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)電有限責任公司，山西 長治046021）

0 引言

目前傳統(tǒng)的電力仿真培訓評價方法（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、數(shù)理統(tǒng)計法、專家評價法等）主觀性較強，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。很多仿真培訓系統(tǒng)中沒有實時指導(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，實現(xiàn)對學員操作結(jié)果的綜合評價，對于提高仿真培訓效果具有重要意義。

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，下達操作任務(wù)，如巡視類操作、倒閘類操作，學員按不同的操作任務(wù)進行操作演練；（2）采用碰撞檢測技術(shù)，設(shè)置觸發(fā)器，學員每一步操作觸發(fā)一次事件，根據(jù)時間先后順序，記錄學員每一步操作，建立學員操作點事件表，形成實際操作序列；（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，形成標準操作序列庫；（4）將學員實際操作序列信息傳送到序列比對模塊，調(diào)用操作規(guī)則庫中的標準操作序列，采用Smith-Waterman序列比對算法，結(jié)合推理機，對學員操作結(jié)果進行比對評價；（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)備元件被改為獨立的一個類，每個類的本身又包含了其運行的相關(guān)屬性。在變電站仿真智能評價系統(tǒng)中，要適當擴充各個電氣設(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，學員每一步操作觸發(fā)一次事件，根據(jù)先后順序記錄學員每一步操作，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，建立學員操作點事件表，形成實際操作序列；（2）將學員操作序列信息傳送到序列比對模塊，調(diào)用操作規(guī)則庫中的標準操作序列，采用Smith-Waterman序列比對算法，結(jié)合推理機，對學員操作結(jié)果進行比對判斷及相關(guān)評分。

圖2 序列比對方法

根據(jù)學員操作記錄表（表1），在進行數(shù)據(jù)提取、形成實際操作序列時，本文方法只提取2項關(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)則庫中的標準操作序列，通過Smith-Waterman序列比對算法進行比對評價。

4 加權(quán)評分

在最終得到的標準操作序列表分值欄中記明了學員進行的仿真操作各個操作項目的得分值，其中遺漏操作序列項按照零分記，對于多次重復(fù)操作的序列項和多余的操作序列項按相應(yīng)的權(quán)值比例扣分。考核過程還將記錄考生完成時間，因為所有操作需在規(guī)定時間內(nèi)完成，時間因素將影響考核結(jié)果。通過綜合考慮學員仿真操作中各種因素，包括完成時間、遺漏操作項、重復(fù)操作和多余操作項次數(shù)等，最后給出學員的仿真操作結(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為學員實際得分總成績；Si為各個操作項的實際得分；ω1，ω2，ω3為不同的加權(quán)系數(shù)，隨各操作項的重要程度不同而改變，在不同的操作中值不同；T為規(guī)定的各個操作項目完成的標準時間限制；t為學員各個操作項目的實際完成時間；Mi為各個操作項的滿分值；m為學員重復(fù)或漏做的項數(shù)，單位是次；d為學員操作中多余的操作項，單位為分數(shù)；B為標準分值，是由教員設(shè)置的定值，全系統(tǒng)只有1個評分標準值，一般取各個單項滿分值的平均值。

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

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、倒閘操作標準化為一系列操作序列，繼而轉(zhuǎn)化為標準操作序列與實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，實現(xiàn)對學員變電站仿真巡視類、倒閘操作類的全面客觀評價。

［1］范習輝，張焰.序列模式挖掘在電力系統(tǒng)警報信息處理中的應(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］.微計算機信息，2011（4）

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