張家瑋，侯 亮，張軍六

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司調(diào)度控制中心，山西 太原 030001）

基于事故模型的監(jiān)控信號(hào)智能分析算法

張家瑋，侯 亮，張軍六

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司調(diào)度控制中心，山西 太原 030001）

從各個(gè)電壓等級(jí)的電網(wǎng)可能出現(xiàn)的典型事故出發(fā)，對(duì)電網(wǎng)的事故進(jìn)行建模。通過(guò)模型匹配算法，能夠?qū)ΡO(jiān)控信號(hào)進(jìn)行智能分析，自動(dòng)判斷電網(wǎng)中出現(xiàn)的事故?；谑鹿誓Ｐ偷谋O(jiān)控信號(hào)智能分析算法能夠適應(yīng)各個(gè)電壓等級(jí)、接線方式，并可適應(yīng)不同的運(yùn)行方式，對(duì)可能的事故進(jìn)行準(zhǔn)確辨別。包括監(jiān)控信號(hào)對(duì)接、重要信號(hào)篩選、監(jiān)控信號(hào)智能分析、分析結(jié)果展示幾個(gè)模塊，其中監(jiān)控信號(hào)智能分析是重點(diǎn)。解決了以往監(jiān)控信號(hào)量大、排列沒(méi)有規(guī)則的問(wèn)題，為調(diào)控運(yùn)行人員提供了一個(gè)條理清晰、結(jié)果明確的事故分析平臺(tái)。

監(jiān)控；信號(hào)；事故模型；智能匹配

0 引言

隨著“大運(yùn)行”和“調(diào)控一體”管理模式的實(shí)行，各地電網(wǎng)調(diào)控技術(shù)支持系統(tǒng)，遵照“告警直傳，遠(yuǎn)程瀏覽，數(shù)據(jù)優(yōu)化，認(rèn)證安全”技術(shù)原則，通過(guò)調(diào)控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、直傳告警信息、遠(yuǎn)程圖形瀏覽幾種技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)調(diào)控中心對(duì)變電站設(shè)備的遠(yuǎn)方監(jiān)控。變電站遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)和調(diào)控技術(shù)支持系統(tǒng)初步具備調(diào)控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互、設(shè)備告警信息直傳、遠(yuǎn)程圖形瀏覽和調(diào)控指令安全認(rèn)證的功能。然而由于電網(wǎng)規(guī)模龐大、設(shè)備眾多，廠家、型號(hào)紛繁復(fù)雜，告警、故障信息不統(tǒng)一，同時(shí)缺乏有效的工具對(duì)各類信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，調(diào)控人員面對(duì)海量的信號(hào)（里面還摻雜著誤報(bào)的干擾信號(hào)）沒(méi)有太好的對(duì)策，無(wú)法做到快速、準(zhǔn)確地分析、處理各類電網(wǎng)情況，為電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行留下了很大的隱患。

1 監(jiān)控信號(hào)分析的主要困難

近年來(lái)，針對(duì)監(jiān)控信號(hào)的規(guī)范命名、規(guī)范上傳等方面的課題一直是國(guó)家電網(wǎng)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。國(guó)網(wǎng)公司下發(fā)了各個(gè)電壓等級(jí)變電站的典型監(jiān)控信息表，并專門針對(duì)智能站的設(shè)備特點(diǎn)對(duì)信息典型點(diǎn)表進(jìn)行補(bǔ)充，其用意在于規(guī)范各個(gè)變電站信息點(diǎn)表的命名規(guī)則及上送規(guī)則。2012年，國(guó)家電網(wǎng)公司全面啟動(dòng)信息系統(tǒng)實(shí)用化“回頭看”的工作，檢查找出信息系統(tǒng)應(yīng)用中存在的不足，深入對(duì)比分析問(wèn)題原因，提出促進(jìn)信息系統(tǒng)深化應(yīng)用的建議。然而，監(jiān)控信號(hào)分析方面存在著以下幾個(gè)方面的困難，沒(méi)有得到明顯的改善。

a）各類信號(hào)命名不統(tǒng)一。

各地變電站的信息點(diǎn)表一般是由設(shè)計(jì)院、電科院或者檢修公司來(lái)進(jìn)行編制。由于設(shè)備的廠家、型號(hào)不同，信號(hào)的多少、命名及上送規(guī)則也不盡相同，給調(diào)控人員分析、處理電網(wǎng)情況造成了很大的干擾。

