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摘要：基于变电站典型票、标准票及历史票库数据，结合自然语言处理技术及机器学习技术对操作票内容进行提取，获得操作任务、操作设备、操作动作及状态信息，构建操作票知识图谱，基于图搜索模式快速生成调度操作票，提高开票效率及开票的规范性、准确性。该技术能够灵活运用于各变电站操作票系统中，通用性强，大幅度减少人工重复数据录入及维护工作。
关键字：变电站;操作票;知识图谱;智能拟票技术
0 引言
电网调度操作通过操作票形式下达，先由调度员按照调度规程，根据运行方式与经验开出操作票，再经调度、运行方式、保护等部门校核后才能生效。操作票制度是电力系统运行管理中防止误操作的一种有效安全措施，操作票的正确填写、审核及执行是决定是否发生误操作的重要因素。目前通用的操作票拟票方法主要采用在系统中存储典型票及标准票，针对某一项调度任务，由调度人员根据经验判断调取典型票或标准票进行修改生成。操作票开票工作量大，工作效率低，且易受个人主观因素影响，容易出错，未能达到智能电网建设下调控运行效率及准确性的要求。针对目前操作票开票、审核自动化程度低等现象，研究操作票智能拟票技术，实现操作任务自动识别，自动推理生成准确规范的操作项，缩短开票时间，减轻变电站开票及审核人员工作负荷，确保电力调度的安全性。
在智能电网建设的背景下，智能拟票技术成为变电站研究的重点方向之一，并取得了一定的研究成果。文献[1]通过研究各类接线模式下的操作设备间隔结构与接线特点，基于任务设备、设备拓扑连接关系建立间隔树，依据状态优先级构建设备—端—单元状态约束，以端信息、可操作设备间隔、间隔状态、初/终状态和连接关系等建立五要素任务模板，自动生成操作票任务。文献[2]建立基于五防规则及典型设备操作规则的系统知识库，以此生成设备拓扑表，采用设备状态推理算法结合设备操作规则构建推理机。文献[3]研究调度操作专家系统，利用电网业务知识库模型自动推理生成调度操作任务和调度指令。文献[4]运用动态操作规则模板思想，根据所选定的设备自动实施安全校核工作和拓扑分析工作，自动完成操作规则推理及操作序列匹配验证。
上述研究表明，目前的智能拟票技术重点在于研究自动推理技术，但主要采用基于规则、模板的方式，此类方式不能进行灵活调整，通用性及适用性能力存在一定欠缺，且需要大量的人工维护工作。本文研究基于知识图谱的操作票智能拟票技术，将变电站线路作为核心节点，建立设备连接关系，以初始节点—中间节点—终止节点的完整连接路径作为操作序列，采用基于图搜索的方式快速生成操作票。
1 智能拟票技术实现思路
基于变电站典型票、标准票数据，利用自然语言处理技术提取出操作票文本中的操作任务、操作设备、操作动作、设备状态等实体信息，分析总结各操作任务的差异性、操作设备的逻辑关联关系，基于设备拓扑关系及设备状态数据构建知识图谱及推理机制，构建操作票生成模型，自动生成操作票。
1操作票内容分析模型
1.1 BERT模型
BERT模型基于Transformer 的双向编码器表征，通过大规模无标注预料训练，从而获得文本的语义表示。BERT模型以文本中各个字/词的原始词向量作为输入，输出是文本中各个字/词融合了全文语义信息后的向量表示，如下图所示：
从上图中可以看出，BERT模型的输入除字向量外，还包含文本向量及位置向量两部份。文本向量用于刻畫文本的全局信息，并与单字/词的语义信息相融合。由于出现在文本不同位置的字/词所携带的语义信息存在差异，BERT模型对不同位置的字/词分别附加一个不同的向量以作区分。最后，BERT模型将字向量、文本向量和位置向量的加和作为模型输入。
1.2 操作票内容提取
