基于事故模型的监控信号智能分析算法

张家玮，侯 亮，张军六

（国网山西省电力公司调度控制中心，山西 太原 030001）

基于事故模型的监控信号智能分析算法

张家玮，侯 亮，张军六

（国网山西省电力公司调度控制中心，山西 太原 030001）

从各个电压等级的电网可能出现的典型事故出发，对电网的事故进行建模。通过模型匹配算法，能够对监控信号进行智能分析，自动判断电网中出现的事故。基于事故模型的监控信号智能分析算法能够适应各个电压等级、接线方式，并可适应不同的运行方式，对可能的事故进行准确辨别。包括监控信号对接、重要信号筛选、监控信号智能分析、分析结果展示几个模块，其中监控信号智能分析是重点。解决了以往监控信号量大、排列没有规则的问题，为调控运行人员提供了一个条理清晰、结果明确的事故分析平台。

监控；信号；事故模型；智能匹配

0 引言

随着“大运行”和“调控一体”管理模式的实行，各地电网调控技术支持系统，遵照“告警直传，远程浏览，数据优化，认证安全”技术原则，通过调控实时数据、直传告警信息、远程图形浏览几种技术手段实现调控中心对变电站设备的远方监控。变电站远动系统和调控技术支持系统初步具备调控实时数据交互、设备告警信息直传、远程图形浏览和调控指令安全认证的功能。然而由于电网规模庞大、设备众多，厂家、型号纷繁复杂，告警、故障信息不统一，同时缺乏有效的工具对各类信号进行统计分析，调控人员面对海量的信号（里面还掺杂着误报的干扰信号）没有太好的对策，无法做到快速、准确地分析、处理各类电网情况，为电网的安全、稳定、经济运行留下了很大的隐患。

1 监控信号分析的主要困难

近年来，针对监控信号的规范命名、规范上传等方面的课题一直是国家电网研究的一个热点。国网公司下发了各个电压等级变电站的典型监控信息表，并专门针对智能站的设备特点对信息典型点表进行补充，其用意在于规范各个变电站信息点表的命名规则及上送规则。2012年，国家电网公司全面启动信息系统实用化“回头看”的工作，检查找出信息系统应用中存在的不足，深入对比分析问题原因，提出促进信息系统深化应用的建议。然而，监控信号分析方面存在着以下几个方面的困难，没有得到明显的改善。

a）各类信号命名不统一。

各地变电站的信息点表一般是由设计院、电科院或者检修公司来进行编制。由于设备的厂家、型号不同，信号的多少、命名及上送规则也不尽相同，给调控人员分析、处理电网情况造成了很大的干扰。

b)监控面临海量数据，无法及时地发现有效信息。

一个调控中心，可能面临上百甚至是几百个变电站，每个变电站又有很多不同厂家、不同型号、不同运行状态的设备，每天收到的监控信号数以万记，很容易淹没在海量信号之中，进而忽略重要信息，影响电网安全、稳定、经济运行。如何能够对收到的信息有效分析，成为监控信号智能分析算法必须解决的一个问题。

c)信息误报、漏报的情况没有得到有效监控。

由于信息点表不统一、上送信号过多，调控人员无力对收到的信息逐条分析，会忽略很多信息；因为调控人员没有对收到的信息进行有效分析，现场信息误报、漏报情况时有出现，没有得到有效监控，进而会给调控人员增加更多的工作量。如此恶性循环，势必会给电网的安全带来更大的隐患。

2 监控信号分析算法设计方案

图1为监控信号分析算法工作原理图。

图1 监控信号分析算法

2.1 遥信信号建模

能够准确的识别遥信信号是信号分析的基础。由于设备厂家、型号的不统一，各个变电站信号命名有很大的差异。需要对主要信号进行建模，使得能够从收到的信号列表中把主要信号分析、提取出来。比如以下信号，“XX（省） .XX站/ 500 kV.1母线/RCS-915.母差出口”， 需要从信号里面分析处理的信息包括：信号所属变电站；设备的电压等级（此例中为500 kV）；设备名称（此例中为1母线）；基于变电站、电压等级、设备名称，就可以准确定位发出信号的间隔；如果涉及到保护，需要分析保护的型号（此例中为RCS-915）；信号的名称（此例中为母差出口）。