b)監(jiān)控面臨海量數(shù)據(jù)，無(wú)法及時(shí)地發(fā)現(xiàn)有效信息。

一個(gè)調(diào)控中心，可能面臨上百甚至是幾百個(gè)變電站，每個(gè)變電站又有很多不同廠家、不同型號(hào)、不同運(yùn)行狀態(tài)的設(shè)備，每天收到的監(jiān)控信號(hào)數(shù)以萬(wàn)記，很容易淹沒(méi)在海量信號(hào)之中，進(jìn)而忽略重要信息，影響電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。如何能夠?qū)κ盏降男畔⒂行Х治?，成為監(jiān)控信號(hào)智能分析算法必須解決的一個(gè)問(wèn)題。

c)信息誤報(bào)、漏報(bào)的情況沒(méi)有得到有效監(jiān)控。

由于信息點(diǎn)表不統(tǒng)一、上送信號(hào)過(guò)多，調(diào)控人員無(wú)力對(duì)收到的信息逐條分析，會(huì)忽略很多信息；因?yàn)檎{(diào)控人員沒(méi)有對(duì)收到的信息進(jìn)行有效分析，現(xiàn)場(chǎng)信息誤報(bào)、漏報(bào)情況時(shí)有出現(xiàn)，沒(méi)有得到有效監(jiān)控，進(jìn)而會(huì)給調(diào)控人員增加更多的工作量。如此惡性循環(huán)，勢(shì)必會(huì)給電網(wǎng)的安全帶來(lái)更大的隱患。

2 監(jiān)控信號(hào)分析算法設(shè)計(jì)方案

圖1為監(jiān)控信號(hào)分析算法工作原理圖。

圖1 監(jiān)控信號(hào)分析算法

2.1 遙信信號(hào)建模

能夠準(zhǔn)確的識(shí)別遙信信號(hào)是信號(hào)分析的基礎(chǔ)。由于設(shè)備廠家、型號(hào)的不統(tǒng)一，各個(gè)變電站信號(hào)命名有很大的差異。需要對(duì)主要信號(hào)進(jìn)行建模，使得能夠從收到的信號(hào)列表中把主要信號(hào)分析、提取出來(lái)。比如以下信號(hào)，“XX（?。?.XX站/ 500 kV.1母線/RCS-915.母差出口”， 需要從信號(hào)里面分析處理的信息包括：信號(hào)所屬變電站；設(shè)備的電壓等級(jí)（此例中為500 kV）；設(shè)備名稱（此例中為1母線）；基于變電站、電壓等級(jí)、設(shè)備名稱，就可以準(zhǔn)確定位發(fā)出信號(hào)的間隔；如果涉及到保護(hù)，需要分析保護(hù)的型號(hào)（此例中為RCS-915）；信號(hào)的名稱（此例中為母差出口）。

針對(duì)每一類主要信號(hào)，總結(jié)需要分析出來(lái)的有效字段進(jìn)行建模，比如以上信號(hào)建模為“[省市].[變電站]/[電壓等級(jí)].[設(shè)備名稱]/[保護(hù)型號(hào)].[信號(hào)描述]”。

2.2 事故類型建模

針對(duì)各個(gè)電壓等級(jí)的各類事故類型，分析整理需要包含的主要信號(hào)，進(jìn)行建模，作為事故判斷的主要依據(jù)。比如500 kV線路單相瞬時(shí)故障，觸發(fā)的主要信號(hào)包括：兩套線路差動(dòng)保護(hù)的出口信號(hào)；線路兩端開關(guān)的跳閘信號(hào)（根據(jù)接線方式不同，涉及開關(guān)的數(shù)量不同）；開關(guān)重合閘信號(hào)；各個(gè)開關(guān)合閘信號(hào)。

如果保護(hù)動(dòng)作過(guò)程中出現(xiàn)異常情況（比如開關(guān)拒動(dòng)），會(huì)演化出不同的模型分支，通過(guò)失靈保護(hù)或者后備保護(hù)擴(kuò)大范圍跳閘，直到切除事故點(diǎn)。如果以上事故不是瞬時(shí)故障，而是永久故障，則開關(guān)重合不成功。注意對(duì)于3/2接線的開關(guān)來(lái)說(shuō)，開關(guān)重合是有順序區(qū)分的。先重合的開關(guān)動(dòng)作之后，檢測(cè)到故障仍然存在，會(huì)引發(fā)再次跳閘，并且后重合開關(guān)不再重合。

