基于序列比對(duì)的變電站仿真操作評(píng)價(jià)模型研究

劉義杰

（山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治046021）

0 引言

目前傳統(tǒng)的電力仿真培訓(xùn)評(píng)價(jià)方法（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、數(shù)理統(tǒng)計(jì)法、專家評(píng)價(jià)法等）主觀性較強(qiáng)，只是從定性角度評(píng)價(jià)，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(píng)價(jià)不夠全面。很多仿真培訓(xùn)系統(tǒng)中沒(méi)有實(shí)時(shí)指導(dǎo)功能，在很大程度上由教員人工指導(dǎo)完成，也無(wú)法判別學(xué)員操作順序上的錯(cuò)誤，具有一定的局限性。

基于上述問(wèn)題，本文提出一種基于序列比對(duì)的變電站仿真操作智能評(píng)價(jià)方法，能全面完成變電站仿真巡視、倒閘操作的自動(dòng)智能評(píng)價(jià)工作；并采用一合理的加權(quán)函數(shù)打分，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)員操作結(jié)果的綜合評(píng)價(jià)，對(duì)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(píng)價(jià)模型

本文提出的基于序列比對(duì)的變電站仿真操作評(píng)價(jià)模型如圖1所示。（1）教員根據(jù)操作任務(wù)類庫(kù)，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(cè)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(shí)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(shí)表示方法，進(jìn)行設(shè)備規(guī)則和任務(wù)規(guī)則知識(shí)表示，建立操作規(guī)則庫(kù)，形成標(biāo)準(zhǔn)操作序列庫(kù)；（4）將學(xué)員實(shí)際操作序列信息傳送到序列比對(duì)模塊，調(diào)用操作規(guī)則庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)操作序列，采用Smith-Waterman序列比對(duì)算法，結(jié)合推理機(jī)，對(duì)學(xué)員操作結(jié)果進(jìn)行比對(duì)評(píng)價(jià)；（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(guò)可視化窗口對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果及分值進(jìn)行顯示。

圖1 基于序列比對(duì)的變電站仿真操作評(píng)價(jià)模型

2 序列比對(duì)算法（Smith-Waterman算法）

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

通過(guò)相似性最佳得分矩陣進(jìn)行動(dòng)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(zhǎng)度值為｜A｜＝m，｜B｜＝n。其中，函數(shù)insert（‘－’，A，i）表示將字符‘－’插入一個(gè)序列 A的第i個(gè)位置，算法中所有此函數(shù)均同［2］。

3 基于序列比對(duì)的評(píng)價(jià)方法

變電站智能仿真操作系統(tǒng)中每個(gè)設(shè)備元件被改為獨(dú)立的一個(gè)類，每個(gè)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(píng)價(jià)系統(tǒng)中，要適當(dāng)擴(kuò)充各個(gè)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(dòng)作，還要包含相應(yīng)的耐受電壓等級(jí)等屬性信息。具體過(guò)程（圖2）如下：（1）采用碰撞檢測(cè)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(dòng)作時(shí)間、設(shè)備名稱、設(shè)備編號(hào)、電壓等級(jí)、設(shè)備類型、動(dòng)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(duì)模塊，調(diào)用操作規(guī)則庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)操作序列，采用Smith-Waterman序列比對(duì)算法，結(jié)合推理機(jī)，對(duì)學(xué)員操作結(jié)果進(jìn)行比對(duì)判斷及相關(guān)評(píng)分。

圖2 序列比對(duì)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(shí)，本文方法只提取2項(xiàng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)：設(shè)備編號(hào)、動(dòng)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(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)操作序列，通過(guò)Smith-Waterman序列比對(duì)算法進(jìn)行比對(duì)評(píng)價(jià)。

4 加權(quán)評(píng)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(gè)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(duì)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。考核過(guò)程還將記錄考生完成時(shí)間，因?yàn)樗胁僮餍柙谝?guī)定時(shí)間內(nèi)完成，時(shí)間因素將影響考核結(jié)果。通過(guò)綜合考慮學(xué)員仿真操作中各種因素，包括完成時(shí)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(píng)價(jià)公式。規(guī)定加權(quán)評(píng)價(jià)函數(shù)總公式如下［3］：

式中，N為學(xué)員實(shí)際得分總成績(jī)；Si為各個(gè)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(gè)操作項(xiàng)目完成的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間限制；t為學(xué)員各個(gè)操作項(xiàng)目的實(shí)際完成時(shí)間；Mi為各個(gè)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(gè)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)值，一般取各個(gè)單項(xiàng)滿分值的平均值。

通過(guò)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(jí)制成績(jī)，進(jìn)而對(duì)學(xué)員操作結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析。

5 結(jié)語(yǔ)

本文提出的基于序列比對(duì)的變電站仿真操作智能評(píng)價(jià)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(duì)分析。采用Smith-Waterman序列比對(duì)算法，并提出一合理的加權(quán)函數(shù)打分，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)員變電站仿真巡視類、倒閘操作類的全面客觀評(píng)價(jià)。

［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(dòng)化，2005（13）

［2］魏大木，陶宏才.序列比對(duì)算法簡(jiǎn)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(jī)自動(dòng)評(píng)定系統(tǒng)的改進(jìn)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2002（22）