基于Aho—Corasiek算法的監(jiān)控信息自動梳理規(guī)范

辛翠芹

摘要：隨著國家電網(wǎng)大運(yùn)行，無人值守變電站的日益增多，監(jiān)控信息的量急劇增長，對監(jiān)控信息的質(zhì)量提出更高要求。為了方便目前調(diào)度控制中心接收和處理變電站監(jiān)控信號工作，本文將針對監(jiān)控信號本身，借助Aho-Corasiek算法來實現(xiàn)對監(jiān)控信息的自動梳理規(guī)范，與標(biāo)準(zhǔn)信息關(guān)聯(lián)，從而實現(xiàn)對現(xiàn)有監(jiān)控信息規(guī)范化的過程。通過采用以上方法，實現(xiàn)迅速準(zhǔn)確的對監(jiān)控信息完成自動梳理規(guī)范工作。

Abstract： With the State Grid operation， the number of unattended substations is increasing， the amount of monitoring information increases dramatically， and the quality of monitoring information is put forward higher requirements. In order to facilitate the current dispatch and control center to receive and deal with the substation monitoring signal work， this paper will be for the monitoring signal itself， with Aho-Corasiek algorithm to achieve the monitoring information on the automatic carding norms， and standard information associated with the existing monitoring information to achieve standardization process. Through the use of the above method， it can achieve rapid and accurate monitoring of information on the completion of automatic carding normative work.

關(guān)鍵詞：監(jiān)控信息；信息規(guī)范；自動梳理；專家?guī)?/p>

Key words： monitoring information；information specification；automatic carding；expert library

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）18-0096-04

0 引言

隨著國家電網(wǎng)大運(yùn)行體系的建設(shè)，調(diào)控一體化成為最核心、最重要的環(huán)節(jié)，設(shè)備監(jiān)控管理專業(yè)要發(fā)揮電網(wǎng)設(shè)備健康運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控的重要作用。隨著集中監(jiān)控變電站數(shù)量的劇增，對上送的監(jiān)控告警信息進(jìn)行規(guī)范分析統(tǒng)計成為監(jiān)控人員日常的監(jiān)控、分析、判斷的重要數(shù)據(jù)支撐，有利于對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控和評估。集中監(jiān)控以后，海量的監(jiān)控信息匯集到調(diào)度控制中心，導(dǎo)致有時會出現(xiàn)通道擁擠，遙信遲緩上傳的情況，信息分析、處理量大，使得監(jiān)控人員無所適從，阻礙了監(jiān)控人員對電網(wǎng)事故作出快速判斷。為此，監(jiān)控信息的規(guī)范化、信息的梳理、分析、處理是減輕監(jiān)控人員勞動強(qiáng)度，順利保證實現(xiàn)調(diào)控一體化的重要保障。

1 監(jiān)控信息現(xiàn)狀分析

1.1 各地、不同站之間，上送的信號不統(tǒng)一不規(guī)范

各地變電站的信息點表一般是由設(shè)計院或者檢修公司來進(jìn)行編制。在變電站投運(yùn)改造初期，沒有考慮在集中監(jiān)控后的信息規(guī)范問題，造成不同廠家、不同型號的設(shè)備信息描述不統(tǒng)一，同一類設(shè)備在同站不同間隔中，設(shè)備、站端信號不統(tǒng)一，給監(jiān)控人員快速識別事故種類及危險程度造成了不必要的麻煩。

1.2 監(jiān)控信息漏傳情況在各地不同程度存在

一個調(diào)控中心面對數(shù)百個變電站，每天收到的監(jiān)控信息數(shù)以萬計，在電網(wǎng)發(fā)生故障時，信息量過大，有時會造成通道擁擠，遙信遲緩上傳，容易造成信息遺漏及故障誤判。

1.3 監(jiān)控信息表編制工作量大、效率低

上送到監(jiān)控主站的信號沒有經(jīng)過統(tǒng)計、分析、篩選、信息量過大單日信號量達(dá)萬級，設(shè)備監(jiān)控專業(yè)、自動化專業(yè)的運(yùn)行人員壓力較大，容易出錯，效率比較低，如此惡性循環(huán)，勢必對電網(wǎng)安全帶來隱患。

1.4 在運(yùn)站信號梳理人工進(jìn)行，無系統(tǒng)支持

監(jiān)控信息表的編制及審核缺乏技術(shù)支持平臺，基本為純手工編制人工審核，完全依靠人工經(jīng)驗判別，出錯概率大，造成對監(jiān)控信息的梳理和優(yōu)化不夠徹底，管控不夠嚴(yán)謹(jǐn)，影響監(jiān)控信息的數(shù)據(jù)質(zhì)量。

