近年来，随着电力行业的快速发展，其信息化 程度越来越高。变电站的信息量不断增长，异常信 号也随之增多，在众多的异常信号中，必须及时甄 别出主要的异常信号，才有利于故障的及时发现和 处理。通常，变电站监控系统的信息除了常规的四 遥信息外，还有大量的设备状态等，传统的监控系 统可将这些信息在分类、分级等方面做优化^[1]，但不 能对频繁发生越限告警的遥测信息和调试传动时上传的大量遥信信息进行关联分析，造成调度员无 法及时、准确对电网运行情况进行分析和掌控，影 响电网的安全稳定运行。

为满足电网运行管理安全可靠的需求，设计了 基于闭环逻辑的关联告警分析系统，除采用传统的 分类、分级优化等方法外，还对告警源的告警进行 频率分析和关联分析，通过告警频率分析结果对告 警源中频繁发生越限告警的遥测点自动修正限值， 通过关联分析结果对告警源中的告警级别进行自 动修改，从而形成将告警分析作用于告警源的2个 闭环逻辑，实现对告警源的告警限值和级别的自动 修正，达到突出重要告警、屏蔽次要告警的目的。 应用该系统可以帮助调度员及时定位故障，节省故 障处理时间，达到提高电网调度安全性和可靠性的 目的。 1 系统的总体设计

基于闭环逻辑的综合关联告警系统由多个功 能模块组成，主要包括信息预处理、告警存储、告警 频率分析和告警关联分析，如图 1所示。

图 1(Figure 1)

图 1 关联告警系统模块组成图

系统从SCADA系统中获取实时信息，首先对告 警源数据进行预处理，初步过滤不必要或误报的信 息并生成告警，再通过告警定义表判断告警处理方 式，对其进行分类、分级和过滤，将过滤后的告警存 储并进行告警频率分析和告警关联分析^{[2, 3, 4]}。

闭环逻辑主要体现在对限值的自动修正和对 告警级别的自动修改两方面。告警频率分析模块 利用告警频率分析结果对限值进行自动修正；告警 关联分析模块通过关联分析结果对告警级别进行 修改，从而突出重要告警。这两个模块的反馈使得 系统在逻辑上形成两个闭环，实现了限值的自动修 正和告警级别的自动修改的功能，从而在告警源中滤出次要告警，突出重要告警。 2 告警频率分析

告警频率分析是利用存储的告警数据，按小时 定时统计告警的频率，从而帮助调度员分析电网设 备的运行状况。

针对在统计时间段内有告警的遥测点，系统按 告警原因计算该遥测点在统计时间内告警的次数， 最终计算出不同的告警原因在该时间段内的告警 频率。告警频率统计计算公式如下：

N_i—告警原因为i的告警频数，次；

N—总告警频数，次。

告警频率分析模块运行时，首先扫描数据库， 统计不同告警原因的告警频数，然后按公式（1）计 算出其告警频率。对所有的告警均计算频率，系统 按照降序排列，将最终的排序结果写入文件并输出 到显示器。这样，调度员能够及时发现告警频率过 高的告警及其告警原因，检查电网设备的运行状 况。此外，为了实现限值的自动修正，需要将频率 大于10%的统计结果反馈给信息预处理模块。 3 告警关联分析 3.1 基于数据挖掘的告警关联分析

将数据挖掘技术引入关联分析中，目的是通过 数据挖掘发现告警关联关系，从而从大量告警中找 出重要告警，忽略次要告警^{[5, 6]}。通过关联分析找出 告警根源后，还要将关联分析结果反馈到信息预处 理模块更改告警优先级，从而达到过滤的目的。 3.2 关联规则的基本概念

（1）项集（Itemset）。由项构成的集合，包含k 个项，则称为k项集。频繁项集是在数据集中出现 频率相当高的项集，项集出现频率的阈值使用支持 度（Support）来定义^[7]。

（2）支持度（Support）。指项集出现的频率， MiN_imum_Support表示最小支持度^[7]。

（3）概率（置信度，Probability）。指事务集中包 含X的同时也包含Y的百分比，是条件概率P（Y|X）， MiN_imum_Probability表示最小置信度^[7]。 3.3 告警关联分析模型

结合目前EMS系统告警分析系统模型和综合关联告警系统需求，建立了一个基于数据挖掘的关 联分析模型^[8]，如图 2所示。

图 2(Figure 2)

图 2 告警关联分析模型

其工作原理如下：首先从告警数据库中获取告 警数据，将数据转化为能够进行关联分析的数据格 式，之后对数据进行关联分析，最后将关联分析结 果转化成信息预处理模块能够接受的数据，信息预 处理模块根据关联分析结果，更改告警库中的告警 级别，从而达到突出重要告警的目的。

告警关联分析模型包括以下几部分：

（1）数据处理。数据处理主要完成告警数据 的压缩和数据格式的转换功能。数据库中告警数 据不能直接用于数据挖掘，需要根据告警属性值选 择关联分析需要的数据，剔除冗余数据。此外，系 统采用的数据挖掘输入数据格式是事务型数据库， 而告警存储采用的是关系型数据库，数据处理模块 必须将关系型数据库存储的告警通过编码转换为 事务型数据库的数据格式^[9]。

（2）关联规则挖掘。该模块利用AprioriTid算 法对输入的统一格式的数据表进行关联规则挖掘， 然后输出关联规则^[9]。

AprioriTid算法的核心思想是：通过频繁k项集 Lk的自连接生成k+1项候选集C_k+1，然后扫描k阶的 TID表C_k ，统计C_k+1中各k+1项集的支持度，把支持 度小于用户设定的最小支持度的候选删除，得到频 繁k+1项集L_k+1。算法执行到C_k+1为空集时结束。

