基于Aho—Corasiek算法的监控信息自动梳理规范

辛翠芹

摘要：随着国家电网大运行，无人值守变电站的日益增多，监控信息的量急剧增长，对监控信息的质量提出更高要求。为了方便目前调度控制中心接收和处理变电站监控信号工作，本文将针对监控信号本身，借助Aho-Corasiek算法来实现对监控信息的自动梳理规范，与标准信息关联，从而实现对现有监控信息规范化的过程。通过采用以上方法，实现迅速准确的对监控信息完成自动梳理规范工作。

Abstract： With the State Grid operation， the number of unattended substations is increasing， the amount of monitoring information increases dramatically， and the quality of monitoring information is put forward higher requirements. In order to facilitate the current dispatch and control center to receive and deal with the substation monitoring signal work， this paper will be for the monitoring signal itself， with Aho-Corasiek algorithm to achieve the monitoring information on the automatic carding norms， and standard information associated with the existing monitoring information to achieve standardization process. Through the use of the above method， it can achieve rapid and accurate monitoring of information on the completion of automatic carding normative work.

關键词：监控信息；信息规范；自动梳理；专家库

Key words： monitoring information；information specification；automatic carding；expert library

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）18-0096-04

0 引言

随着国家电网大运行体系的建设，调控一体化成为最核心、最重要的环节，设备监控管理专业要发挥电网设备健康运行状态监控的重要作用。随着集中监控变电站数量的剧增，对上送的监控告警信息进行规范分析统计成为监控人员日常的监控、分析、判断的重要数据支撑，有利于对设备运行状态的监控和评估。集中监控以后，海量的监控信息汇集到调度控制中心，导致有时会出现通道拥挤，遥信迟缓上传的情况，信息分析、处理量大，使得监控人员无所适从，阻碍了监控人员对电网事故作出快速判断。为此，监控信息的规范化、信息的梳理、分析、处理是减轻监控人员劳动强度，顺利保证实现调控一体化的重要保障。

1 监控信息现状分析

1.1 各地、不同站之间，上送的信号不统一不规范

各地变电站的信息点表一般是由设计院或者检修公司来进行编制。在变电站投运改造初期，没有考虑在集中监控后的信息规范问题，造成不同厂家、不同型号的设备信息描述不统一，同一类设备在同站不同间隔中，设备、站端信号不统一，给监控人员快速识别事故种类及危险程度造成了不必要的麻烦。

1.2 监控信息漏传情况在各地不同程度存在

一个调控中心面对数百个变电站，每天收到的监控信息数以万计，在电网发生故障时，信息量过大，有时会造成通道拥挤，遥信迟缓上传，容易造成信息遗漏及故障误判。

1.3 监控信息表编制工作量大、效率低

上送到监控主站的信号没有经过统计、分析、筛选、信息量过大单日信号量达万级，设备监控专业、自动化专业的运行人员压力较大，容易出错，效率比较低，如此恶性循环，势必对电网安全带来隐患。

1.4 在运站信号梳理人工进行，无系统支持

监控信息表的编制及审核缺乏技术支持平台，基本为纯手工编制人工审核，完全依靠人工经验判别，出错概率大，造成对监控信息的梳理和优化不够彻底，管控不够严谨，影响监控信息的数据质量。

综上我们得出结论：解决对海量监控信息进行有效梳理规范这个难题，能直接提升调度运行人员的工作效率，并对电网的安全运行起到至关重要的作用。

2 变电站监控信息

2.1 变电站监控信息分类

监控信息按电气设备类型分为开关信息、主变信息、母线信息、线路信息、电容器信息、电抗器信息、公用设备信息等。

监控信息按重要程度分为五类：

①事故：电网故障、设备故障等，引起开关跳闸（包含非人工操作的跳闸）、保护及安控装置动作出口跳合闸的信息以及影响全站安全运行的其他信息。②异常：反映设备运行异常情况的报警信息和影响设备遥控操作的信息，直接威胁电网安全与设备运行的重要信息。③越限：反映重要遥测量超出报警上下限区间的信息。④变位：特指开关类设备状态（分、合闸）改变的信息。⑤告知：反映电网设备运行情况、状态监测的一般信息。

电网监控信息是监控人员掌握变电站设备运行状况的重要手段，主要包括事故总、各类保护动作、开关变位、一二次设备异常、自动化通信设备异常、电压/电流/主变油温越限、消防、操作伴生、主变档位等。对监控信息进行分类，确定告警方式，便于监控员快速定位和准确排除故障。

2.2 变电站监控信号规范

由于各类厂家对告警信息命名不一致，导致同类信息描述不同，按照一定原则对调控机构集中监控的变电站一次、二次以及辅助设备的进行了规定，统一信息名称、数量，明确信息内容、含义，使其明确、简洁，以下以遥信信号举例：