綜上我們得出結(jié)論：解決對海量監(jiān)控信息進(jìn)行有效梳理規(guī)范這個難題，能直接提升調(diào)度運(yùn)行人員的工作效率，并對電網(wǎng)的安全運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用。

2 變電站監(jiān)控信息

2.1 變電站監(jiān)控信息分類

監(jiān)控信息按電氣設(shè)備類型分為開關(guān)信息、主變信息、母線信息、線路信息、電容器信息、電抗器信息、公用設(shè)備信息等。

監(jiān)控信息按重要程度分為五類：

①事故：電網(wǎng)故障、設(shè)備故障等，引起開關(guān)跳閘（包含非人工操作的跳閘）、保護(hù)及安控裝置動作出口跳合閘的信息以及影響全站安全運(yùn)行的其他信息。②異常：反映設(shè)備運(yùn)行異常情況的報警信息和影響設(shè)備遙控操作的信息，直接威脅電網(wǎng)安全與設(shè)備運(yùn)行的重要信息。③越限：反映重要遙測量超出報警上下限區(qū)間的信息。④變位：特指開關(guān)類設(shè)備狀態(tài)（分、合閘）改變的信息。⑤告知：反映電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行情況、狀態(tài)監(jiān)測的一般信息。

電網(wǎng)監(jiān)控信息是監(jiān)控人員掌握變電站設(shè)備運(yùn)行狀況的重要手段，主要包括事故總、各類保護(hù)動作、開關(guān)變位、一二次設(shè)備異常、自動化通信設(shè)備異常、電壓/電流/主變油溫越限、消防、操作伴生、主變檔位等。對監(jiān)控信息進(jìn)行分類，確定告警方式，便于監(jiān)控員快速定位和準(zhǔn)確排除故障。

2.2 變電站監(jiān)控信號規(guī)范

由于各類廠家對告警信息命名不一致，導(dǎo)致同類信息描述不同，按照一定原則對調(diào)控機(jī)構(gòu)集中監(jiān)控的變電站一次、二次以及輔助設(shè)備的進(jìn)行了規(guī)定，統(tǒng)一信息名稱、數(shù)量，明確信息內(nèi)容、含義，使其明確、簡潔，以下以遙信信號舉例：

①斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘位置信號描述：合/分；②一般告警信號描述：告警/復(fù)歸；③保護(hù)功能信息描述：閉鎖/解鎖；④保護(hù)信號描述：動作/復(fù)歸；⑤彈簧機(jī)構(gòu)信息描述：未儲能/儲能；⑥測控遠(yuǎn)方就地把手位置信號描述：就地/遠(yuǎn)方；⑦保護(hù)壓板狀態(tài)信號描述：投入/退出；⑧控制回路信息描述：斷線/恢復(fù)；⑨控制電源類信息描述：消失/恢復(fù)；⑩測控裝置防誤信號描述：解除/投入；？輥？輯？訛通信狀態(tài)行為屬性描述：中斷/恢復(fù)；等等。

2.3 變電站監(jiān)控信號命名

①同一變電站內(nèi)的信息描述命名不重復(fù)；②所有名稱均采用規(guī)范命名，如“壓力降低禁止重合閘”、“壓力低重合閘閉鎖”，“風(fēng)冷電源故障”、“風(fēng)扇故障報警”、“風(fēng)扇電機(jī)故障報警”等，依據(jù)調(diào)度命名的習(xí)慣及規(guī)定進(jìn)行統(tǒng)一；③斷路器、隔離開關(guān)統(tǒng)一規(guī)范命名為開關(guān)、刀閘，電流互感器、電壓互感器統(tǒng)一規(guī)范命名為CT、PT。

3 監(jiān)控信息專家?guī)?/p>

專家?guī)旖⑹〉匾惑w的集中監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)信號庫以及信號對應(yīng)的信號釋義庫，并建立兩者之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實現(xiàn)對頻發(fā)、多發(fā)、誤發(fā)、漏發(fā)的告警信息進(jìn)行自動統(tǒng)計與缺陷處置。對設(shè)備異常、故障情況下的相關(guān)設(shè)備告警信息、保護(hù)動作信息、開關(guān)變位信息等建立專家推理分析模型，實現(xiàn)監(jiān)控異常信號原因分析并提供處置建議。

3.1 標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)控信息庫

標(biāo)準(zhǔn)信號庫涵蓋了分設(shè)備類型、分電壓等級、分間隔類型、分原理，不同廠家、不同型號一、二次設(shè)備的監(jiān)控信息，實現(xiàn)監(jiān)控信息的標(biāo)準(zhǔn)化管理、統(tǒng)一維護(hù)和全局共享。對變電站典型間隔、間隔內(nèi)典型設(shè)備、間隔固有信號、設(shè)備固有信號等一般性規(guī)則進(jìn)行了預(yù)定義，方便使用的時候直接調(diào)用，降低人工維護(hù)工作量。

