摘要：随着电网规模的不断扩大，电网调度各种类型的告警信息激增且无法综合利用，增加了调度员告警处置的压力。为了提供高精度的告警信息，提升运行人员告警处置效率，电网迫切需要开展智能告警功能模块建设，以实现对各种类型告警信息的整合。本文对智能告警推理机制的构建分层次的进行了分析，充分利用了单一推理、关联推理的原则，增强了告警模块的功能，并在结果展示层得到了实际体现，提高了电网的运行效率和稳定性，证明智能告警系统能够为高效的监视电网，为电网的可靠运行提供保障。
关键词：电网；调度；智能告警；推理；告警系统
Construction of Intelligent Warning Reasoning Mechanism Based on Power Network Scheduling System
Lin nan，Zhao xiaojing，Ji changcheng，Lin beisi
（Guangdong Power Grid Company Limited Shantou Power Supply Bureau，Shantou 515800，Guangdong，China；）
ABSTRACT：With the increasing scale of the power grid，all types of alarm information of the power grid dispatch are increasing rapidly and can not be used comprehensively，which increases the pressure of the dispatcher's alarm handling.In order to provide high-precision alarm information and improve the operation personnel's alarm handling efficiency，the power network urgently needs to carry out the construction of intelligent alarm function module to achieve the integration of various types of alarm information.This paper analyzes the construction of intelligent alarm reason mechanism on a hierarchical basis，makes full use of the principle of single inference and related reasoning，enhances the function of alarm module，and is actually reflected in the results display layer.The efficiency and stability of the power grid are improved，and it is proved that the intelligent alarm system can provide a guarantee for the efficient monitoring of the power grid and the reliable operation of the power grid.
Key words：power grid；scheduling；intelligent alarm；reason；alarm system
0 引言
作为保障电网安全、优质、经济运行的重要技术手段，智能电网调度控制系统需要更高的自动化、互动化水平支撑建设世界一流的坚强智能电网调度控制中心[1-3]。
目前电网已经能够对调度端的告警信息进行分析处理，实现设备故障的在线诊断[4-14]；另一方面是结合监控业务的特点，研究告警信息分层分类、推理分析和综合展示[15-17]。
但随着电网规模的不断扩大，电网调度难度不断增大，各种类型的告警信息多且无法综合利用，增加了调度员告警处置的压力，导致调度员无法集中精力专心调度，有可能进一步导致调度失误，影响电网的安全稳定运行。因此，调度部门迫切需要开展智能告警功能模块建设，以实现对各种类型告警信息的整合，为运行人员提供有用的告警信息，提升运行人员告警处置效率以及对电网运行状态的整体感知能力。
本文在电网调度系统的基础上对智能告警推理机制进行深入剖析，对告警模块进行深度开发。与基础告警模块相比，充分利用了告警新增单一、关联规则推理，且推理规则的定义功能向用户开放。整体上，对于调度、监控的日常工作起到了较好的参考作用，一定程度上提高了工作效率、降低了工作强度。
1 智能告警推理架构
智能告警推理总体架构自下而上分为四个层次，分别为基础信息层、知识库层、推理层、结果展示层。如图1所示。
图1 智能告警推理架构
Figure 1 Intelligent warning reasoning architecture
其中基础信息层包含所有推理知识库规则的原子对象，与告警信息之间存在着唯一的映射关系；知识库层包含单一、关联告警信息推理规则；推理层用户处理实时告警信息，按推理知识寻求推理结果；结果展示层用于展示推理结果及推理详细信息。
2 告警基础信息的构建