通過(guò)對(duì)各類事故進(jìn)行分析，完成事故模型的建模。

2.3 分析信號(hào)含義

通過(guò)信號(hào)建模、事故建模，為信號(hào)分析建立了分析基礎(chǔ)、規(guī)則基礎(chǔ)。在真實(shí)工作中，調(diào)控人員面臨的是一系列的信號(hào)，需要從信號(hào)列表中分析出來(lái)哪些設(shè)備發(fā)出了信號(hào)、發(fā)出了什么信號(hào)，為后續(xù)的事故分析奠定基礎(chǔ)。

a）分析設(shè)備單元：對(duì)于每條信號(hào)，我們依次分析信號(hào)的變電站、電壓等級(jí)、設(shè)備名稱，這些信息組合可以唯一確定一條有含義的信號(hào)，可以確定信號(hào)是什么間隔發(fā)出的。

b)分析信號(hào)含義：在信號(hào)模型里面，會(huì)對(duì)判別主要信號(hào)的關(guān)鍵字進(jìn)行建模。建模模型里面，判斷條件包含：以某些字符串開頭，以某些字符串結(jié)尾，包含某些字符串，不包含某些字符串等等。由于歷史原因，同一信號(hào)在不同變電站可能會(huì)有不同命名，所以要求信號(hào)的關(guān)鍵字可互相替代之后再進(jìn)行匹配。

c)其他信息分析：比如保護(hù)型號(hào)等信息。

2.4 分析事故類型及事故演化過(guò)程

將一個(gè)個(gè)無(wú)意義的字符串分析成一個(gè)個(gè)包含間隔名稱、信號(hào)含義、保護(hù)型號(hào)的“信號(hào)”之后，下面就可以根據(jù)收到的信號(hào)列表分析電網(wǎng)設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)了。首先要對(duì)分析出來(lái)的信號(hào)進(jìn)行精簡(jiǎn)，收到的信號(hào)里面有部分信號(hào)屬于伴生信號(hào)，有些信號(hào)規(guī)則性不強(qiáng)，這些信號(hào)對(duì)事故分析沒(méi)有意義，需要首先剔除。通過(guò)篩選，只留下有意義的、重要的信號(hào)，作為事故分析的基礎(chǔ)。對(duì)于主要信號(hào)，需要進(jìn)一步分類。比如：線路保護(hù)出口信號(hào)、母線保護(hù)出口信號(hào)、變壓器保護(hù)出口信號(hào)，這些信號(hào)是判斷事故點(diǎn)的基礎(chǔ)，并可以初步判斷事故類型（通過(guò)這些信號(hào)，可以判斷發(fā)生事故的可選列表）；斷路器的跳閘信號(hào)，可以判斷保護(hù)動(dòng)作之后斷路器的動(dòng)作情況，進(jìn)一步可以判斷是否有開關(guān)拒動(dòng)等情況；重合閘信號(hào)及合閘信號(hào)，可以判斷開關(guān)重合情況。結(jié)合后續(xù)保護(hù)是否再次動(dòng)作，可以判斷相關(guān)故障是瞬時(shí)故障還是永久故障。

下面以3/2接線的線路故障為例對(duì)分析過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明（見(jiàn)圖2、圖3）。

圖2 電網(wǎng)接線圖

經(jīng)過(guò)分析、篩選，當(dāng)前收到了以下信號(hào)：A線路的兩套差動(dòng)保護(hù)出口信號(hào)；5012斷路器跳閘信號(hào)；5011斷路器失靈保護(hù)信號(hào)；5021斷路器跳閘信號(hào)；5031斷路器跳閘信號(hào)；其他信號(hào)。分析、演化過(guò)程如下。

最終得到分析結(jié)果：A線路線路故障；5012中開關(guān)正常動(dòng)作，5011邊開關(guān)拒動(dòng)；觸發(fā)5011失靈保護(hù)，進(jìn)而引發(fā)I母線上所有開關(guān)跳閘（5021、5031）。

3 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)由監(jiān)控信號(hào)對(duì)接、重要信號(hào)篩選、監(jiān)控信號(hào)智能分析、分析結(jié)果展示四大模塊組成。

