基于应急事件触发机制的电网信息综合处理研究

潘翔， 房鑫炎

(上海交通大学 电子信息与电气工程学院，上海　200240)



基于应急事件触发机制的电网信息综合处理研究

潘翔， 房鑫炎

(上海交通大学 电子信息与电气工程学院，上海200240)

针对电力应急管理平台的信息交互和发布无序的问题，提出了一种基于应急事件触发机制的电网信息综合处理方案。目前的电力应急管理平台都没有提出较为详细的关于大量无序告警信息的处理办法，给电力应急工作人员带来很多困难。针对这种情况，首先将各种应急事件属性进行分类，并生成有序属性列表与二叉树，快速完成应急中心工作人员的订阅。优化了电力系统应急事件处理的时间性能，有效地降低了电力应急人员处理信息的难度，并支持基于用户兴趣的订阅，更提高了事件发布的针对性。

电力应急；事件触发；信息处理；事件序列；信息交互

0　引　言

新世纪以来，国内外发生了多起电网重大事故，如2003年8月14日发生的美、加大停电，2006年11月4日发生的欧洲大停电。人口的聚集使得城市内供电可靠性的要求越来越高。目前我国在电力系统的稳定运行方面已经积累了丰富的经验，但对于大面积停电和跨地区、跨专业、跨行业的突发公共安全事件的应急保障能力还相对比较薄弱，应急手段不足，迫切需要提高应急保障能力[1]。本文提出的基于应急事件触发机制的电网信息综合处理研究就是提高应急保障能力的重要支撑手段

我国在公共安全事件应急管理系统方面，特别是电网应急指挥技术支持系统的研究和开发方面还处于起步阶段[2]。文献[3]介绍了一种电力应急的管理平台，并解释了管理平台中的各个概念。文献[4]提出了一种面向电网调度监控、面向电网大量信息处理、基于电力调度自动化系统实时数据库和关系数据库的电网事件捕捉方案。

目前，各类研究对于应急信息的交互和发布都没有提出详细的处理方案，但是在实际运行中常会出现大量的无序信息，给应急中心工作人员带来困难。因此，急需提出一种可以有效处理大量无序信息的电网信息应急处理平台。本文将使用综合的信息处理技术，在一定程度上减少无序告警信息的问题，减少应急人员的工作量。

1　电力应急信息处理系统的架构

图1　电力应急信息处理系统架构

电力应急信息处理的主要内容(如图1所示)包含了如下几个模块电力应急事件分类、事件建模、事件订阅、事件匹配、消息路由、事件优化显示。其中各个模块的功能在下节说明。

2　基于事件触发的电力应急信息处理技术

2.1应急事件分类

一般来说应急中心人员面对的电力应急事件包括如下四种：

社会类事件，主要覆盖了政府、安全事业类用户。政府承担了对外保护国家安全，对内维持社会稳定秩序的职能。安全事业包含消防、反恐、维护社会治安等一系列涉及人民群众安全的职能。保证这些用户的电力稳定供应是相当重要的，一旦发生事故，其造成的后果极为严重。

自然灾害类事件，自然灾害涵盖了地震、雪灾、冰灾、洪灾、沙尘暴、台风等一系列因自然环境突变引起的灾害事故。通常情况下，自然灾害的发生不但会直接破坏供配电设施，同时也会破坏地面交通、地下电缆、光缆等基础设施造成通信、交通困难，应急人员需要配合的职能部门也相对复杂，所以处理自然灾害类事件的难度很大。

不可预见性事件，主要是调度失误、人为破坏等，同自然灾害类事件一样，也覆盖了几乎所有的用户。相对于自然灾害一般会有天气预报和备案，该类事件因为其不可预见性更加的突然。

物资调度类事件，发生各类电力系统突发事件后电力公司通常要按照预案进行电力储备物资调度。

2.2电力应急事件建模

建模时应遵守的准则有：① 有效性：电力应急事件模型必须简单、明了，结构清晰；② 区分性：应急事件模型必须能够和同类事件有效区分；③ 结构性:应急事件模型必须方便记录。由于电力应急信息的原始数据是由大量文本构成的，完全结构化的数据格式并不合适。

因此本文在记录电力应急事件时采用半结构化数据记录模型，一个应急事件包含多个应急事件属性，事件数据记录为XML文档。属性的记录包含三个元素，数据类型、名称、数据值。应急事件的记录记录的一般格式如下：

以一个实例说明

″0.56"Name=″EventName"/>

同时，由于单一事件是多个属性的合集，而其中属性排列是杂乱无章的，这样会造成查询的困难，因此需要维护一个所有属性名称的合集并且按照首字母顺序排列的数组，记为:

AttrSet[N]={Name1,Name2,Name3,…,Namen}

2.3应急事件匹配模块

事件匹配模块负责进行给定事件与订阅条件的高效匹配，其核心是匹配算法，难点在于调和电力系统发生事件的丰富表达能力与保证事件的可扩展性的矛盾、同时要综合考虑匹配的时间效率、匹配的空间效率和订阅维护的效率。其中，匹配的时间效率是最重要的指标[5]。

