(chuàng)建更多的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，這些變換往往可以反映現(xiàn)實(shí)世界中會(huì)發(fā)生的變化，常用的數(shù)據(jù)增強(qiáng)方法有：回譯、同義詞替換、隨機(jī)刪除、隨機(jī)詞序打亂集中等。再利用BERT模型對(duì)語(yǔ)料進(jìn)行訓(xùn)練，獲得文本分詞及詞性標(biāo)注序列。對(duì)于文本：檢查110kv微機(jī)母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)裝置 金張線(xiàn)ⅱ段母線(xiàn)側(cè)1362隔離開(kāi)關(guān)位置指示正確。漢字拆分結(jié)果為：檢 查 1 1 0k v 微 機(jī) 母 線(xiàn) 差 動(dòng) 保 護(hù) 裝 置 金 張 線(xiàn) i i 段 母 線(xiàn) 側(cè)1 3 6 2 隔 離 開(kāi) 關(guān) 位 置 指 示 正 確。對(duì)應(yīng)的詞性標(biāo)注序列為：b_v e_v b_ms m_ms m_ms m_ms e_msb_nr m_nr m_nr m_nr m_nr m_nr m_nr m_nr m_nr e_nr s_s b_ns m_ns e_ns b_ms e_ms b_ns e_ns s_f b_mr m_mr m_mr e_mr b_nr m_nr m_nr e_nr b_nz m_nz m_nz e_nz b_ad e_ad。其中“b”表示詞的開(kāi)頭，“m”表示詞的中間，“e”表示詞的結(jié)尾，“ms”表示千伏等級(jí)，“nr”表示設(shè)備名稱(chēng)，“ns”表示線(xiàn)路名稱(chēng)，“mr”表示設(shè)備編號(hào)，“nz”表示專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)，“s_s”表示空格，“s-f”表示方位。

2 操作票知識(shí)圖譜及推理機(jī)制

2.1 操作票知識(shí)圖譜

將經(jīng)過(guò)BERT模型分詞后的語(yǔ)料中的詞逐一在電力專(zhuān)業(yè)詞典中進(jìn)行檢索，檢索出操作任務(wù)、操作動(dòng)作、操作設(shè)備、設(shè)備狀態(tài)等信息，并將之作為知識(shí)圖譜的實(shí)體。結(jié)合變電站不同電壓等級(jí)的接線(xiàn)方式，設(shè)備拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，構(gòu)建操作票知識(shí)圖譜。以某地區(qū)變電站為例，將該變電站抽象圖譜表示，每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表站中主要設(shè)備，設(shè)備關(guān)系之間由邊相連。下圖中每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一段母線(xiàn)，將每段母線(xiàn)上的設(shè)備（主變、斷路器等設(shè)備）與母線(xiàn)節(jié)點(diǎn)相連。母線(xiàn)上所連的各個(gè)分支對(duì)應(yīng)連接母線(xiàn)的i或ii節(jié)點(diǎn)。

2.2 基于設(shè)備狀態(tài)的推理機(jī)制

通過(guò)對(duì)典型票、標(biāo)準(zhǔn)票內(nèi)容提取，將設(shè)備狀態(tài)抽象為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，始末節(jié)點(diǎn)分別代表始末狀態(tài)，中間的相連節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一條路徑，這條路徑上的節(jié)點(diǎn)內(nèi)容具體代表每一個(gè)操作步驟。在對(duì)大量的操作票分析中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于某一項(xiàng)操作任務(wù)，其中的某一部分操作順序可發(fā)生變換，路徑表示為一個(gè)操作票模板。在變電站設(shè)備接線(xiàn)圖中，i段母線(xiàn)和ii段母線(xiàn)是對(duì)稱(chēng)的，從而具有相同的操作，操作內(nèi)容是相似的，但母線(xiàn)上所連接的分支線(xiàn)路數(shù)量不一定相同，所以將這一組操作抽象為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，視具體的母線(xiàn)而翻譯。

從相關(guān)接口采集實(shí)時(shí)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)調(diào)度任務(wù)明確需要操作的設(shè)備、當(dāng)前設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，基于電網(wǎng)操作規(guī)程及操作經(jīng)驗(yàn)等規(guī)則約束，推理出操作步驟路徑。

