電網集中監控信息密度對監控效力的影響

顧 偉，鄭 瑜，鄭 琦

（國網寧波供電公司，寧波 315010）

0 引言

為了減少管理層級、提升管理效率、加快事故處理響應速度，國家電網公司革新了原有的電網管理模式，將變電站監控業務納入調度部門，實現了電網調度和變電站集中監控合二為一的“大運行”模式。從分散到集中，不僅需要監控系統的堅強支撐，更依賴對監控信息的有效管理，包括信息的展示、捕獲、分析、處置等全過程管控，才能構筑電網安全運行的底線，真正實現業務集約、層級精簡，管理高效的“大運行”體系目標［1－3］。

由于每接入一個廠站均需在集中監控系統構建信息庫，因此隨著接入規模的不斷增大，集中監控系統逐漸累積了海量信息。根據估算，一個220kV廠站遙信基數約為2 000點，一個110kV廠站遙信基數約為1000點，而一個35kV廠站遙信基數約為500點。這種海量信息給電網集中監控帶來的安全風險不容忽視。如果要確保對如此多的信息監控到位，不但要求有嚴格、高效和清晰的管理流程，還要有很強的執行力和監管措施［4－5］。本文主要對電網監控信息密度及監控效力的內涵進行描述和深入分析［6－7］，并通過建立數學模型討論了信息密度對監控效力的影響關系，最后以寧波電網為例，利用該模型對電網監控進行研究分析。

1 建立數學模型

1.1 信息密度的概念及計算方法

信息密度就是表征一定信息流量下，多種重要性不同的有效信息總的量化值，由信息上傳速率、有效信息個數和不同有效信息的重要性（權重）3個要素構成。

信息密度W的計算公式為：

式中：s表示以每分鐘10條信息為基礎值的信息上傳速率標幺值；n表示告警信號的種類數；ηij表示第i類中第j個信號的權重值，采用層次分析法（AHP）確定。

1.2 監控效力的概念及計算方法

監控效力就是表征一定時間處理完全部或部分監控任務能力的量化值，由處理信息完成時間、處理完成信息個數、不同有效信息的重要性（權重）3個要素構成。

監控效力Y的計算公式為：

式中：tij為第i類第j個信號以100s為基礎值的處理1條信息所需的標么值；n表示有效信息個數；ki是第i類信息的條數。

1.3 信息密度對監控效力的影響

1.3.1 信息密度計算

隨機給定20條的信息流量，實驗時間為1min。20條信息的具體分布及各信號所占權重如表1所示，表1中權重值已根據層次分析法求得。

表1 信息權重和數量分配

顯然，這里s＝2，其信息密度為：

1.3.2 監控效力計算

信息處理完成時間如表2所示。

表2 信息處理完成時間

其監控效力為：

因此，第一組實驗可得到有關監控信息密度與監控效力之間的一組點坐標（9.4，0.614），通過多次實驗，能得到多組數據，便可繪制曲線［8－9］。

2 寧波電網信息密度與監控影響分析

本次實驗實驗人員共45人，其中女性10人，20～25歲15人，26～30歲10人，30～40歲13人，50歲以上7人，實驗模擬環境是自行開發的一款模擬能量管理系統軟件。該實驗可以分多個類別進行，每次1人，輪流實驗。

第一個類別實驗由多名男、女監控員分別在上午（9：00）、下午（16：00）、凌晨（2：00）3個時間段進行監控模擬，目的是為了比較相同屬性的監控員在一天中的不同時間段監控效力的變化情況（見圖1至圖3）。

圖1 男、女監控員監控效力比較（上午）

圖2 男、女監控員監控效力比較（下午）

圖3 男、女監控員監控效力比較（晚上）

第二個類別實驗分別選取不同年齡段的4位實驗員進行實驗，目的是為了比較年齡因素對監控效力的影響情況（見圖4）。通過以上兩組實驗，求取了不同信息密度下對應的監控效力區間（見圖5）。

由圖5可以看出，隨著監控信息密度的增大，監控員的監控效力呈下降趨勢，但其總體波動范圍在上下兩條虛線之間，中間的實線為平均監控效力。當信息密度在I區間時，監控效力處于最佳狀態，而在Ⅱ區間時，監控效力有了明顯的下降，但總體還處于較好的狀況。

圖4 不同年齡段監控員監控效力比較

圖5 信息密度與監控力的關系圖

在III區間時，監控效力已將下降到開始階段的一半，這樣的監控效力對于電網的保障是有一定潛在隱患的。而當信息密度進入Ⅳ、Ⅴ區間時，監控員的監控效力驟減到近乎于0的狀態，這是一種極端的情況，在這種情況下，個人幾乎喪失了監控效力。

通過對比每組實驗，還能得出以下結論：分析第一組實驗發現，在信息密度較低的情況下，女性監控員的監控能力與男性相比要略強，這與女性天生細心有聯系。而隨著信息密度的加大，男性監控員的監控能力逐漸超過了女性監控員，這與男性處理問題的冷靜穩重有一定的聯系。從第二組實驗結果分析可得，超過50歲的監控員監控能力最低，對于監控崗位的適應性最差，如圖4所示。在信息密度較低的情況下，年齡越輕的監控員監控能力越強（尤其是20～25歲監控員，在低信息密度下的監控效力最強，跟他們的反應快速有著直接的關系），而隨著信息密度的加大，中年（30～40歲）監控員的監控效力優勢體現的非常明顯，這與他們的工作經驗及業務技巧有很大的聯系。

從實驗結果可以看出，當信息密度進入IV區間之后，監控員的監控效力將驟降到一個極小的水平。這種情況下單個監控員的監控能力是極其薄弱的，對于電網監控也存在極大的隱患，這個IV區間也叫做曲線的“拐點”區間。

在電網實際運行中，當遇到類似臺風、冰災等極端惡劣的情況，這種情況下會產生海量信號刷屏。根據臺風影響期間的數據顯示，當日電網監控信息量約有10萬條，刷屏高峰期間信息速度大約在30條／s。經計算可得臺風期間信息密度超過300，這些極端情況下的刷屏速度一旦超過人眼的接受范圍，將形成“視盲癥”，使得監控效力大幅下降。在模擬實驗中，也出現了極端的信息密度。從實驗結果可得，在極端情況下，任何監控員的監控效力都處于極低的水平。通過比較發現，男性監控員的總體平均水平高于女性，而30～40歲的中年監控員在處理極端情況下的監控業務能力又是所有年齡段中最強的。此外，一天中發生極端情況下，白天的監控效力要比晚上更強。

3 結語

1）本文闡述了“大運行”體系下電網集中監控信息密度、監控效力的概念及計算方法，并深入分析了信息密度對監控效力的影響，并用該模型對電網的監控現狀進行分析。

2）以寧波電網為例進行實驗，從不同性別在不同時段、不同年齡段兩個維度進行展開，并對實驗結果進行分析總結，對現代地區電網監控的效力測算及人員安排有顯著的借鑒價值。

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