①断路器、隔离开关、接地刀闸位置信号描述：合/分；②一般告警信号描述：告警/复归；③保护功能信息描述：闭锁/解锁；④保护信号描述：动作/复归；⑤弹簧机构信息描述：未储能/储能；⑥测控远方就地把手位置信号描述：就地/远方；⑦保护压板状态信号描述：投入/退出；⑧控制回路信息描述：断线/恢复；⑨控制电源类信息描述：消失/恢复；⑩测控装置防误信号描述：解除/投入；？輥？輯？訛通信状态行为属性描述：中断/恢复；等等。

2.3 变电站监控信号命名

①同一变电站内的信息描述命名不重复；②所有名称均采用规范命名，如“压力降低禁止重合闸”、“压力低重合闸闭锁”，“风冷电源故障”、“风扇故障报警”、“风扇电机故障报警”等，依据调度命名的习惯及规定进行统一；③断路器、隔离开关统一规范命名为开关、刀闸，电流互感器、电压互感器统一规范命名为CT、PT。

3 监控信息专家库

专家库建立省地一体的集中监控标准信号库以及信号对应的信号释义库，并建立两者之间的关联关系，实现对频发、多发、误发、漏发的告警信息进行自动统计与缺陷处置。对设备异常、故障情况下的相关设备告警信息、保护动作信息、开关变位信息等建立专家推理分析模型，实现监控异常信号原因分析并提供处置建议。

3.1 标准的监控信息库

标准信号库涵盖了分设备类型、分电压等级、分间隔类型、分原理，不同厂家、不同型号一、二次设备的监控信息，实现监控信息的标准化管理、统一维护和全局共享。对变电站典型间隔、间隔内典型设备、间隔固有信号、设备固有信号等一般性规则进行了预定义，方便使用的时候直接调用，降低人工维护工作量。

3.2 监控信息释义

专家库对每类事故、异常监控信息与释义相关信息建立一一对应的关聯关系，即定义好每个信息所属的信息类型及其对应的含义、原因和处置原则，共整合了700多套信号释义，涵盖了目前电网中可能会发出的所有监控信号情况。举例如下：

当收到“××断路器SF6气压低告警”信号，则自动给出对应的监控信息专家库释义、原因分析、造成后果、处置原则等。

信息释义：监视断路器本体SF6压力数值，反映断路器内部绝缘情况。由于SF6压力降低，压力继电器动作。

原因分析（可结合历史同类情况经验给出更精准的原因）：

①断路器可能有泄漏点，压力降低到告警值；

②压力继电器可能损坏；

③回路故障；

④根据SF6压力温度曲线，温度变化对应的SF6压力值变化。

造成后果：如果SF6压力继续降低，造成断路器分合闸闭锁，如果当时与本断路器有关设备故障，则断路器拒动，断路器失灵保护动作，扩大事故范围。（可结合电网拓扑及运行方式给出具体的影响范围）

处置原则：

调度员：做好事故预想，安排电网运行方式，下达调度指令。（可提供历史处置方案参考）

监控值班员：通知运维单位，加强运行监控，做好相关准备，并根据相关运行规程处理。

①了解SF6压力值；

②了解现场处置的基本情况和处置原则；

③根据处置方式制定相应的监控措施，及时掌握N-1后设备运行情况。

运维单位：现场检查，采取现场处置措施，并及时向调度和监控人员汇报。

现场运维一般处理原则：

①检查现场压力表，检查信号报出是否正确，是否有漏气。

②如果检查没有漏气，是由于运行正常压力降低，或者温度变化引起压力变化造成，则由专业人员带电补气。

③如果有漏气现象，SF6压力未闭锁，应采取断开断路器控制电源、断路器机构储能电源的措施，并立即上报调度，同时制定隔离措施和方案。

④如果是压力（密度）继电器或回路故障造成误发信号应对回路及继电器进行检查，及时消除故障。

4 基于Aho-Corasiek算法的自动梳理规范

4.1 Aho-Corasiek算法

Aho-Corasick算法简称AC算法，是一种多模式匹配算法。AC算法在1975年产生于贝尔实验室，是基于Trie树且是KMP模式算法的扩展。

AC算法的核心思想是通过找模式串内部规律，生成一个字典树，达到在每次失配时的高效跳转，来避免回溯。

AC定义：

首先构造一个模式树，然后对模式树进行扩展，得到AC自动机，AC自动机M是一个六元组：

M=（Q，∑，g，f，qo，p）

其中：

①Q是有限状态集（模式树上的所有节点）。

②∑是有限的字符集。

③g是转移函数。

④f是失效函数，不匹配时自动机的状态转移。

⑤qo∈Q是初态（根节点，标识符为0）。

⑥p是终态集（以模式为标签的节点集）。

Aho-Corasick算法主要是利用已构成的有限自动机进行多个模式串的一次性扫描来匹配出所有的模式串，下面对有限状态机做几点说明：

构造failure表

failure表的作用是在goto表进行匹配时，如果与当前节点匹配失败后去失败指针指向的节点继续匹配的依据。首先引入状态深度的概念，状态s的深度depth（s）定义为在goto表中从起始状态0到状态s的最短路径长度。如goto表中状态1和3的深度为1。