针对每一类主要信号，总结需要分析出来的有效字段进行建模，比如以上信号建模为“[省市].[变电站]/[电压等级].[设备名称]/[保护型号].[信号描述]”。

2.2 事故类型建模

针对各个电压等级的各类事故类型，分析整理需要包含的主要信号，进行建模，作为事故判断的主要依据。比如500 kV线路单相瞬时故障，触发的主要信号包括：两套线路差动保护的出口信号；线路两端开关的跳闸信号（根据接线方式不同，涉及开关的数量不同）；开关重合闸信号；各个开关合闸信号。

如果保护动作过程中出现异常情况（比如开关拒动），会演化出不同的模型分支，通过失灵保护或者后备保护扩大范围跳闸，直到切除事故点。如果以上事故不是瞬时故障，而是永久故障，则开关重合不成功。注意对于3/2接线的开关来说，开关重合是有顺序区分的。先重合的开关动作之后，检测到故障仍然存在，会引发再次跳闸，并且后重合开关不再重合。

通过对各类事故进行分析，完成事故模型的建模。

2.3 分析信号含义

通过信号建模、事故建模，为信号分析建立了分析基础、规则基础。在真实工作中，调控人员面临的是一系列的信号，需要从信号列表中分析出来哪些设备发出了信号、发出了什么信号，为后续的事故分析奠定基础。

a）分析设备单元：对于每条信号，我们依次分析信号的变电站、电压等级、设备名称，这些信息组合可以唯一确定一条有含义的信号，可以确定信号是什么间隔发出的。

b)分析信号含义：在信号模型里面，会对判别主要信号的关键字进行建模。建模模型里面，判断条件包含：以某些字符串开头，以某些字符串结尾，包含某些字符串，不包含某些字符串等等。由于历史原因，同一信号在不同变电站可能会有不同命名，所以要求信号的关键字可互相替代之后再进行匹配。

c)其他信息分析：比如保护型号等信息。

2.4 分析事故类型及事故演化过程

将一个个无意义的字符串分析成一个个包含间隔名称、信号含义、保护型号的“信号”之后，下面就可以根据收到的信号列表分析电网设备当前运行状态了。首先要对分析出来的信号进行精简，收到的信号里面有部分信号属于伴生信号，有些信号规则性不强，这些信号对事故分析没有意义，需要首先剔除。通过筛选，只留下有意义的、重要的信号，作为事故分析的基础。对于主要信号，需要进一步分类。比如：线路保护出口信号、母线保护出口信号、变压器保护出口信号，这些信号是判断事故点的基础，并可以初步判断事故类型（通过这些信号，可以判断发生事故的可选列表）；断路器的跳闸信号，可以判断保护动作之后断路器的动作情况，进一步可以判断是否有开关拒动等情况；重合闸信号及合闸信号，可以判断开关重合情况。结合后续保护是否再次动作，可以判断相关故障是瞬时故障还是永久故障。

下面以3/2接线的线路故障为例对分析过程进行说明（见图2、图3）。

图2 电网接线图

经过分析、筛选，当前收到了以下信号：A线路的两套差动保护出口信号；5012断路器跳闸信号；5011断路器失灵保护信号；5021断路器跳闸信号；5031断路器跳闸信号；其他信号。分析、演化过程如下。

最终得到分析结果：A线路线路故障；5012中开关正常动作，5011边开关拒动；触发5011失灵保护，进而引发I母线上所有开关跳闸（5021、5031）。

3 系统功能实现

系统由监控信号对接、重要信号筛选、监控信号智能分析、分析结果展示四大模块组成。

图3 监控信号分析流程图

3.1 监控信号对接

监控信号智能分析算法依托于信息点表，对收到的信号进行分析。各个变电站的信息点表是信号分析的基础，基于信息点表可以搭建起来完整的信号模型，为信号分析提供了技术支撑。实时上送的信号列表是分析的对象，能够反应当前设备的运行状态。可以根据实际需要，把系统建设在一区（能够做到信号的实时对接、在线分析），或者把系统建设在三区（通过E文本进行对接，做到信号的准实时对接、离线分析）。