2.4应急事件订阅模块

为了提高网络带宽的使用效率，减少事件匹配的订阅个数，提高监控系统处理信息的能力，可以采用订阅覆盖和合并的方案，覆盖操作时需要进行两种测试：一是确定当前已有的订阅中那些覆盖一个新的订阅，二是确定一个新的订阅覆盖哪些当前已有的订阅。合理的订阅的覆盖、合并技术可以大大提高匹配的效率。

事件订阅模块主要面向用户，用户根据兴趣订阅关键词，系统中可以根据电力事件分类建立索引，并对每类事件做一个默认值，方便用户订阅。另外可以根据用户订阅的历史数据，并且提取同岗位用户的历史数据，作为协同推荐的基础，给用户推送一些可能相关的事件，防止用户因为疏忽，遗漏一些重要订阅。

2.5具体匹配算法描述如下

1) 首先，假设用户定义一个包含了m个条件的订阅

Subi={F1,F2,F3,…,Fm}

Fi是单个属性的过滤器。其中Fi=(Namei,DataType,Operatori,Value)

2) 比较AttrSet[n]和Subi中的值，生成一个n维向量Subi[n]，生成规则如下，查询所有过滤器的Namei下标合集，记为index[m]

∀x∈int,x∈[1,n],ifx∈index[M],

Subi[x]=1;elseSubi[x]=0

因为Subi[j]=0 or1，显然Subi[n]的所有情况可以使用一个N+1层二叉树的所有叶子节点表示。

3) 对于上述用户定义的订阅Subi，根据其中含有的过滤器，利用一般意义上的过滤器覆盖关系建立相应的索引。索引建立规则如下：

(1) 索引结构的第一级为过滤器的名字Namei；

(2) 对操作符″=″采用哈希表建立索引；

(3) 对于″<或者≤″按照谓词的覆盖关系，依据数据的自然大小float,int或者ASCII(string)值升序排列后，加入索引列表；

(4) 对于″>″或者″≥″按照谓词的覆盖关系，依据数据的自然大小或者ASCII值降序排列后，加入索引表。

4) 完成订阅和索引的建立后，假设电网中发生事件Eventj，同样建立n维列向量Eventj[n]，建立规则同2。

5) 在2中建立的二叉树中搜索，若Eventj[k]=1(k∈int,k∈[1,n])，那么沿路径搜索二叉树第n层对应节点的左子树和右子树(因为匹配的订阅条件永远是发生事件的子集)；若Eventi[k]=0(k∈int,k∈[1,n])，那么搜索对应节点的左子树即可。搜索完成后，得到的所有叶子节点即为可能匹配该事件的订阅合集。

6) 找到事件Eventi中每个属性确定的过滤器，并查询其索引列表，查询第一个匹配的条件，对于操作符″=″只需要查询一次即可；对于操作符″<或者≤″按照前面的升序排列，从小到大查询；对于操作符″>″或者″≥″按照前面的降序排列，从大到小查询。

7) 定义向量Result_Historyj[2n]，Result_Nowj[2n]这两个向量，Result_Historyj[2n]表示经过前面过滤器筛选下来的订阅，Result_Nowj[2n]表示当前过滤器过滤后的订阅。每次更新将两个向量取交。

8) 扫描上述两个向量元素的和，若其中有一个为零，那么终止匹配，没有订阅匹配成功。若最后Result_Historyj[2n]，元素不全为零，那么查询此向量中不为零元素的下标，对应的订阅即为事件Eventj的匹配订阅。

流程图如图2所示。

图2　算法流程图

2.6消息路由机制

消息路由模块要解决的问题是如何在实践代理网络中寻找一条恰当的路径发送事件信息至订阅者。消息路由机制需要平衡事件转发效率、订阅维护效率、容错能力等一系列指标，而其中最主要的是事件转发效率。

基于内容的路由算法是本模块的核心支撑部件，优化措施主要分成两部分:① 事件传播的优化，检查目标的子网内订阅了本事件的用户；② 订阅消息的优化，利用订阅的覆盖合并关系减少需要路由的消息。区别于传统的路由机制，基于内容的路由算法在时间的内容中就包含了路由的地址。

以下是针对订阅的一种覆盖合并机制，主要是减少了事件在传播时路由表内的路由实体数量。

覆盖关系：

Subi⊆Subj，iff ∀x∈int,

x∈[1,n],Subi[x]=1,thenSubj[x]=1

合并关系：

Subi=Subj，iff Subi[x]=Subj[x]

基于内容的合并覆盖：将解析消息得到的订阅条件与路由表中已存在的项进行内容匹配，若订阅条件覆盖路由表中项，则以之更新路由表，再予以转发；若订阅条件被路由表中项覆盖，则丢弃该消息，不再转发。且会在适当时候进行路由表项的合并覆盖，以进一步减少路由表大小，提高订阅和事件匹配转发的效率、节省网络带宽。