AprioriTid算法的伪代码描述如下：

Input：Transaction Database D（事务数据库D）；minsup

（最小支持度）

Output：L（频繁项集）

Main procedure：

C₁={D}；

L₁=Find_frequent_itemsets（C₁）；//产生频繁项集

for （k=2;L_k-1≠ø；k++）

{

C_k=apriori_gen（L_k-1）;//产生候选k项集

C_k =ø; //初始化为空

for every transaction t∈ C_k-1 //扫描 C_k-1表

{

C_t ={c∈ C_k | C₁C₂…C_k-1&&C₁C₂…C_k-2C_k};

for every c∈C_t

{

c.count++; //支持度计数

if（C_t!=ø）then C_k+=<t.TID,Ct>;

}

}

L_k={c∈C_k|c.count≥support} //提取频繁k项集

}

return L=∪L_t;//提取所有的频繁项集

关系型数据库中存储的告警数据经过编码转 化得到事务表alarm_routine，并将最小支持度和最 小置信度分别设为10和5%，之后采用AprioriTid算 法对事务表alarm_routine进行挖掘，最后输出告警 关联规则结果。

（3）后处理。后处理模块需要对照编码表将 关联规则的分析结果转换成易于理解的数据格式， 反馈给信息预处理模块。 4 闭环逻辑设置 4.1 自动修正限值

告警频率分析模块将结果反馈到信息预处理 模块中，使系统在逻辑上形成1个自动修正限值的 闭环，从而实现了系统对越限告警相对频繁的遥测 点告警限值的自动调整，达到了利用闭环逻辑对告 警源过滤的目的。

在实时库中，每个遥测点都被设置了告警限 值，根据告警限值的大小可以分为高限值告警、高 高限值告警、低限值告警和低低限值告警。为了实 现限值的自动修正，告警频率分析模块规定，每小 时的告警频率大于20%且告警级别为D或者E的告 警，在实时库中将进行限值修改。

由于高高限值、低限值和低低限值的修改方法 与高限值的方法类似，所以这里仅对高限值的修改 进行分析。高限值的修改方法是读取该告警一小 时内超过高限值的所有告警监控值，取其平均值作 为新的高限值，其算法流程如图 3所示。

图 3(Figure 3)

图 3 自动修改限值流程图

关联规则的分析结果经过关联分析模块的后 处理转换后，其结果将会反馈给信息预处理模块， 这样系统在逻辑上就形成另一个闭环，在功能上突 出重要告警。

信息预处理模块主要依据告警关联分析结果 中的置信度和支持度对告警级别进行调整。例如，关联规则结果中置信度P（B|A）>50%，即A告警如果 发生，那么B告警发生的概率在50%以上，说明A告 警很可能直接或间接导致B告警的发生，此时就要 根据编码表提供A告警的级别，以提示监控调度员 警惕；如果某个告警规则的支持度在1%及以上，说 明这类告警发生概率很高，需要提高告警级别；而 对于那些支持度和置信度不是很高且告警级别可 以更改的告警，就降低其告警级别。 5 系统应用

目前，该系统已经应用在包头电网调控一体化 系统中，其体系结构如图 4所示。图 5为包头供电 局调控一体化系统主画面，红框所示为报警关联分 析入口，包头电网调控一体化系统中的告警服务系 统实现了告警关联分析和自动限值修正。

图 4(Figure 4)

图 4 综合告警系统体系结构图

图 5(Figure 5)

图 5 调控一体化系统主页面

例如：在系统的运行过程中，采集引发事故跳 闸的保护信号作为样本，生成事务表alarm_routine。经运算，满足支持数大于10、置信度不低于5%的频繁k项集如图 6—8所示。

图 6(Figure 6)

图 6 频繁1-项集

图 7(Figure 7)

图 7 频繁2-项集

图 8(Figure 8)

图 8 频繁3-项集

经过计算后的关联规则中置信度大于50%的告 警信息见表 1所列。

表 1(Table 1)

表 1 置信度计算结果列表

表 1 置信度计算结果列表

根据计算结果的输出如图 9所示。可见，提示 调度员重点关注的信号：断路器重合闸动作、断路 器瞬时速断保护动作、断路器重合闸动作、保护动 作、弹簧未储能、断路器瞬时速断保护动作、断路器 重合闸动作信号；同时当断路器弹簧未储能与断路器瞬时速断保护动作、断路器弹簧未储能与断路器 重合闸动作、断路器瞬时速断保护动作与断路器重 合闸动作同时发生时也应注意，上述信号可能是导 致事故跳闸的根本原因。

图 9(Figure 9)

图 9 输出结果

基于闭环逻辑的综合关联告警系统将闭环逻 辑引入到智能电力告警系统中，在告警产生的源头 初步屏蔽了次要告警，突出重要告警。通过对告警 频率的分析实现了对于频繁报警的遥测点告警限 值的自动修改；此外，系统采用基于数据挖掘方法 对告警信息进行综合关联分析，能够及时更改告警 的优先级，突出重要告警，从而提高调度员发现问 题的精准性。系统能够推测故障范围，帮助调度员 及时定位故障、节省故障处理时间，达到提高电网 调度安全性和可靠性的目的。

综合关联告警系统已成功应用于包头地区电 网调控一体化系统中，为调度员进行电网运行管理 提供了准确可靠的信息分析工具。当系统出现异 常告警信号时，调度员能够在最短的时间内查找到 重要的告警信号，快速定位故障位置，为故障的及 时处理提供了信息基础，为地区电网和设备的安全 运行提供了保障。