2.1 告警对象库构建范围
告警对象库的构建范围包括电网运行产生的监控告警信息、应用分析软件的告警信息以及自动化系统的产生的告警信息等：
电网运行实时监控（SCADA）产生的告警信息包括：一次设备（如线路、主变、母线）故障跳闸信息、二次设备变位信息、系统频率越限信息、母线电压越限信息、线路、主变负载越限信息、人为操作的事件信息。
网络分析预警（PAS）产生的告警信息包括：静态安全分析预警，包括越限设备名称、异常类型（系统解列、设备过载、电压越限）、越限程度等。
短路电流计算预警包括：短路设备、短路类型、短路电流幅值、遮断容量越限程度等。
自动化系统产生的告警信息，包括：应用服务器节点状态、应用状态信息；节点投退、通道中断、关键进程状态变化信息；交换机工况。
2.2 告警对象分析
告警对象包括有模型数据的电网监控告警信息，如：xxx间隔保护装置异常 动作，xxx断路器弹簧未储能 动作等。这些告警信息在系统中有实际的模型与之对应，告警消息报文中有对应的关键词（告警报文结构中的告警ID，表示产生告警的设备、量测等在系统中的唯一的ID号）信息，能够进行对象的唯一性辨识。
告警对象也包括无实际对应模型的告警信息，如：状态估计不收敛、进程投退、应用故障等，这些告警信息以纯字符串形式出现，很难实现对象唯一性的辨识。
综合上述对象分析，在构建告警对象分析库时，结合实际实现的可能行，需要考虑两种情况下的对象映射辨识方法。
2.3 告警对象库的构建
将告警对象库对象类型分为两种情况，无关键词的简单事件描述告警信息和面向电网监控的告警信息，对象库的构建上略有差异。
2.3.1 无关键词的简单事件描述告警信息
这类告警信息之间本身没有从属关系，从告警描述字符串为出发点，需要识别其对象的唯一性，需要对告警信息描述格式有一定的要求。
实例1：进程投退的告警信息，告警内容除时间外没有动态变化的字符串内容：
2018-01-04 08：54：20 fes2 cmdhis_daemon 退出!
将时间与状态去除后的内容“fes2 cmdhis_daemon”标识为唯一的告警对象。
但是告警信息，每个时间点告警产生的虚拟内存大小是变化的，对象唯一性识别上存在很大的难度。
实例2：进程虚拟内存越限：
2018-01-04 09：54：20节点：fes2进程：sca_cal vsz（KB）：10554036 虚拟内存超过限制！
在实际系统中，告警字符串中还可能存在两个甚至更多的变化变量，在对象库的构建上，不以实际对象为对象，需要将对象虚拟化，在实例1中将告警对象虚拟为“进程退出”，实例2中对象虚拟为“进程虚拟内存越限”。
2.3.2 电网监控告警事件描述
电网所属电网模型的监控告警信息，这类告警信息在推理时需要考虑到厂站、间隔、设备等信息，有时可能换需要考虑到电网拓扑关系，单从告警信息字符串解析无法获取相关从属关系，更无法进行复杂的电网事件推理。
这类告警信息需要分类建立对象，同时需要与实际的电网模型进行关联。如：过流保护，与监控保护信息中的过流I段、过流II段、过流III段、过流加速段以及过流反时限等信号关联。
2.4 告警对象描述
告警对象的描述包括对象名称、与告警信息匹配映射的方法、动作/复归表示方法、与告警类型状态的关联等，如表1。
3 推理知识库的构建
推理知识库的构建以告警对象库为操作原子，定义单一推理规则、关联推理规则。
3.1 单一推理规则
单一推理规则主要是对单个信号进行逻辑推理，主要包括单一直接推理、延时未复归推理、周期性的频发推理等。
3.1.1 单一信号直接推理规则
单个信号发生直接导致某种异常情况，给出故障原因。
3.1.2 延时未复归推理规则
成对的告警信息（动作和复归类），长时间处于动作状态。主要应对非迫切需要立刻处理的告警，如延时后恢复可以不用关注。延时告警信息如表2。
3.1.3 周期性频发推理规则
在设定时间内出现次数超过了预设的告警次数阀值，如表3。
3.1.4 单一推理规则导出格式
单一推理规则导出格式包括CSV（字符分隔值）格式和XML（可扩展标记语言）格式：
CSV（字符分隔值）格式主要包括告警对象、推理结果、业务推理规则、处理建议等，具体如表4。
XML（可扩展标记语言）格式是向客户端展示告警异常、告警对象、推理结果、处理建议等的程序语言形式，以主变内部异常、断路器弹簧未储能、保护装置异常为例：
<IASRule>
<item id="0001" type="异常" validTime="10" judgeTime="0" count="1">
<description>主变轻瓦斯动作</ description >
<baseSignalType>主变轻瓦斯</ baseSignalType >
<conclusion>主变内部异常，请联系相关人员维护主变。</ conclusion >
</item>
<item name="0002" type="延时" validTime="0" judgeTime="60" count="1">
<description>断路器弹簧未储能持续告警，60秒未复归</ description >
<baseSignalType>断路器弹簧未储能</ baseSignalType >
<conclusion>断路器弹簧未储能，请联系相关人员维护断路器。</ conclusion >
</item>
<item name="0003" type="抖动" validTime="10" judgeTime="7200" count="3">
