基于設(shè)備規(guī)則的變電站自動(dòng)成票推理系統(tǒng)

顧明煜，丁雪峰，江紅成，花 冉，趙 軍

（國網(wǎng)江蘇省電力公司南通供電公司，南通 226001）

0 引言

變電站是電力能源傳輸系統(tǒng)中的重要一環(huán)。變電站所涉及的電力生產(chǎn)是一項(xiàng)復(fù)雜、高綜合性的業(yè)務(wù)流程，所需處理的數(shù)據(jù)內(nèi)容數(shù)量多、離散性強(qiáng)［1］。變電站進(jìn)廠檢修的必要條件是工作票，工作票是指在進(jìn)場(chǎng)工作前由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人按照工作任務(wù)要求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)，按工作內(nèi)容要求確定檢修人員、范圍、工作時(shí)間等，并將采取的安全措施填寫所成的票據(jù)。工作票可防止盲目性誤操作，確保檢修過程順利進(jìn)行，提高檢修作業(yè)的安全可靠性。變電檢修工作票是使檢修全過程各工序之間科學(xué)協(xié)調(diào)和有序推進(jìn)，真正達(dá)到預(yù)防為主，實(shí)現(xiàn)事故為零的目標(biāo)［2］。工作票所涉及的知識(shí)體量十分龐大，利用傳統(tǒng)技術(shù)僅僅依靠鍵值對(duì)匹配的方式去數(shù)據(jù)庫中篩選開具工作票的方式，不僅對(duì)服務(wù)器性能的要求十分苛刻，而且匹配一個(gè)變電站每條線路的數(shù)據(jù)關(guān)系就需要花費(fèi)很多的時(shí)間。

當(dāng)前已有的工作票系統(tǒng)雖然已經(jīng)能夠開具一些簡(jiǎn)單通用的工作票，但對(duì)于高壓電力電纜工作所需要的第一種工作票，目前還不能有效包含站內(nèi)的具體安全措施，需要人工介入增補(bǔ)變電檢修第一種工作票，使得開票和許可流程變得復(fù)雜，快速入站檢修需求與嚴(yán)謹(jǐn)工作票管理要求之間的矛盾日益突出。

本文系統(tǒng)利用規(guī)則映射、人工智能、全文檢索等相關(guān)技術(shù)，結(jié)合全文檢索技術(shù)具備的高并發(fā)處理能力、快速檢索性能［3］，將繁瑣龐大的工作票開具流程交由全流程自動(dòng)化方式去實(shí)現(xiàn)，用一種基于數(shù)據(jù)表的新方法實(shí)現(xiàn)作業(yè)票管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)［4］。在實(shí)際生產(chǎn)工作中，變電站檢修負(fù)責(zé)人只需要提供工作計(jì)劃中對(duì)應(yīng)停電間隔的一次接線圖紙，由機(jī)器智能映射出各個(gè)設(shè)備的安全措施，生成對(duì)應(yīng)的工作票，以實(shí)現(xiàn)工作票的快速生成、生產(chǎn)管理系統(tǒng)的自動(dòng)填報(bào)，協(xié)助配網(wǎng)運(yùn)維人員高效、便捷地完成工作票系統(tǒng)錄入工作，保障工作票規(guī)范、準(zhǔn)確［5］。

1 模型框架

1.1 工作流程及推理策略

成票推理算法的核心是將設(shè)備規(guī)則和工作計(jì)劃表中設(shè)備一一映射，從而推理成工作票安全措施。工作票自動(dòng)成票的過程最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)是根據(jù)設(shè)備規(guī)則表推斷出每條工作計(jì)劃中停電間隔重要設(shè)備關(guān)系及其屬性、電氣設(shè)備表的安全措施。即變電檢修人員上傳一條工作計(jì)劃后，從工作計(jì)劃中解析對(duì)應(yīng)的變電站名稱、停電間隔范圍、工作設(shè)備和工作任務(wù)，結(jié)合設(shè)備規(guī)則表推理得出標(biāo)示牌，斷開開關(guān)等安全措施，最后將所有推理出來的安全措施整理到工作票頁面上。