failure表的构造是一个广度优先搜索的过程，过程中需要不断对状态Trie树进行遍历。

①若depth（s）=1，则f（s）=0；

②假设对于depth（r）

③对于深度为d的状态s：

1）若g（r，a）=fail，对于所有的a，则不转移；（注：a为字符，g为状态转移函数）；

2）否则，对于a使得g（r，a）=s，则如下步骤：

a、使state=f（r）；

b、重复步骤state=f（state），直到g（state，a）！=fail。（注意对于任意的a，状态0的g（0，a）！=fail）；

c、使f（s）=g（state，a）。

由于专家库里标准信号库跟信号释义库建立好了一整套的关联关系，现可基于Aho-Corasiek算法直接对上收信号来匹配其对应的标准信号，自动完成杂乱信号的梳理规范工作，同时根据关联的信号释义，给出事故、异常发生的原因及处理措施，极大地减少了监控人员的工作量。

4.2 自动梳理规范

专家库提供全站自动梳理规范跟按间隔自动梳理规范两种功能，可由监控人员自己选择采用哪种方式进行梳理规范。专家库可自动识别出监控信息的电压等级、所属间隔、间隔类型等信息，然后根据这些信息从标准信号库里匹配出相应的标准信号列表，再通过Aho-Corasiek算法匹配出一一对应的标准信号关系，自动完成对监控信号的梳理规范。例如：“220kV平天线保护A PCS-931GM-D TV断线”，可自动识别出电压等级为220kV，所属间隔为平天线，间隔类型为线路间隔，根据Aho-Corasiek算法，模式串集合：{“220kV”，”平天线”，”保护”，”TV断线”}可识别出其对应的标准信号为“220kV平天线保护TV断线”。全站信号匹配度可高达95%，正确率99.99%。

4.3 手工梳理规范

虽然根据Aho-Corasiek算法大部分监控信息可以直接完成自动梳理规范，但毕竟还有些一小部分特殊情况存在，针对这些监控信息，专家库系统提供手动梳理规范功能，专家库根据信息的所属间隔、设备类型等可截取的相关内容与标准信号库进行对应，然后提供出一个标准信号与监控信息的信号相似度列表来供监控人员手工完成梳理规范工作，并自学习该手动经验，以后再遇到類似状况可自动完成梳理规范。

梳理规范工作完成后，专家库可生成一份监控信息的与标准信号库的差异统计跟梳理规范结果，供监控人员后期对变电站的改扩建时做参考。

5 结束语

在电网调控一体化模式下，变电站集中监控导致的监控信息量过大，人工分析存在较大的风险而且效率低下，通过以上方法可以对监控信息自动梳理优化，整理出标准可用的监控信息，方便运行人员准确快速高效的分析判断事故、异常，从而减轻运行人员的工作压力及劳动强度，满足监控安全运行及电网发展的需要。

参考文献：

[1]吴晓燕.一体化监控信号管理在电力系统监控中的应用[J]. 科技资讯，2014，32：70.

[2]张琳.提升无人值守变电站监控质量探析[J].科技视界，2015（04）：328.

[3]王玉强，李广渊，宋江山，孟磊，董利忠，柏峰，王忠权.变电站监控信号的设计与优化[J].华北电力技术，2015（05）：51-55.

[4]陆承宇，阮黎翔，杜奇伟，丁峰，吴栋萁，郑翔.智能变电站远动信息快速校核方法[J].电力系统保护与控制，2015（11）：128-133.

[5]邢钰姣.基于电力系统调控一体化的监控信号管理探讨[J]. 电子制作，2015（11）：151.

[6]董勤伟.变电站集中监控告警信号在线处理专家系统[D].东南大学，2006.

[7]邵晓原，彭全.电网运行监控信号系统的分析[J].农村电气化，2013（06）：48-49.

[8]林英，陆颖铨.变电站集中监控信号优化方案探究[J].中国新技术新产品，2014（16）：40-41.

[9]吴伟维.调控一体化模式变电站遥信信号的采集与处理[J]. 信息通信，2016（07）：306-307.