服務于電網運行的監控信息事件化關聯分析方法研究

代宇涵,鄒沛恒,張鳳西,黃華偉,孫永超,羅榮森

(1.國網四川省電力公司電力科學研究院,四川 成都 610041；2.國網樂山供電公司，四川 樂山 614000；3.國網甘孜供電公司，四川 康定 626000; 4.國網南充供電公司，四川 南充 637000)

0 引 言

電網中發生各項事件必然會伴隨一定電網監控信號。出現大面積電網事件時，短期內會觸發大規模監控信號，信號無序且雜亂，這些信號按時間先后順序刷屏，給監控人員辨識事件、分清事件的重要級別和決策帶來干擾，增加了監控人員開展監控運行的難度[1]。

通過研究事件與關聯信號的內在邏輯關系，提取信息事件關聯規則，定義信息-事件關聯規則庫，將監控信號集群進行智能拆分歸納，根據信息事件推演邏輯對電網事件進行智能判斷。同時還可根據電網事件及信息事件關聯規則定義反向推斷監控信息的準確性和完整性，通過對特定信息事件的出現頻次等特點分析，進一步完成電網事件預測，為電網穩定運行提供預警。

1 監控信息與事件模型

監控信息與事件存在必然聯系是設計信息事件規則庫的前提。監控信息的產生來源于事件，事件的產生必然伴隨監控信息的上報。監控信息事件規則庫通過識別事件源信息，輔以判別規則，對事件的性質、等級進行準確判斷，從而達到通過信息識別事件的目的。同時，還可通過設計啟發式學習機制，利用歷史事件及標準化監控信息，完善事件-信息對應關系，達到利用事件判別監控信息漏項、錯項的目的[2]。

1)事件源識別規則：將事件源分為保護動作事件、操作控制事件兩類。這里主要針對保護動作事件開展規則研究工作。保護動作事件源的識別可根據“保護出口”“跳閘出口”“重合閘出口”等信號進行判別。若帶檢修標識字段，可暫不識別。

定義事件源特征：

Sjy1=“保護出口 動作”；

Sjy2=“跳閘出口 動作”；

Sjy3=“重合閘出口 動作”；

…

2)事件相關信息提取規則：由事件源信息初步判斷可能出現了特定電網事件，根據事件源信息的特征在海量監控信息中提取相關關聯信息，為事件識別及判斷提供依據。以500 kV線路保護動作(單跳單重成功，如圖1所示)為例列舉事件源信息提取規則。

根據事件源(以Sjy1為例)提取監控信息的事件特征信息：

提取“所屬廠站/所屬間隔”域，存為特征量(Sta/Bay)1、(Sta/Bay)2、…、(Sta/Bay)m、…、(Sta/Bay)n。

提取“事件發生時刻”域，存為特征量Tim1、Tim2、…。

3)監控信息篩選方法：以事件發生時間段為搜索展寬，篩查事件核心信號。

根據提取的Tim1、Tim2、…確定事件時間窗的邊界，并默認向前或向后展寬5 s(展寬時間可設置，默認5 s，最大10 min)，作為事件時間窗監控信息的搜索邊界。新建事件信號集并將搜索邊界內所有監控信號存入該事件信號集。

根據特征量(Sta/Bay)x搜索全部相關監控信息，在該事件信號集內按照時間先后順序排列。

4)事件輔助判別規則：確認或辨識某一事件僅依據事件源還不夠，事件源信息表明了事件出現或開始，要辨識事件的發展過程及結果需要增加事件輔助判別規則。以500 kV線路保護動作(單跳單重成功，圖1所示)為例分別采集線路本側第一、第二套保護出口，對側第一、第二套保護出口，本側中、邊開關動作，對側中、邊開關動作預定義規則組合(規則組合可編輯)，表明事件識別成功，確認事件“(線路間隔)發生單相瞬時性故障，重合成功”。

5)間隔相關性判斷規則：復雜電網故障時，監控信息涉及多廠站、多間隔，監控信號紛繁復雜，所研究的目標是在海量的監控信號中分離辨識出以事件為單位的監控信息，需要定義各種事件涉及的關聯間隔，排除無關信號的干擾[3]。