<description>保护装置异常2小时内动作3次</ description >
<baseSignalType>保护装置异常</ baseSignalType >
<conclusion>保护装置异常抖动，请联系相关人员维护断路器。</ conclusion >
</item>
</IASRule>
从实际测试和试运行情况分析，单一推理也可概括为异常监视、延时告警、抖动监视。“异常监视”就是二次告警，是把一些重要的异常信号（如主变轻瓦斯）检出并再次告警，提示运行人员注意。“延时告警”是对应延时复归而未正常复归告警信号（如开关弹簧未储能）的监视。而“抖动监视”，实际上是对频发告警信号的监视。
3.2关联推理规则
有关联的告警事件信息推理出综合的事件结果，如：间隔内的事故总动作、开关分闸可以推理出开关事故跳闸；间隔内的事故总动作、开关分闸、重合闸动作、开关合闸，此时推理结果为瞬时故障。
推理公式：A1+A2+A3+…+ An=>B
An表示告警对象的状态，可以是出现未出现等，该表达式不仅仅表示“与”。
3.2.1关联推理规则定义原则
关联推理规则定义可依据如下原则：
1）每条规则最多包含2个元素组；
2）每个元素组最多可包含8个元素；
3）每个元素组中，元素之间只能是“and”或者“or”的关系；
4）元素可以设置“not”逻辑，其含义是没有匹配not元素的告警信息；
5）元素格式为{空间特征.故障属性#动作属性}。
3.2.2关联推理规则导出格式
以某10kV线路间隔跳闸为例，其CSV（字符分隔值）格式，如表5：
XML（可扩展标记语言）格式如下：
<IAFRule>
<description> 10kV线路事故跳闸，无重合闸信息</description>
<!--number为1，表示只含一个元素组；为2，表示表达式有2个元素组-->
<!--operator为and，表示两个元素组之间是“与”；为or，表示两个元素组之间是“或”-->
<logic number="2"，operator="and">
<!--operator为or，表示组内元素之间是“或”-->
<group opreator="or">
<element>
<level>间隔</level> <!--空间属性-->
<type>10kV线路电流保护</type> <!--基本信号类型-->
<value>动作<value> <!--动作属性-->
<not>0</not> <!--1-非-->
</element>
<element>
<level>间隔</level> <!--空间属性-->
<type>10kV线路零序保护</type> <!--基本信号类型-->
<value>动作<value> <!--动作属性-->
<not>0</not> <!--1-非-->
</element>
<element>
<level>间隔</level> <!--空间属性-->
<type>10kV线路保护</type> <!--基本信号类型-->
<value>动作<value> <!--动作属性-->
<not>0</not> <!--1-非-->
</element>
<group>
<!--operator为and，表示组内元素之间是“与”-->
<group opreator="and">
<element>
<level>间隔</level> <!--空间属性-->
<type>开关</type> <!--基本信号类型-->
<value>分闸<value> <!--动作属性-->
<not>0</not> <!--1-非-->
</element>
<group>
</logic>
<advice>线路发生故障，请通知维护人员检查。</Advice>
</IAFRule>
实际运行中，关联推理诊断电网故障包括：直馈线路、联络线路、主变、母线故障等。智能告警对告警信息进行了更高更次的综合。
4 推理层构建
图2 推理机工作流程
Fig.2 Reasoning machine workflow
推理层的主要工作硬件是推理机，推理机是专家系统中基于知识的推理在计算机中的实现的部件，主要包括推理和控制二个方面，是知识系统中不可缺少的重要组成部分。主要执行两个任务：1）检验已有的事实和规则；2）确定推理路线，多次调用知识库中的知识，进行逻辑推理，最后得到问题的结论。
智能告警推理以电力调控自动化系统中发生告警为数据源，按预定义的规则模板推理出结果，并给出处理意见。构建告警对象库，以告警对象为最小单元，定义推理知识库；实时接收告警消息，与告警对象库进行匹配映射，根据知识库推理出符合规则的结果并展示。
推理机工作流程如图2所示：
推理机接收到实时告警信息开始工作，对告警信息进行解析判断，并与告警对象库进行映射，分析是否满足缓存规则中某一条件，如没有则分析是否存在符合的规则；在条件全部满足时及时推出结果信息。
推理机循环接收告警信息，重复上述步骤进行逻辑推理。
推理详细过程如下图所示：
图3 推理详细过程
Fig.3 Detailed reasoning process
实时处理告警消息，关于各阶段超时时间设置问题，目前在设计阶段，实际实现阶段可考虑灵活可修改。
5 推理结果展示
推理结果展示包括推理综合事件展示和推理详细信息展示两部分。
推理综合事件信息通过告警的形式发送至告警客户端，可以通过平台告警服务定义对应的告警行为动作。