3 圖搜索操作票自動(dòng)生成模型

操作票生成模型就是通過(guò)圖搜索從知識(shí)圖譜中匹配出實(shí)體與路徑完全一致的記錄。在生成一項(xiàng)調(diào)度任務(wù)時(shí)，根據(jù)不同的操作票類(lèi)型，A代表冷備用，B代表檢修，C代表熱備用，D代表運(yùn)行，獲取對(duì)應(yīng)的操作票類(lèi)型，代表一組操作的節(jié)點(diǎn)要翻譯成一個(gè)列表，列表內(nèi)元素具體的數(shù)量視情況而定要翻譯的部分用逗號(hào)分隔開(kāi)。

上圖表示查詢(xún)一條由檢修轉(zhuǎn)冷備用的操作票模板，9代表要操作的設(shè)備具體是哪個(gè)。

4 結(jié)論

隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的日益擴(kuò)大，新設(shè)備新技術(shù)層出不窮，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式日趨多元，使得各種操作票開(kāi)票變得更加復(fù)雜、頻繁，變電站工作人員的工作量和工作強(qiáng)度與日劇增，需要做大量的日常性的重復(fù)工作。操作票的準(zhǔn)確性是電網(wǎng)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)。目前，大多數(shù)操作票擬票方法仍采用在系統(tǒng)中存儲(chǔ)典型票/標(biāo)準(zhǔn)票，開(kāi)票時(shí)進(jìn)行人工調(diào)取、修改后生成，操作票開(kāi)票的規(guī)范性及標(biāo)準(zhǔn)性依賴(lài)調(diào)度人員的經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)票效率及準(zhǔn)確性低，安全風(fēng)險(xiǎn)高。

本文提出了基于知識(shí)圖譜的操作票智能擬票技術(shù)。利用自然語(yǔ)言處理技術(shù)及機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，建立算法模型，從大量的典型/標(biāo)準(zhǔn)票中提取出操作任務(wù)、操作設(shè)備、操作動(dòng)作、設(shè)備狀態(tài)等實(shí)體信息，并結(jié)合電網(wǎng)設(shè)備接線(xiàn)方式，設(shè)備拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建操作票知識(shí)圖譜。通過(guò)設(shè)備狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)采集與推理機(jī)制，通過(guò)圖搜索快速生成智能操作票，提高開(kāi)票規(guī)范性，以減輕工作人員的工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度，提升工作效率，提高電網(wǎng)調(diào)控的精益化管理水平和電網(wǎng)安全運(yùn)行水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 張東英，楊俊威，黃建陽(yáng)，王衛(wèi).操作票任務(wù)自動(dòng)生成通用方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2018，42（24）：169-175.

[2] 譚晶，夏佾，竇昊翔，鄭銘洲.基于規(guī)則推理的智能變電站操作票自動(dòng)生成方法[J].電網(wǎng)與清潔能源，2019，35（07）：55-65.

[3] 李治，張臻，張燁，尹天華.基于自然語(yǔ)言分析及專(zhuān)家系統(tǒng)的智能調(diào)度操作票系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].河北電力技術(shù)，2019，38（06）：44-47.

[4] 郝方舟，羅林歡，孫奇珍.配網(wǎng)智能操作票生成方法研究與應(yīng)用[J].無(wú)線(xiàn)互聯(lián)科技，2019，16（17）：123-124.

[5] 林文彬.南寧監(jiān)控中心智能操作票系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用[J].電子元器件與信息技術(shù)，2018（10）.

[6] 陸承宇，羅華峰，丁峰，劉俊宏，鮑威.基于隱馬爾可夫模型的智能站操作票內(nèi)容提取技術(shù)的研究[J].能源工程，2019（02）：23-27.

[7] 曾利. 基于專(zhuān)家系統(tǒng)的智能操作票系統(tǒng)的研究[D].西南交通大學(xué)，2017.

[8] 董開(kāi)河.基于智能變電所拓?fù)洳僮髌睂?zhuān)家系統(tǒng)知識(shí)表達(dá)方法綜述[J].化工管理，2015（30）：46.

[9] 曹冬梅.電力公司電網(wǎng)調(diào)度智能操作票系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].電氣時(shí)代，2019（02）：69-71.

[10] 于海洋. 電網(wǎng)調(diào)度智能操作票系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)[D].東北石油大學(xué)，2018.

[11] 高三山，孟文.一種基于Q-學(xué)習(xí)的智能操作票推理方法[J].中國(guó)科技論文，2018，13（02）：126-130.

[12] 楊細(xì)平. 基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D形智能操作票應(yīng)用研究[D].華北電力大學(xué)（北京），2017.