2.7优化显示

在客户端界面大致分为三个部分：① 信息订阅模块，负责用户依据兴趣点击订阅；② 匹配事件显示模块，负责将和用户订阅匹配的电力应急事件显示到窗口中；③ 推荐事件推送模块，防止用户因缺少订阅遗漏与其相关的重要信息。

订阅模块：该模块根据电力应急事件分类优化显示，建立索引大致索引如下：第一级索引：电网事件；第二季索引：事件分类。第三级索引：各种订阅实例，订阅同时预设了默认值和权重。设置默认值可以大大减少订阅用户的工作量，对用户更友好。另外，因为电力应急事件的复杂性，支持用户的自定义订阅。

匹配事件显示模块：该模块负责接收代理服务器发送的与用户订阅匹配的电网事件消息，并根据订阅消息时，该订阅所属索引的位置，归类该事件，使事件显示有条理，加快用户应对紧急信息。

推荐事件推送模块：根据用户的历史订阅和同岗位用户的订阅，利用协同推荐算法生成虚拟的订阅，发送到代理服务器，经过匹配推送的事件在该模块中显示。防止用户遗漏重要事件[6]。

3　算例分析

本实验的环境为Microsoft Windows 8.1 Enterprise x64，Intel(R)Core(TM)i5-3470 CPU @3.20 GHz，8GB RAM。

实验:本实验为了简化操作环境、一共设置了事件属性名(数据类型：string)包含：设备ID(数据类型：int)、设备名称(数据类型：string)、湿度(数据类型：float)、温度(数据类型：float)、电压(数据类型：float)、电流(数据类型：float)、频率(数据类型：float)、功角(数据类型：float)共计八个。操作符：=″″>″″<″。

本实验中的事件处理验证流程如下：① 模拟用户生成订阅，本实验生成了5 000个订阅，生成规则如下：随机取属性名，若该属性名对应的数据其类型为数值类型，那么在属性名的正常值的周边按照正态分布生成，若该属性名对应的数据其类型为string类，那么在相应的集合内随机取值。② 随机编写xml文件表示应急事件，由于电网应急事件的无序性，所以事件数量是自变量。③ 因为一般人类采用的查询算法都是一个一个匹配的，所以模拟应急工作人员的查询采用暴利匹配。实验结果如图3所示。

图3　匹配算法比较图

很显然本方案大大缩短了应急中心工作人员处理的事件，考虑到一般工作人员的处理速度、准确性、注意力集中程度与计算机相差太多，本方案的效果将更为明显。

4　结束语

本文提出了一种基于应急事件触发机制的电网信息综合处理方案，并对内部各个模块和算法做了详细的说明。在仿真中，本系统可以有效地将应急信息整理上传到电网应急部门，保证了信息的有效性。并且，由于较为先进的匹配算法的加入，可以使匹配速度大大加快，保证了信息的时效性。另外，本文还对应急信息订阅的固有缺点作了说明，并提出了采用协同推荐的方式改善算法，提高了本系统的实用性。

[1] 田世明，陈希，朱朝阳，等.电力应急管理平台研究[J].电网技术，2008，32(1)：26-30，55.

[2] 朱朝阳，于振，刘超.电力应急管理李云与技术体系研究[J].电网技术，2011，35(2):178-182.

[3] 吴文传，张伯明，曹福成，等.电网应急指挥技术支持系统设计与关键技术[J].电力系统自动化，2008，32(15):1-6，25.

[4] 赵家庆，季胜鹏，钱科军，等.基于事件驱动机制的电网事件快速捕捉方案[J].电力系统保护与控制，2013，41(23):103-108.

[5] 吴艳.基于SOA的发布/订阅系统架构研究及应用[D].北京:华北电力大学，2009.

[6] PAZZANI M.A framework for collaborative, content-based, and demographic filtering[J]. Artificial Intelligence Review, 1999,13(5-6):393-408.

A Study on the Comprehensive Processing of Grid Information Based on Emergency Trigger Mechanism

PAN Xiang, FANG Xin-yan

(College of Electric Information and Electrical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China)

With regards to unordered information exchange and release on power emergency management platforms, this paper presents a scheme for comprehensive processing of grid information based on the emergency event trigger mechanism. Current power emergency management platforms give no detailed processing method for massive unordered warning information and bring a lot of difficulties to the power emergency workers. In response thereof, the paper classifies the attributes of various emergencies, generates an ordered list of attributes and binary tree, and quickly completes subscription from the staff working at the emergency center, thus optimizing the time performance of emergency event processing of the power system and effectively reducing the difficulty of emergency personnel in processing information. Moreover, it supports subscription based on user’s interest, and raises the pertinence of event publication.

power emergency;event trigger; information processing; information exchange

10.3969/j.issn.1000-3886.2016.01.016

TM743

A

1000-3886(2016)01-0048-04

潘翔(1990-),男，江苏人，硕士生，专业：电气自动化。

定稿日期: 2015-09-28