推理详细信息展示在有需要时通过告警综合结果信息触发，独立界面展示推理过程中的详细信息。
图4 推理结果展示
Figure 4 Reasoning results presentation
6结语
（1）智能告警基于平台基础告警模块开发，与基础告警模块相比，智能告警新增单一、关联规则推理，且推理规则的定义功能开放。
（2）智能告警部署过程中主要风险在下装表和重启应用，必须遵循备机先做，测试完成后主机再做的规定，不放过任何一个错误，保证主调系统的正常运行。
（3）在运行过程中，智能告警在功能、性能上达到了电网调度运行的需要。智能告警的稳定运行，缓解了运行人员的监屏压力，提高了运行人员故障处理效率，为电网的安全、经济运行作出了一定的贡献。
参考文献：
[1]辛耀中，石俊杰，周京阳，等.智能电网调度控制系统现状与技术展望[[J].电力系统自动化，2015，39（1）：2-8.
Xin Yaozhon，Shi Junjie，Zhou Jingyang，et al.Technology development trends of smart grid dispatching and control systems[J].Automation of Electric Power Systems，2015，39（1）：2-8.
[2]唐升卫，刘菲黄，缙华.面向智能电网的负荷调度控制系统设计及应用[J].广东电力，2015，28（06）：47-52.
Tang Shengwei，Liu Fei，Jin Hua.Load scheduling control system design and application for smart power grid[J] Guangdong Electric Power，2015，28（06）：47-52.
[3]张伯明，孙宏斌，吴文传，等.智能电网控制中心技术的未来发展[J].电力系统自动化，2009，33（17）：21-28.
Zhang Boming，Sun Hongbin，Wu Wenchuan，et al.Future development of control center technologies for smart grid[J].Automation of Electric Power Systems，2009，33（17）：
21-28（in Chinese）.
[4]刘四聪，朱子坤.智能告警系统在地区调度系统的应用[J].广西电力，2012，35（6）：31-33
LIU Sicong，ZHU Zikun.Application of intelligent alarm system in regional dispatching system[ J].Uuangxi Electric Power，2012，35（6）：31-33.
[5]陈建民，韩学军，骆敬年，等.基于保护原理的智能告警系统[J].华东电力，2012，40（6）：984-986.
CHEN Jianmin，HAN Xuejun，LUO Jingnian，et al.Intelligent alarm system based on protection principle[J].EastChina Electric Power，2012，40（6）：984-986.
[6]王强，王超，刘远龙.青岛电网智能告警专家系统应用分析[J].能源技术经济，2011，23（6）：14-17.
WAND Qiang，WAND Chao，LIU Yuanlong.Application of intelligent alarm expert system in Qingdao power grid[J].Electric Power Technologic Economics，2011，23（6）：14-17.
[7]王尔玺，章渊，吴杰.上海电网调度智能告警应用研究[J].华东电力，2012，40（5）：779-782.
WAND Erxi，ZHANU Yuan，WU Jie.Application of intelligent alarm in Shanghai power grid dispatching[J].East China Electric Power，2012，40（5）：779-782.
[8]赵伟，白晓民，丁剑，等.基于协同式专家系统及多智能体技术的电网故障诊断方法[J].中国电机工程学报，2008，26（20）：1-8.
ZHAO Wei，BAI Xiaomin，DINU Jian，et al.A new fault diagnosis approach of power grid based on cooperative expert system and multi-agent technology[J].Proceedings of the CSEE，2008，26（20）：1-8.
[9]周曙，王晓茹，钱清泉.基于贝叶斯网的分布式电网故障诊断方法[J].电网技术，2010，34（9）：76-81.
ZHOU Shu，WAND Xiaoru，QIAN Qingquan.Bayesian networks based distributed fault diagnosis approach for power Grid[J].Power System Technology，2010，34（9）：76-81.