圖1 工作票成票算法流程圖

1.2 規(guī)則表

電氣常量規(guī)則表，是指將電站不同種類的設(shè)備和不同種類的工作，按其所屬的類別和名稱進(jìn)行排列，方便后續(xù)進(jìn)行檢索和分詞時(shí)能夠快速匹配到。結(jié)構(gòu)見表1。

表1 電氣常量規(guī)則表

停電間隔規(guī)則表，是指變電站某個(gè)停電間隔內(nèi)所有設(shè)備組成的關(guān)系集合映射，方便后續(xù)對(duì)線路進(jìn)行解析時(shí)，加載該停電間隔內(nèi)的所有設(shè)備。結(jié)構(gòu)見表2。

表2 停電間隔規(guī)則表

工作票規(guī)則表，是指不同設(shè)備和安全措施文本組成的關(guān)系集合映射，方便后續(xù)整理工作票頁面的安全措施。結(jié)構(gòu)見表3。

表3 工作票規(guī)則表

2 算法實(shí)現(xiàn)

2.1 全文檢索技術(shù)

全文檢索大致分為索引創(chuàng)建和搜索索引兩個(gè)過程。索引創(chuàng)建是利用分詞組件將文檔切分（split）一個(gè)個(gè)單詞、去除停詞（通過與停詞集合的比對(duì)，存在于分詞組件中）、去除標(biāo)點(diǎn)、最后獲取詞元。搜索索引指當(dāng)用戶輸入一個(gè)檢索短語后，對(duì)檢索短語進(jìn)行的詞法分析：①關(guān)鍵字比對(duì)（內(nèi)置關(guān)鍵字庫），如不是關(guān)鍵字則作為普通詞處理；②語法分析，將語句根據(jù)語法規(guī)則形成語法樹。

本文利用文件系統(tǒng)中已經(jīng)存在的變電站規(guī)則表數(shù)據(jù)，通過POI 工具首先加載表格中表單的內(nèi)容，分詞組件對(duì)不同文檔進(jìn)行切分，根據(jù)常見的切分規(guī)則對(duì)表格中相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行切分，加載到全文檢索引擎內(nèi)存中，開票時(shí)利用工作計(jì)劃中的“變電站+停電間隔+工作內(nèi)容”形成查詢語句，進(jìn)行后續(xù)的搜索過程。

2.2 基于統(tǒng)計(jì)的機(jī)器學(xué)習(xí)分詞算法

2.2.1 算法流程

該分詞方法基于人工標(biāo)注的詞性和統(tǒng)計(jì)特征，對(duì)文字進(jìn)行建模，即根據(jù)觀測(cè)到的數(shù)據(jù)（標(biāo)注好的語料）對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行訓(xùn)練，在分詞階段再通過模型計(jì)算各種分詞出現(xiàn)的概率，將概率最大的分詞結(jié)果作為最終結(jié)果。機(jī)器學(xué)習(xí)是通過讓計(jì)算機(jī)模擬人對(duì)句子的理解，達(dá)到識(shí)別詞的效果［6］，機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用到分詞算法中即衍生了基于統(tǒng)計(jì)的機(jī)器學(xué)習(xí)分詞算法。算法描述如下：

假定句子S（W1，W2，…，Wn），Wi代表詞，其概率為P（S）=P（W1，W2，…，Wn）根據(jù)條件概率公式，每個(gè)詞出現(xiàn)的概率等于之前每個(gè)詞出現(xiàn)的條件概率相乘。

但是這樣計(jì)算量太大，句子越長越麻煩，因此Andrey Markov 提出了一種簡(jiǎn)化方法，即馬爾可夫假設(shè)：假設(shè)任意一個(gè)詞出現(xiàn)的概率只與它前面的一個(gè)詞有關(guān)。