圖3 監(jiān)控信號(hào)分析流程圖

3.1 監(jiān)控信號(hào)對(duì)接

監(jiān)控信號(hào)智能分析算法依托于信息點(diǎn)表，對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行分析。各個(gè)變電站的信息點(diǎn)表是信號(hào)分析的基礎(chǔ)，基于信息點(diǎn)表可以搭建起來(lái)完整的信號(hào)模型，為信號(hào)分析提供了技術(shù)支撐。實(shí)時(shí)上送的信號(hào)列表是分析的對(duì)象，能夠反應(yīng)當(dāng)前設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)?？梢愿鶕?jù)實(shí)際需要，把系統(tǒng)建設(shè)在一區(qū)（能夠做到信號(hào)的實(shí)時(shí)對(duì)接、在線分析），或者把系統(tǒng)建設(shè)在三區(qū)（通過(guò)E文本進(jìn)行對(duì)接，做到信號(hào)的準(zhǔn)實(shí)時(shí)對(duì)接、離線分析）。

3.2 重要信號(hào)篩選

調(diào)控人員面臨上百個(gè)甚至是幾百個(gè)變電站，每天要分析處理的信號(hào)數(shù)以萬(wàn)記；各個(gè)變電站信號(hào)命名不統(tǒng)一，給信號(hào)分析設(shè)置了障礙；信號(hào)誤報(bào)的情況時(shí)有發(fā)生，使得信號(hào)分析異常困難。因?yàn)橐陨显颍{(diào)控人員很容易淹沒(méi)在信息海洋中，很難對(duì)收到的信號(hào)逐條進(jìn)行分析。為了能夠?qū)﹄娋W(wǎng)事故進(jìn)行更準(zhǔn)確的分析，需要根據(jù)重要性對(duì)信號(hào)進(jìn)行分級(jí)，從各類事故中提取出重要信號(hào)，作為對(duì)電網(wǎng)變化情況的判斷依據(jù)。因?yàn)楦鱾€(gè)變電站信息點(diǎn)表的不統(tǒng)一，即便是重要信號(hào)也會(huì)有不同的命名。對(duì)信號(hào)進(jìn)行建模，通過(guò)模式匹配算法可以將重要信號(hào)提取出來(lái)。為了提高算法的適應(yīng)力，信號(hào)模型需要是自學(xué)習(xí)的，能夠根據(jù)遇到的情況修正模型的匹配算法。

3.3 監(jiān)控信號(hào)智能分析

經(jīng)過(guò)提取的重要信號(hào)，從信號(hào)數(shù)量上來(lái)說(shuō)得到較大改善；但是這類信號(hào)還是無(wú)序的、不直觀的，而且里面還可能有信號(hào)誤報(bào)、信號(hào)漏報(bào)的情況。開關(guān)誤動(dòng)、開關(guān)拒動(dòng)的情況也需要分析出來(lái)，另外還需要分析出來(lái)電網(wǎng)存在的各類隱患。智能分析需要對(duì)以下情況進(jìn)行智能判斷：電網(wǎng)發(fā)生事故的位置；電網(wǎng)事故引發(fā)了哪些保護(hù)動(dòng)作；開關(guān)是否正常動(dòng)作；該類事故是否需要重合閘；重合閘是否成功；是否因?yàn)殚_關(guān)拒動(dòng)觸發(fā)失靈保護(hù)；保護(hù)動(dòng)作是否把故障切除，保護(hù)是否存在盲區(qū)；是否有誤報(bào)的信號(hào)；是否有重要信號(hào)漏報(bào)，等等。

3.4 分析結(jié)果展示

利用智能分析算法，對(duì)信號(hào)進(jìn)行了分析處理之后，需要對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行展示。此部分包含以下功能：對(duì)電網(wǎng)此階段發(fā)生的事故進(jìn)行展示，展示發(fā)生了何種事故、保護(hù)如何動(dòng)作；對(duì)電網(wǎng)當(dāng)前可能存在的隱患進(jìn)行展示；對(duì)缺少的重要信號(hào)進(jìn)行展示；對(duì)誤報(bào)的重要信號(hào)進(jìn)行展示；自動(dòng)演化事故發(fā)生的過(guò)程，以及一二次設(shè)備自動(dòng)處理過(guò)程；輔助運(yùn)行人員對(duì)事故進(jìn)行處理。