3.2 監(jiān)控信息釋義

專家?guī)鞂γ款愂鹿省惓１O(jiān)控信息與釋義相關(guān)信息建立一一對應(yīng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，即定義好每個信息所屬的信息類型及其對應(yīng)的含義、原因和處置原則，共整合了700多套信號釋義，涵蓋了目前電網(wǎng)中可能會發(fā)出的所有監(jiān)控信號情況。舉例如下：

當(dāng)收到“××斷路器SF6氣壓低告警”信號，則自動給出對應(yīng)的監(jiān)控信息專家?guī)灬屃x、原因分析、造成后果、處置原則等。

信息釋義：監(jiān)視斷路器本體SF6壓力數(shù)值，反映斷路器內(nèi)部絕緣情況。由于SF6壓力降低，壓力繼電器動作。

原因分析（可結(jié)合歷史同類情況經(jīng)驗給出更精準(zhǔn)的原因）：

①斷路器可能有泄漏點，壓力降低到告警值；

②壓力繼電器可能損壞；

③回路故障；

④根據(jù)SF6壓力溫度曲線，溫度變化對應(yīng)的SF6壓力值變化。

造成后果：如果SF6壓力繼續(xù)降低，造成斷路器分合閘閉鎖，如果當(dāng)時與本斷路器有關(guān)設(shè)備故障，則斷路器拒動，斷路器失靈保護(hù)動作，擴(kuò)大事故范圍。（可結(jié)合電網(wǎng)拓?fù)浼斑\(yùn)行方式給出具體的影響范圍）

處置原則：

調(diào)度員：做好事故預(yù)想，安排電網(wǎng)運(yùn)行方式，下達(dá)調(diào)度指令。（可提供歷史處置方案參考）

監(jiān)控值班員：通知運(yùn)維單位，加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)控，做好相關(guān)準(zhǔn)備，并根據(jù)相關(guān)運(yùn)行規(guī)程處理。

①了解SF6壓力值；

②了解現(xiàn)場處置的基本情況和處置原則；

③根據(jù)處置方式制定相應(yīng)的監(jiān)控措施，及時掌握N-1后設(shè)備運(yùn)行情況。

運(yùn)維單位：現(xiàn)場檢查，采取現(xiàn)場處置措施，并及時向調(diào)度和監(jiān)控人員匯報。

現(xiàn)場運(yùn)維一般處理原則：

①檢查現(xiàn)場壓力表，檢查信號報出是否正確，是否有漏氣。

②如果檢查沒有漏氣，是由于運(yùn)行正常壓力降低，或者溫度變化引起壓力變化造成，則由專業(yè)人員帶電補(bǔ)氣。

③如果有漏氣現(xiàn)象，SF6壓力未閉鎖，應(yīng)采取斷開斷路器控制電源、斷路器機(jī)構(gòu)儲能電源的措施，并立即上報調(diào)度，同時制定隔離措施和方案。

④如果是壓力（密度）繼電器或回路故障造成誤發(fā)信號應(yīng)對回路及繼電器進(jìn)行檢查，及時消除故障。

4 基于Aho-Corasiek算法的自動梳理規(guī)范

4.1 Aho-Corasiek算法

Aho-Corasick算法簡稱AC算法，是一種多模式匹配算法。AC算法在1975年產(chǎn)生于貝爾實驗室，是基于Trie樹且是KMP模式算法的擴(kuò)展。

AC算法的核心思想是通過找模式串內(nèi)部規(guī)律，生成一個字典樹，達(dá)到在每次失配時的高效跳轉(zhuǎn)，來避免回溯。

AC定義：

首先構(gòu)造一個模式樹，然后對模式樹進(jìn)行擴(kuò)展，得到AC自動機(jī)，AC自動機(jī)M是一個六元組：

M=（Q，∑，g，f，qo，p）

其中：

①Q(mào)是有限狀態(tài)集（模式樹上的所有節(jié)點）。

②∑是有限的字符集。

③g是轉(zhuǎn)移函數(shù)。

④f是失效函數(shù)，不匹配時自動機(jī)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移。

⑤qo∈Q是初態(tài)（根節(jié)點，標(biāo)識符為0）。

⑥p是終態(tài)集（以模式為標(biāo)簽的節(jié)點集）。

Aho-Corasick算法主要是利用已構(gòu)成的有限自動機(jī)進(jìn)行多個模式串的一次性掃描來匹配出所有的模式串，下面對有限狀態(tài)機(jī)做幾點說明：