[10]郭文鑫，文福拴，廖志伟，等.计及保护和断路器误动与拒动的电力系统故障诊断解析模型[J]电力系统自动化，2009，33（24）.6-10.
GUO Wenxin，WEN Fushuan，LIAO Zhiwei，et al.An analyticmodel for power system fault diagnosis with malfunctions of protective relays and circuit breakers taken into account[J].Automation of Electric Power Systems，2009，33（24）：6-10.
[11]刘道兵，顾雪平，李海鹏.电网故障诊断的一种完全解析模型[J].中国电机工程学报，2011，31（34）：85-92.
LIU Daobing，UU Xueping，LI Haipeng.A complete analytic model for fault diagnosis of power systems[J].Proceedings of the CSEE，2011，31（34）：85-92.
[12]郭创新，游家训，彭明伟，等.基于面向元件神经网络与模糊积分融合技术的电网故障智能诊断[J].电工技术学报，2010，29（9）：183-190.
GUO Chuangxin，YOU Jiaxun，PENU Mingwei，et al.A fault Intelligent diagnosis approach based on element-oriented artificial neural networks and fuzzy integral fusion[J].Transactions of China Electrotechnical Society，2010，29（9）：183-190.
[13]杨健维，何正友，减天磊.基于方向性加权模糊Petri网的电网故障诊断方法[J].中国电机工程学报，2010，30（34）：42-49.
YANU Jianwei，HE Zhengyou，ZANU Tianlei.Power system fault diagnosis method based on directional weighted fuzzy Petri nets[J].Proceedings of the CSEE，2010，30（34）：42-49.
[14]刘莹，刘俊勇，张建明，等.电网调度中的智能告警分类[J].电力自动化设备，2009，12（3）：48-54.
LIU Ying，LIU Junyong，ZHANU Jianming，et al.
Classification of intelligent warning for power system dispatch[J].Electric Power Automation Equipment，2009，12（3）：48-54.
[15]孙世明，江伟，彭晖，等.地区电网智能告警系统的构建[J].南方电网技术，2011，6（6）：73-76.
SUN Shirring，JIANU Wei，PENU Hui，et al.Construction of the intelligent alarm system for regional power grids[J].China Southern Power Urid Technology，2011，6（6）：73-76.
[16]徐希，张剑，孙世明.地区电网智能调度辅助决策[J].电力系统自动化，2012，36（2）：111-115.
XU Xi，ZHANU Jian，SUN Shirring.Assistant decision-making system for intelligent dispatching in regional power grid[J].Automation of Electric Power Systems，2012，36（2）：111-115.
[17]边莉，边晨源.电网故障诊断的智能方法综述[J7.电力系统保护与控制，2014，42（3）：146-153.
BIAN Li，BIAN Chenyuan.Review on intelligence fault diagnosis in power networks[J].Power System Protection and Control，2014，42（3）：146-153.
作者简介：
林楠（1992-），女，本科，助理工程师，主要研究方向：
电力工程及其自动化，E-mail：502369247@qq.com；
赵筱菁（1987-），女，本科，电气工程师，主要研究方向：电力工程及其自动化。E-mail：649737769@qq.com；
纪长城（1969-），男，本科，高级技师，主要研究方向：电力工程及其自动化。E-mail：522783110@qq.com；
林贝斯（1984-），男，本科，电气工程师，主要研究方向：电力工程及其自动化。E-mail：79441395@qq.com；
文章创新点介绍：
智能告警推理机制能够将各种类型的告警信息综合利用，减小调度员告警处置的压力，保证电网的安全稳定运行。智能告警功能模块建设，可以实现对各种类型告警信息的整合，为运行人员提供有用的告警信息，提升运行人员告警处置效率以及对电网运行状态的整体感知能力。
本文对智能告警推理机制进行深入剖析，对告警模块进行深度开发。与基础告警模块相比，充分利用了告警新增单一、关联规则推理，且推理规则的定义功能向用户开放。整体上，对于调度、监控的日常工作起到了很好的参考作用，一定程度上提高了工作效率、降低了工作强度。
论文作者:林楠,赵筱菁,纪长城,林贝斯
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
标签：电网论文; 信息论文; 对象论文; 智能论文; 规则论文; 动作论文; 元素论文; 《电力设备》2018年第24期论文;