3.2 重要信号筛选

调控人员面临上百个甚至是几百个变电站，每天要分析处理的信号数以万记；各个变电站信号命名不统一，给信号分析设置了障碍；信号误报的情况时有发生，使得信号分析异常困难。因为以上原因，调控人员很容易淹没在信息海洋中，很难对收到的信号逐条进行分析。为了能够对电网事故进行更准确的分析，需要根据重要性对信号进行分级，从各类事故中提取出重要信号，作为对电网变化情况的判断依据。因为各个变电站信息点表的不统一，即便是重要信号也会有不同的命名。对信号进行建模，通过模式匹配算法可以将重要信号提取出来。为了提高算法的适应力，信号模型需要是自学习的，能够根据遇到的情况修正模型的匹配算法。

3.3 监控信号智能分析

经过提取的重要信号，从信号数量上来说得到较大改善；但是这类信号还是无序的、不直观的，而且里面还可能有信号误报、信号漏报的情况。开关误动、开关拒动的情况也需要分析出来，另外还需要分析出来电网存在的各类隐患。智能分析需要对以下情况进行智能判断：电网发生事故的位置；电网事故引发了哪些保护动作；开关是否正常动作；该类事故是否需要重合闸；重合闸是否成功；是否因为开关拒动触发失灵保护；保护动作是否把故障切除，保护是否存在盲区；是否有误报的信号；是否有重要信号漏报，等等。

3.4 分析结果展示

利用智能分析算法，对信号进行了分析处理之后，需要对分析结果进行展示。此部分包含以下功能：对电网此阶段发生的事故进行展示，展示发生了何种事故、保护如何动作；对电网当前可能存在的隐患进行展示；对缺少的重要信号进行展示；对误报的重要信号进行展示；自动演化事故发生的过程，以及一二次设备自动处理过程；辅助运行人员对事故进行处理。

4 成果与效益

因为监控信息的重要性，在国内外已经对信息点表相关系统进行过大量的研究。然而，由于不同厂家、不同型号的设备纷繁复杂，而且还不断进行更新换代，信息点表方面普遍存在以下问题：适应能力低，不能适应各地的信息点表命名规则；对复杂的接线方式、运行方式适应性不够，无法对收到的信号做到智能分析。

本系统从这些现实情况出发，对这些问题进行深入研究，并给出了很好的解决方案。

a)广泛适应各地信号命名规则。

通过对信息点表中主要信号进行建模，能够自动地和收到的信号进行匹配，能够适应各地的信号命名规则与习惯。在匹配的过程中，对新的匹配规则可以进行自学习，来补充完善信号规则模型库，进一步提高系统的适应力。

b)适应各种接线方式、运行方式，对监控信号进行智能分析。

本系统通过对各种事故进行建模，结合电网的接线方式、运行方式，自动对收到的信号列表进行分析，并匹配事故模型。在模型匹配的过程中，能否智能分析缺少的关键信号、事故处理过程中电网设备的异常动作情况，为调控人员分析、处理电网事故提供了及时、有效的信息。

c)提高了工作效率及电网的安全运行水平。

通过对电力各类事故的建模，并在此基础上对监控信号进行智能分析，能够基于电网的接线方式和运行方式，自动分析设备的运行状态及当前发生的事故情况，并对上送的信号中误报、漏报的情况进行智能分析、自动提醒。提高了运行人员的工作效率，并提升了电网的安全运行水平。

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

张家玮（1982），男，山西忻州人，2009年毕业于太原理工大学电力系统及其自动化专业，工程师，从事调度设备监控管理及继电保护专业工作；

侯 亮（1974），男，山东菏泽人，1997年毕业于武汉水利电力大学电力系统自动化专业，高级工程师，从事电网调度及设备监控管理工作；

张军六（1970），男，河北安国人，1993年毕业于桂林冶金地质学院工程测量专业，高级工程师，从事电力系统调度管理工作。