以事件“500 kV線路保護單相瞬時性故障，重合成功！”為例進行說明：

①根據事件源所在監控信息條目，確認事件源產生間隔，如“XX站/500 kV XX一線”；

②根據線路間隔名稱查找線路兩端的站點名稱，記為Sta_1、Sta_2；

③根據線路間隔名稱查找關聯的斷路器編號，對于3/2接線，每側關聯2個斷路器間隔。

通過步驟①至步驟③可查找出與本次事件相關的2個站點、2個線路間隔、4個斷路器間隔。

2 信息事件化算法

信息事件化主要按照等待告警中斷[4]、提取核查事件源、新建事件信號集、定義時間窗、篩選關聯信號存入事件信號集、核心規則判斷，事件展示推送與監控人員確認等步驟有機構成。信息事件化邏輯如圖2所示。

圖1 事件源監控信息特征提取

圖2 信息事件化邏輯

2.1等待告警中斷

等待中斷并解析第一類告警信號“內容”域。排除檢修與調試信號后，在內容域中搜索“保護出口動作”字段，如果無保護出口返回則等待下次中斷；如果內容域中出現“保護出口動作”字段，則進入事件源提取。

2.2 提取/核查事件源

提取包含“保護出口動作”字段的本條告警信息“所屬廠站”域，存為變量Substation_val1；提取“所屬間隔”域，存為變量Bay_val1；提取本條告警信息內容主體(電壓等級與“/”標志間)存為Main_val。

下面以線路事件為例，若Main_val以“線”字結尾，則將值賦給變量ACLine_val。在交流線段表中核查ACLine_val 對應的StaSta與EndSta域值，應至少有一個與Substation_val1是否一致。

2.3 新建事件信號集(確認事件主體與關聯設備)

以傳統調度自動化系統EMS庫為例，可通過節點號查找與事件源關聯的交流線段x1、交流線端點x2、廠站x2、斷路器x4。

1)廠站查詢原則

在交流線段表中查找ACLine_val對應的StaSta與EndSta域值，將與Substation_val1不一致的存為Substation_val2。

2)交流線端點查詢原則

在交流線端點表中查找與“所屬交流線段”域一致的兩個交流線端點名(存為ACLineDot_val1與ACLineDot_val2)以及節點號(存為Node1與Node2)。

3)斷路器查詢原則

在斷路器表中查找(Inode==Node1 or Jnode ==Node1) and Substation==Substation_val1 的斷路器，緩存為Breaker_val1_1與Breaker_val1_2。查找(Inode==Node2 or Jnode==Node2)and Substation==Substation_val2的斷路器，緩存為Breaker_val2_1與Breaker_val2_2。

將核查后的交流線段ACLine_val存為事件主體。將與之關聯的一次設備(交流線段x1、 交流線端點x2、廠站x2、斷路器x4)存為關聯設備。每一個事件主體出現都需要新建對應的事件信號集(事件信號集編號+1),如表1所示。

2.4 定義時間窗

自定義參數buffer_time為時間窗口。buffer_time取值默認為-5～+10 s，前后取值均可編輯。對于同一個事件信號集的重復訪問，buffer_time前后擴展1 s(擴展增量應可編輯)，buffer_time達到上限閾值后重置并返回“等待告警中斷”。

2.5 篩選關聯信號存入事件信號集

對于每一個事件主體，指定時間窗內搜索所有包含表2中關聯設備“內容”域的告警信號，存入事件主體所屬的事件信號集。

2.6 核心規則判斷

一旦符合一個標準事件判斷邏輯時，進入下一步“事件展示”，關閉當前事件信號集。仍然不符合任何一個標準事件的判斷邏輯，則返回“定義時間窗”，擴展監控信號采集的時間窗，補充當前事件信號集中的信號數量后，進行下一次對比與判斷。如果時間窗越限，仍不符合標準事件的判斷邏輯，則判斷為非標準事故，發出復雜事故告警。

2.7 事件展示/畫面推送

標準事件邏輯判斷成功后，將每個事件信號集所匹配的標準事件用列表形式彈窗展示；每一個標準事件結果顯示后，需要推送該事件所有關聯設備的可視化判據(例如設備所在廠站圖)。

表1 事件信號集

表2 事件關聯設備集

2.8監控人員確認

監控人員依據事件展示與推送畫面確認該電網事件。

3 應用算例

3.1 信號篩選

依照監控事件提取判別流程，在“開始”狀態時收到如下告警：

xxxx-xx-xx 18:24:49.150 四川.普提/500 kV.欖普一線/第一套保護RCS-931G保護出口 動作(SOE) (接收時間 xxxx年xx月xx日18時25分11秒)。