這就是二元模型（Bigram Model），相應(yīng)的高階語言模型即任意一個(gè)詞Wi出現(xiàn)的概率只與它前面的i-1個(gè)詞有關(guān)。元數(shù)越高越準(zhǔn)確，但相應(yīng)越復(fù)雜、越難實(shí)現(xiàn)。

2.2.2 具體實(shí)現(xiàn)

本文采用三元模型，在統(tǒng)計(jì)量足夠大的情況下，任意詞的出現(xiàn)概率描述如下：

P（Wi|Wi-1）=P（Wi-1，Wi）/P（Wi-1）= 聯(lián)合概率/邊緣概率=兩個(gè)詞一起出現(xiàn)的次數(shù)/單個(gè)詞出現(xiàn)的次數(shù)

系統(tǒng)中需要對(duì)設(shè)備名稱、設(shè)備類型等名詞進(jìn)行分詞，以獲取最簡(jiǎn)短和最精準(zhǔn)的詞語，方便檢索出最匹配的規(guī)則表，就需要根據(jù)上述算法分詞，去除干擾檢索效率的詞語，通常形容詞、地名、符號(hào)等信息可以通過該分詞算法去除，得到最大概率的短詞。例如：“110 kV 華慶745 開關(guān)”通過分詞算法，拆分成“110 kV”“華慶745開關(guān)”短語，把這兩個(gè)任務(wù)分開處理，也就是不同任務(wù)使用不同的處理策略或兩個(gè)任務(wù)按時(shí)間順序先后被處理［7］，后續(xù)通過檢索技術(shù)可以大大縮小檢索的時(shí)間。

2.3 基于設(shè)備規(guī)則的成票推理算法

工作票內(nèi)容包括停電間隔內(nèi)工作地點(diǎn)及設(shè)備雙重名稱、工作內(nèi)容，應(yīng)拉斷路器（開關(guān)）、隔離開關(guān)（刀閘），應(yīng)設(shè)遮攔、應(yīng)掛標(biāo)示牌及防止二次回路誤碰等措施［6］。

技術(shù)路線描述如下：①建立停電間隔內(nèi)設(shè)備的映射規(guī)則：首先將每種設(shè)備類型對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵字、名稱、別名、屬性的關(guān)系一一映射，將工作類型的關(guān)鍵字、名稱一一映射，對(duì)于一個(gè)變電站解析出來的停電間隔應(yīng)該有其詳細(xì)的設(shè)備映射；②建立設(shè)備的工作票規(guī)則。

具體實(shí)施步驟如下：①任務(wù)開始時(shí)，初始化設(shè)備規(guī)則表，利用文本檢索的方式，從規(guī)則表中用POI 工具讀取表格中每個(gè)設(shè)備類型，依次加載到JVM 內(nèi)存中；②初始化工作規(guī)則表，利用文本檢索的方式，從規(guī)則表中以POI 工具讀取表格中每個(gè)工作類型，依次加載到JVM 內(nèi)存中；③初始化電氣常量規(guī)則表，將上述兩步初始化出來的設(shè)備規(guī)則表和工作規(guī)則表封裝到電氣常量規(guī)則表中；④解析用戶提交的工作計(jì)劃表項(xiàng)之工作內(nèi)容，主要是檢查：之前的頓號(hào)是不是停電間隔，如果是，再次拆分；⑤初始化停電間隔規(guī)則表，對(duì)停電間隔內(nèi)容的設(shè)備名稱、相鄰名稱以及屬性進(jìn)行解析；⑥構(gòu)造停電間隔內(nèi)設(shè)備的設(shè)備屬性和相鄰關(guān)系表，依次遍歷該停電間隔內(nèi)的設(shè)備屬性和相鄰關(guān)系；⑦匯總電氣表內(nèi)所有設(shè)備，根據(jù)設(shè)備全稱獲取設(shè)備對(duì)象信息體，封裝成設(shè)備的集合，同時(shí)需要對(duì)重復(fù)的設(shè)備進(jìn)行去重；⑧構(gòu)造相鄰關(guān)系表項(xiàng)的相鄰設(shè)備信息，根據(jù)前面得到的停電間隔內(nèi)的設(shè)備相鄰關(guān)系表，再次迭代出相鄰設(shè)備的信息；⑨將電氣表內(nèi)的所有設(shè)備信息以及相鄰設(shè)備信息封裝到電氣表字典中；⑩得到電氣表字典中信息后，通過每個(gè)設(shè)備所屬的設(shè)備類型從工作票規(guī)則表中關(guān)聯(lián)對(duì)應(yīng)的安全措施文本，將所有安全措施文本一一填充到工作票的內(nèi)容頁面，再通過POI工具替換標(biāo)記符，生成工作票文本。