基于BERT模型构建操作票语义分析模型，首先获取典型票、标准票库数据初始数据集，通过NLP数据增强方式对初始数据集进行数据增强处理，获得基本语料。数据增强的目的是通过变换生成现有训练样本的变体，从而创建更多的训练数据，这些变换往往可以反映现实世界中会发生的变化，常用的数据增强方法有：回译、同义词替换、随机删除、随机词序打乱集中等。再利用BERT模型对语料进行训练，获得文本分词及词性标注序列。对于文本：检查110kv微机母线差动保护装置 金张线ⅱ段母线侧1362隔离开关位置指示正确。汉字拆分结果为：检 查 1 1 0k v 微 机 母 线 差 动 保 护 装 置 金 张 线 i i 段 母 线 侧1 3 6 2 隔 离 开 关 位 置 指 示 正 确。对应的词性标注序列为：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”表示词的开头，“m”表示词的中间，“e”表示词的结尾，“ms”表示千伏等级，“nr”表示设备名称，“ns”表示线路名称，“mr”表示设备编号，“nz”表示专业术语，“s_s”表示空格，“s-f”表示方位。
2 操作票知识图谱及推理机制
2.1 操作票知识图谱
将经过BERT模型分词后的语料中的词逐一在电力专业词典中进行检索，检索出操作任务、操作动作、操作设备、设备状态等信息，并将之作为知识图谱的实体。结合变电站不同电压等级的接线方式，设备拓扑结构，构建操作票知识图谱。以某地区变电站为例，将该变电站抽象图谱表示，每个节点代表站中主要设备，设备关系之间由边相连。下图中每个节点代表一段母线，将每段母线上的设备（主变、断路器等设备）与母线节点相连。母线上所连的各个分支对应连接母线的i或ii节点。 2.2 基于设备状态的推理机制
通过对典型票、标准票内容提取，将设备状态抽象为一个节点，始末节点分别代表始末状态，中间的相连节点构成一条路径，这条路径上的节点内容具体代表每一个操作步骤。在对大量的操作票分析中发现，对于某一项操作任务，其中的某一部分操作顺序可发生变换，路径表示为一个操作票模板。在变电站设备接线图中，i段母线和ii段母线是对称的，从而具有相同的操作，操作内容是相似的，但母线上所连接的分支线路数量不一定相同，所以将这一组操作抽象为一个节点，视具体的母线而翻译。
从相关接口采集实时设备状态数据，根据调度任务明确需要操作的设备、当前设备的运行状态，基于电网操作规程及操作经验等规则约束，推理出操作步骤路径。
3 图搜索操作票自动生成模型
操作票生成模型就是通过图搜索从知识图谱中匹配出实体与路径完全一致的记录。在生成一项调度任务时，根据不同的操作票类型，A代表冷备用，B代表检修，C代表热备用，D代表运行，获取对应的操作票类型，代表一组操作的节点要翻译成一个列表，列表内元素具体的数量视情况而定要翻译的部分用逗号分隔开。
上图表示查询一条由检修转冷备用的操作票模板，9代表要操作的设备具体是哪个。
4 结论
随着电力系统规模的日益扩大，新设备新技术层出不穷，电网结构和运行方式日趋多元，使得各种操作票开票变得更加复杂、频繁，变电站工作人员的工作量和工作强度与日剧增，需要做大量的日常性的重复工作。操作票的准确性是电网安全运行的基础。目前，大多数操作票擬票方法仍采用在系统中存储典型票/标准票，开票时进行人工调取、修改后生成，操作票开票的规范性及标准性依赖调度人员的经验，开票效率及准确性低，安全风险高。
本文提出了基于知识图谱的操作票智能拟票技术。利用自然语言处理技术及机器学习技术，建立算法模型，从大量的典型/标准票中提取出操作任务、操作设备、操作动作、设备状态等实体信息，并结合电网设备接线方式，设备拓扑结构构建操作票知识图谱。通过设备状态信息的实时采集与推理机制，通过图搜索快速生成智能操作票，提高开票规范性，以减轻工作人员的工作量和劳动强度，提升工作效率，提高电网调控的精益化管理水平和电网安全运行水平。
参考文献
[1] 张东英，杨俊威，黄建阳，王卫.操作票任务自动生成通用方法[J].电力系统自动化，2018，42（24）：169-175.
[2] 谭晶，夏佾，窦昊翔，郑铭洲.基于规则推理的智能变电站操作票自动生成方法[J].电网与清洁能源，2019，35（07）：55-65.
[3] 李治，张臻，张烨，尹天华.基于自然语言分析及专家系统的智能调度操作票系统研究与应用[J].河北电力技术，2019，38（06）：44-47.
[4] 郝方舟，罗林欢，孙奇珍.配网智能操作票生成方法研究与应用[J].无线互联科技，2019，16（17）：123-124.
[5] 林文彬.南宁监控中心智能操作票系统的开发及应用[J].电子元器件与信息技术，2018（10）.