因為該條告警包含“保護出口”字段，則歸類為保護動作事件，提取“四川.橄欖/500 kV.欖普一線 保護出口”作為事件源Sjy1，將“四川.欖普一線”賦值給ACLine_val。以線路為事件主體的事件，依照查詢原則去找出該線路直接關聯的交流線段x1、交流線端點x2、廠站x2、斷路器x4，并新建事件信號集(1號事件信號集)與事件關聯設備集如表2所示。

在預定義的-5～+10 s的時間窗內，依據關聯設備的內容域，可以在事故源信號前后15 s，從3272條上窗告警信號中提取出50條第1類告警信號與4條第4類告警信號，存入1號事件信號集作為輔助判據。

3.2 規則判斷

用已定義的標準信號與1號事件信號集內的所有信號分別比對，得出1號事件信號集中所有標準信號的標志位，如表3所示(比對成功則置1，比對失敗則置0)。

表3 1號事件信號集標準信號置位

通過1號事件信號集標準信號(帶標志位)與預定義邏輯框圖來計算各類標準事件的邏輯Boolean值。計算得出的Boolean值為1，則說明“該線路瞬時單相接地故障(單跳重合成功)”事件成立。

3.3 事件展示/畫面推送

由參數ACLine_val已經被賦值為“四川.欖普一線”，所以最終事件展示為“欖普一線線路瞬時單相接地故障(單跳重合成功)”。

事件展示界面如表4所示。

點擊事件信號集域中的“1號事件信號集”可以顯示預定義時間窗內用于判斷該事件的信號；點擊關聯設備域中的“四川.橄欖/500 kV.5053斷路器”可以推送該斷路器所在間隔圖，用于雙確認斷路器分合位與光字牌信息。

3.4 案例推廣

選取某年內發生線路故障的500 kV康定、丹巴、普提、橄欖、九龍、石棉變電站及其間500 kV聯絡線：丹康一線、丹康二線、欖普一線、欖普二線、九石一線、九石二線為典型研究廠站(線路)，如表5所示。

試點廠站(線路)在近6個月內發生的9次線路單相瞬時接地故障，采用上面描述的設備關聯原則與信號篩選提取方法，如果能在預定義的(-5～+10 s)時間窗內正確提取出關聯信號，并成功導入新建事件信號集，嚴格依照預定義邏輯框圖，其中8次線路單相瞬時接地故障可以被成功判斷。

一次無法正確判斷的單相瞬時故障均是線路某側斷路器保護出口信號命名不規范引起。如需提高正確判斷率，需提高監控信號規范，防止監控信息點表漏點誤點。也可以對預定于邏輯框圖的判斷嚴密性作出下調(例如去除斷路器保護出口的邏輯與關系，僅保留斷路器機構跳閘出口)，即可確保單相瞬時接地故障事件在試點廠站(線路)更高的判斷率。

4 結 語

前面對電力系統電網事件產生的監控信息常見規律進行整理分析，建立起基礎監控信息規則庫是信息事件化的基礎。對關聯規則進行算法描述，形成可執行規則腳本庫啟動信息事件化流程。進一步建立信息-事件關聯引擎，研究序列信息關聯事件方法，形成信息-事件匹配規則。持續研發信息-事件關聯規則庫邏輯編輯模塊，建立邏輯自檢機制。研究事件檢測機制，建立起規則庫通用接口，從而形成完整構建維護及應用鏈條。

表4 事件展示界面預演示

表5 典型單相瞬時接地故障

充分利用主站監控系統信號，分析存儲歷史數據規律，多維數據相互印證，更大程度發掘系統組合分析優勢，將本側、對側信號相結合，形成發散型信息關聯，將局域信息轉化成為廣域事件，逐步完善信息-事件匹配規程，提高信息事件推演準確性。

實踐證明，通過監控信息事件化可以幫助監控人員第一時間判斷出電網故障情況并給出事件預警，部署該功能只需采集現有的監控信息，結合核心算法推演出事件，便于監控人員實時掌握現場情況，極大方便電網事件監視與分析，提高電網安全運行水平。