2.4 軟件實(shí)現(xiàn)

算法系統(tǒng)軟件流程圖如圖2所示。

圖2 軟件流程圖

3 展示及測(cè)試

為驗(yàn)證工作票生成算法的有效性，需要輸入實(shí)際工作計(jì)劃表進(jìn)行測(cè)試。下面以某110kV變電站為例，進(jìn)行說明。變電站局部接線圖如圖3所示。

圖3 變電站局部接線圖

3.1 電氣常量規(guī)則表

根據(jù)電氣圖，整理生成電氣常量規(guī)則表，部分如表4所示。

表4 電氣常量規(guī)則表

3.2 停電間隔規(guī)則表

根據(jù)電氣圖生成110 kV 變電站的設(shè)備類型表，生成后的部分規(guī)則如表5所示。

表5 停電間隔規(guī)則表

3.3 工作票規(guī)則表

生成工作票規(guī)則表，生成后的部分規(guī)則如表6所示。

表6 工作票規(guī)則表

3.4 工作計(jì)劃

上傳變電站對(duì)應(yīng)實(shí)際檢修工作計(jì)劃，列出部分測(cè)試數(shù)據(jù)如表7所示。

表7 工作計(jì)劃表

3.5 測(cè)試指標(biāo)

考慮測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性，提供10個(gè)變電站，每個(gè)變電站提供20 條工作計(jì)劃進(jìn)行測(cè)試。通過統(tǒng)計(jì)測(cè)試項(xiàng)目的分詞準(zhǔn)確率，工作任務(wù)推理準(zhǔn)確率，安全措施推理準(zhǔn)確率，平均生產(chǎn)時(shí)間，得出如下結(jié)果。

表8 工作票規(guī)則表

3.6 生成工作票

在前端界面上點(diǎn)擊開票，生成該條工作計(jì)劃表所對(duì)應(yīng)的工作票，依次可以從生成的工作票界面上找到以上工作計(jì)劃表中的變電所，以及所解析出來的工作設(shè)備和安全措施，在上述的規(guī)則表中都能夠一一找到對(duì)應(yīng)映射關(guān)系。

圖4 工作計(jì)劃圖

圖5 工作票圖

4 結(jié)語

本文針對(duì)電力行業(yè)的變電站檢修工作任務(wù)，從工作計(jì)劃表著手，基于“工作設(shè)備+工作任務(wù)”邏輯推導(dǎo)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于設(shè)備規(guī)則的開票算法。系統(tǒng)算法通過預(yù)定義的設(shè)備規(guī)則表，通過解析設(shè)備類型（開關(guān)、流變、壓變、避雷器、主變、刀閘等設(shè)備），及設(shè)備類型的安全措施，通過檢索的方式自動(dòng)生成工作計(jì)劃所需安全措施。系統(tǒng)測(cè)試表明，本算法具備開具變電站檢修任務(wù)工作票的功能，已達(dá)到了算法和軟件所設(shè)定目標(biāo)。