[6] 陆承宇，罗华峰，丁峰，刘俊宏，鲍威.基于隐马尔可夫模型的智能站操作票内容提取技术的研究[J].能源工程，2019（02）：23-27.
[7] 曾利. 基于专家系统的智能操作票系统的研究[D].西南交通大学，2017.
[8] 董开河.基于智能变电所拓扑操作票专家系统知识表达方法综述[J].化工管理，2015（30）：46.
[9] 曹冬梅.电力公司电网调度智能操作票系统的研究与应用[J].电气时代，2019（02）：69-71.
[10] 于海洋. 电网调度智能操作票系统的开发[D].东北石油大学，2018.
[11] 高三山，孟文.一种基于Q-学习的智能操作票推理方法[J].中国科技论文，2018，13（02）：126-130.
[12] 杨细平. 基于网络拓扑图形智能操作票应用研究[D].华北电力大学（北京），2017.
关键字：变电站;操作票;知识图谱;智能拟票技术
0 引言
电网调度操作通过操作票形式下达，先由调度员按照调度规程，根据运行方式与经验开出操作票，再经调度、运行方式、保护等部门校核后才能生效。操作票制度是电力系统运行管理中防止误操作的一种有效安全措施，操作票的正确填写、审核及执行是决定是否发生误操作的重要因素。目前通用的操作票拟票方法主要采用在系统中存储典型票及标准票，针对某一项调度任务，由调度人员根据经验判断调取典型票或标准票进行修改生成。操作票开票工作量大，工作效率低，且易受个人主观因素影响，容易出错，未能达到智能电网建设下调控运行效率及准确性的要求。针对目前操作票开票、审核自动化程度低等现象，研究操作票智能拟票技术，实现操作任务自动识别，自动推理生成准确规范的操作项，缩短开票时间，减轻变电站开票及审核人员工作负荷，确保电力调度的安全性。
在智能电网建设的背景下，智能拟票技术成为变电站研究的重点方向之一，并取得了一定的研究成果。文献[1]通过研究各类接线模式下的操作设备间隔结构与接线特点，基于任务设备、设备拓扑连接关系建立间隔树，依据状态优先级构建设备—端—单元状态约束，以端信息、可操作设备间隔、间隔状态、初/终状态和连接关系等建立五要素任务模板，自动生成操作票任务。文献[2]建立基于五防规则及典型设备操作规则的系统知识库，以此生成设备拓扑表，采用设备状态推理算法结合设备操作规则构建推理机。文献[3]研究调度操作专家系统，利用电网业务知识库模型自动推理生成调度操作任务和调度指令。文献[4]运用动态操作规则模板思想，根据所选定的设备自动实施安全校核工作和拓扑分析工作，自动完成操作规则推理及操作序列匹配验证。
上述研究表明，目前的智能拟票技术重点在于研究自动推理技术，但主要采用基于规则、模板的方式，此类方式不能进行灵活调整，通用性及适用性能力存在一定欠缺，且需要大量的人工维护工作。本文研究基于知识图谱的操作票智能拟票技术，将变电站线路作为核心节点，建立设备连接关系，以初始节点—中间节点—终止节点的完整连接路径作为操作序列，采用基于图搜索的方式快速生成操作票。
1 智能拟票技术实现思路
基于变电站典型票、标准票数据，利用自然语言处理技术提取出操作票文本中的操作任务、操作设备、操作动作、设备状态等实体信息，分析总结各操作任务的差异性、操作设备的逻辑关联关系，基于设备拓扑关系及设备状态数据构建知识图谱及推理机制，构建操作票生成模型，自动生成操作票。
1操作票内容分析模型
1.1 BERT模型
BERT模型基于Transformer 的双向编码器表征，通过大规模无标注预料训练，从而获得文本的语义表示。BERT模型以文本中各个字/词的原始词向量作为输入，输出是文本中各个字/词融合了全文语义信息后的向量表示，如下图所示：
从上图中可以看出，BERT模型的输入除字向量外，还包含文本向量及位置向量两部份。文本向量用于刻畫文本的全局信息，并与单字/词的语义信息相融合。由于出现在文本不同位置的字/词所携带的语义信息存在差异，BERT模型对不同位置的字/词分别附加一个不同的向量以作区分。最后，BERT模型将字向量、文本向量和位置向量的加和作为模型输入。
1.2 操作票内容提取