構(gòu)造failure表

failure表的作用是在goto表進(jìn)行匹配時，如果與當(dāng)前節(jié)點匹配失敗后去失敗指針指向的節(jié)點繼續(xù)匹配的依據(jù)。首先引入狀態(tài)深度的概念，狀態(tài)s的深度depth（s）定義為在goto表中從起始狀態(tài)0到狀態(tài)s的最短路徑長度。如goto表中狀態(tài)1和3的深度為1。

failure表的構(gòu)造是一個廣度優(yōu)先搜索的過程，過程中需要不斷對狀態(tài)Trie樹進(jìn)行遍歷。

①若depth（s）=1，則f（s）=0；

②假設(shè)對于depth（r）

③對于深度為d的狀態(tài)s：

1）若g（r，a）=fail，對于所有的a，則不轉(zhuǎn)移；（注：a為字符，g為狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)）；

2）否則，對于a使得g（r，a）=s，則如下步驟：

a、使state=f（r）；

b、重復(fù)步驟state=f（state），直到g（state，a）！=fail。（注意對于任意的a，狀態(tài)0的g（0，a）！=fail）；

c、使f（s）=g（state，a）。

由于專家?guī)炖飿?biāo)準(zhǔn)信號庫跟信號釋義庫建立好了一整套的關(guān)聯(lián)關(guān)系，現(xiàn)可基于Aho-Corasiek算法直接對上收信號來匹配其對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)信號，自動完成雜亂信號的梳理規(guī)范工作，同時根據(jù)關(guān)聯(lián)的信號釋義，給出事故、異常發(fā)生的原因及處理措施，極大地減少了監(jiān)控人員的工作量。

4.2 自動梳理規(guī)范

專家?guī)焯峁┤咀詣邮崂硪?guī)范跟按間隔自動梳理規(guī)范兩種功能，可由監(jiān)控人員自己選擇采用哪種方式進(jìn)行梳理規(guī)范。專家?guī)炜勺詣幼R別出監(jiān)控信息的電壓等級、所屬間隔、間隔類型等信息，然后根據(jù)這些信息從標(biāo)準(zhǔn)信號庫里匹配出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)信號列表，再通過Aho-Corasiek算法匹配出一一對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)信號關(guān)系，自動完成對監(jiān)控信號的梳理規(guī)范。例如：“220kV平天線保護(hù)A PCS-931GM-D TV斷線”，可自動識別出電壓等級為220kV，所屬間隔為平天線，間隔類型為線路間隔，根據(jù)Aho-Corasiek算法，模式串集合：{“220kV”，”平天線”，”保護(hù)”，”TV斷線”}可識別出其對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)信號為“220kV平天線保護(hù)TV斷線”。全站信號匹配度可高達(dá)95%，正確率99.99%。

4.3 手工梳理規(guī)范

雖然根據(jù)Aho-Corasiek算法大部分監(jiān)控信息可以直接完成自動梳理規(guī)范，但畢竟還有些一小部分特殊情況存在，針對這些監(jiān)控信息，專家?guī)煜到y(tǒng)提供手動梳理規(guī)范功能，專家?guī)旄鶕?jù)信息的所屬間隔、設(shè)備類型等可截取的相關(guān)內(nèi)容與標(biāo)準(zhǔn)信號庫進(jìn)行對應(yīng)，然后提供出一個標(biāo)準(zhǔn)信號與監(jiān)控信息的信號相似度列表來供監(jiān)控人員手工完成梳理規(guī)范工作，并自學(xué)習(xí)該手動經(jīng)驗，以后再遇到類似狀況可自動完成梳理規(guī)范。

梳理規(guī)范工作完成后，專家?guī)炜缮梢环荼O(jiān)控信息的與標(biāo)準(zhǔn)信號庫的差異統(tǒng)計跟梳理規(guī)范結(jié)果，供監(jiān)控人員后期對變電站的改擴(kuò)建時做參考。

5 結(jié)束語

在電網(wǎng)調(diào)控一體化模式下，變電站集中監(jiān)控導(dǎo)致的監(jiān)控信息量過大，人工分析存在較大的風(fēng)險而且效率低下，通過以上方法可以對監(jiān)控信息自動梳理優(yōu)化，整理出標(biāo)準(zhǔn)可用的監(jiān)控信息，方便運(yùn)行人員準(zhǔn)確快速高效的分析判斷事故、異常，從而減輕運(yùn)行人員的工作壓力及勞動強(qiáng)度，滿足監(jiān)控安全運(yùn)行及電網(wǎng)發(fā)展的需要。

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