4 成果與效益

因?yàn)楸O(jiān)控信息的重要性，在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)對(duì)信息點(diǎn)表相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)大量的研究。然而，由于不同廠家、不同型號(hào)的設(shè)備紛繁復(fù)雜，而且還不斷進(jìn)行更新?lián)Q代，信息點(diǎn)表方面普遍存在以下問(wèn)題：適應(yīng)能力低，不能適應(yīng)各地的信息點(diǎn)表命名規(guī)則；對(duì)復(fù)雜的接線方式、運(yùn)行方式適應(yīng)性不夠，無(wú)法對(duì)收到的信號(hào)做到智能分析。

本系統(tǒng)從這些現(xiàn)實(shí)情況出發(fā)，對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行深入研究，并給出了很好的解決方案。

a)廣泛適應(yīng)各地信號(hào)命名規(guī)則。

通過(guò)對(duì)信息點(diǎn)表中主要信號(hào)進(jìn)行建模，能夠自動(dòng)地和收到的信號(hào)進(jìn)行匹配，能夠適應(yīng)各地的信號(hào)命名規(guī)則與習(xí)慣。在匹配的過(guò)程中，對(duì)新的匹配規(guī)則可以進(jìn)行自學(xué)習(xí)，來(lái)補(bǔ)充完善信號(hào)規(guī)則模型庫(kù)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的適應(yīng)力。

b)適應(yīng)各種接線方式、運(yùn)行方式，對(duì)監(jiān)控信號(hào)進(jìn)行智能分析。

本系統(tǒng)通過(guò)對(duì)各種事故進(jìn)行建模，結(jié)合電網(wǎng)的接線方式、運(yùn)行方式，自動(dòng)對(duì)收到的信號(hào)列表進(jìn)行分析，并匹配事故模型。在模型匹配的過(guò)程中，能否智能分析缺少的關(guān)鍵信號(hào)、事故處理過(guò)程中電網(wǎng)設(shè)備的異常動(dòng)作情況，為調(diào)控人員分析、處理電網(wǎng)事故提供了及時(shí)、有效的信息。

c)提高了工作效率及電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平。

通過(guò)對(duì)電力各類事故的建模，并在此基礎(chǔ)上對(duì)監(jiān)控信號(hào)進(jìn)行智能分析，能夠基于電網(wǎng)的接線方式和運(yùn)行方式，自動(dòng)分析設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及當(dāng)前發(fā)生的事故情況，并對(duì)上送的信號(hào)中誤報(bào)、漏報(bào)的情況進(jìn)行智能分析、自動(dòng)提醒。提高了運(yùn)行人員的工作效率，并提升了電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平。

Intelligent Analytical Algorithm of Electric Power Monitoring Signal Based on Accident Model

ZHANG Jiawei,HOU Liang,ZHANG Junliu

（State Grid Shanxi Electric Power Corporation Dispatching&Control Center, Taiyuan,Shanxi 030001,China)

In view of possible accidents in power system of all kinds of voltage,accidentsmodel is established.Based on model matching algorithm,monitoring signal could be analyzed intelligently so as to judge accidents automatically.The intelligent analytical algorithm of monitoring signalbased on accident'smodelcan suitallkindsofvoltage,mode of connection andmode ofoperation,and can identify possible accidents precisely.This paper presents severalmodules including signal connection,important signal selection and intelligentanalysis ofmonitoring signal,amongwhich,intelligentanalysis ofmonitoring signal is the key point.It provides a platform for accidentanalysis.

monitoring;signal;modelofaccident;intelligentmatching

TM63

A

1671-0320（2016）05-0026-04

2016-07-13，

2016-07-30

張家瑋（1982），男，山西忻州人，2009年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，工程師，從事調(diào)度設(shè)備監(jiān)控管理及繼電保護(hù)專業(yè)工作；

侯 亮（1974），男，山東菏澤人，1997年畢業(yè)于武漢水利電力大學(xué)電力系統(tǒng)自動(dòng)化專業(yè)，高級(jí)工程師，從事電網(wǎng)調(diào)度及設(shè)備監(jiān)控管理工作；

張軍六（1970），男，河北安國(guó)人，1993年畢業(yè)于桂林冶金地質(zhì)學(xué)院工程測(cè)量專業(yè)，高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)調(diào)度管理工作。