基于BERT模型构建操作票语义分析模型，首先获取典型票、标准票库数据初始数据集，通过NLP数据增强方式对初始数据集进行数据增强处理，获得基本语料。数据增强的目的是通过变换生成现有训练样本的变体，从而创建更多的训练数据，这些变换往往可以反映现实世界中会发生的变化，常用的数据增强方法有：回译、同义词替换、随机删除、随机词序打乱集中等。再利用BERT模型对语料进行训练，获得文本分词及词性标注序列。对于文本：检查110kv微机母线差动保护装置 金张线ⅱ段母线侧1362隔离开关位置指示正确。汉字拆分结果为：检 查 1 1 0k v 微 机 母 线 差 动 保 护 装 置 金 张 线 i i 段 母 线 侧1 3 6 2 隔 离 开 关 位 置 指 示 正 确。对应的词性标注序列为：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”表示词的开头，“m”表示词的中间，“e”表示词的结尾，“ms”表示千伏等级，“nr”表示设备名称，“ns”表示线路名称，“mr”表示设备编号，“nz”表示专业术语，“s_s”表示空格，“s-f”表示方位。
2 操作票知识图谱及推理机制
2.1 操作票知识图谱
将经过BERT模型分词后的语料中的词逐一在电力专业词典中进行检索，检索出操作任务、操作动作、操作设备、设备状态等信息，并将之作为知识图谱的实体。结合变电站不同电压等级的接线方式，设备拓扑结构，构建操作票知识图谱。以某地区变电站为例，将该变电站抽象图谱表示，每个节点代表站中主要设备，设备关系之间由边相连。下图中每个节点代表一段母线，将每段母线上的设备（主变、断路器等设备）与母线节点相连。母线上所连的各个分支对应连接母线的i或ii节点。 2.2 基于设备状态的推理机制
通过对典型票、标准票内容提取，将设备状态抽象为一个节点，始末节点分别代表始末状态，中间的相连节点构成一条路径，这条路径上的节点内容具体代表每一个操作步骤。在对大量的操作票分析中发现，对于某一项操作任务，其中的某一部分操作顺序可发生变换，路径表示为一个操作票模板。在变电站设备接线图中，i段母线和ii段母线是对称的，从而具有相同的操作，操作内容是相似的，但母线上所连接的分支线路数量不一定相同，所以将这一组操作抽象为一个节点，视具体的母线而翻译。
从相关接口采集实时设备状态数据，根据调度任务明确需要操作的设备、当前设备的运行状态，基于电网操作规程及操作经验等规则约束，推理出操作步骤路径。
3 图搜索操作票自动生成模型
操作票生成模型就是通过图搜索从知识图谱中匹配出实体与路径完全一致的记录。在生成一项调度任务时，根据不同的操作票类型，A代表冷备用，B代表检修，C代表热备用，D代表运行，获取对应的操作票类型，代表一组操作的节点要翻译成一个列表，列表内元素具体的数量视情况而定要翻译的部分用逗号分隔开。
上图表示查询一条由检修转冷备用的操作票模板，9代表要操作的设备具体是哪个。
4 结论
随着电力系统规模的日益扩大，新设备新技术层出不穷，电网结构和运行方式日趋多元，使得各种操作票开票变得更加复杂、频繁，变电站工作人员的工作量和工作强度与日剧增，需要做大量的日常性的重复工作。操作票的准确性是电网安全运行的基础。目前，大多数操作票擬票方法仍采用在系统中存储典型票/标准票，开票时进行人工调取、修改后生成，操作票开票的规范性及标准性依赖调度人员的经验，开票效率及准确性低，安全风险高。
本文提出了基于知识图谱的操作票智能拟票技术。利用自然语言处理技术及机器学习技术，建立算法模型，从大量的典型/标准票中提取出操作任务、操作设备、操作动作、设备状态等实体信息，并结合电网设备接线方式，设备拓扑结构构建操作票知识图谱。通过设备状态信息的实时采集与推理机制，通过图搜索快速生成智能操作票，提高开票规范性，以减轻工作人员的工作量和劳动强度，提升工作效率，提高电网调控的精益化管理水平和电网安全运行水平。
参考文献
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[10] 于海洋. 电网调度智能操作票系统的开发[D].东北石油大学，2018.
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[12] 杨细平. 基于网络拓扑图形智能操作票应用研究[D].华北电力大学（北京），2017.