一种基于知识图谱的电网故障溯源方法、电子设备及存储介质与流程

本技术涉及电力系统运行数据的智能处理，特别是涉及一种基于知识图谱的电网故障溯源方法、电子设备及存储介质。

背景技术：

1、电网发生故障时，调度主站会在短时间内集中收到来自多个厂站的告警，包括保护装置的启动、动作与复归信号，断路器的变位信号，以及电压、负荷的越限告警。故障溯源要从这批告警中确定引发故障的根源设备、故障类型和故障演化过程，为处置和恢复供电提供依据。

2、目前的故障诊断方式主要有三类。第一类是基于专家规则或知识图谱模式匹配的方式，即把典型故障的告警组合预先整理成规则或整理成图谱中的模式，在线将收到的告警集合与预置模式比对，命中即输出对应的故障结论。这种方式下，告警存在漏报或误报时，比对条件被破坏，会出现匹配失败或者错误命中；告警到达主站的顺序与实际发生顺序不一致时，得出的结论可能与实际相反；电网检修、倒闸操作后，原有模式与实际接线不再对应，需要人工持续维护；对于未预置的故障形态则没有输出能力。

3、第二类是基于解析模型的优化诊断方式，即为保护和断路器建立动作与否的期望模型，在假设的故障位置集合中寻找与实际动作情况最一致的解。这种方式只利用动作与否的开关量信息，相邻设备故障时经常给出多解或者错解；还需要人工为不同信号设定代价参数，参数难以整定；多重故障时假设的组合数急剧增长，在线求解的时间不可控。

4、第三类是数据驱动的方式，包括神经网络、贝叶斯网络等，即用历史故障样本训练从告警到故障结论的映射模型。这种方式下，电网大故障的样本稀少，训练样本不足；电网接线方式或保护定值调整后，已训练的模型不再适用，需要重新收集样本训练；模型的输出缺少可核查的推理过程，调度人员难以据此下达处置指令；告警漏报、误报同样会影响其输出。

5、此外，上述各类方式均依赖厂站上送的告警时标。实际运行中，部分厂站的时标含有数百毫秒甚至秒级的偏差，对此各类方式均没有处理手段，只能整体弃用受影响厂站的告警。

技术实现思路

1、本技术实施例的目的在于提供一种基于知识图谱的电网故障溯源方法、电子设备及存储介质，以解决在告警到达顺序不可靠、时标含有厂站级偏差、存在漏报和误报、电网接线随运行方式和故障过程变化的条件下，难以快速、准确地确定根源设备，且判定过程难以核查的问题。具体技术方案如下：

2、第一方面，本技术实施例提供了一种基于知识图谱的电网故障溯源方法，所述方法包括：

3、构建电网故障溯源知识图谱，其中，保护装置节点经覆盖边指向其保护范围内的一次设备节点，所述覆盖边记载有整定延时，所述保护装置节点记载有固有动作时间，断路器节点记载有分闸时间，信号节点与发出对应信号的所述保护装置节点或所述断路器节点相关联；

4、接收厂站上送的告警报文，将各告警报文匹配至所述电网故障溯源知识图谱中对应的信号节点，得到告警事件，所述告警事件至少记载对应的信号节点、站内时标和所属厂站；

5、根据各告警事件的站内时标界定故障窗，在所述电网故障溯源知识图谱上确定包含各告警事件对应一次设备的故障域；将所述故障窗内发生的开关变位从当前开关状态中按发生顺序的逆序撤销，得到故障前拓扑；将所述故障域内在所述故障前拓扑下带电的一次设备作为候选设备；

6、对每一候选设备，假设其为故障源，根据所述电网故障溯源知识图谱查询各告警事件的理论响应时延，所述理论响应时延为故障发生时刻至对应信号发出时刻的时间差，至少由所述整定延时、所述固有动作时间以及所述分闸时间中与该信号对应的项累加得到；

7、以所述故障发生时刻为未知量，对具有所述理论响应时延的各告警事件，由其站内时标与对应理论响应时延构造残差，求解使各残差整体最小的故障发生时刻估计值，并至少根据求解后的各残差计算该候选设备的评分；

8、将评分最优的候选设备判定为根源设备，输出溯源结果，所述溯源结果包括所述根源设备与所述故障发生时刻估计值。

9、在一种可能的实现方式中，所述覆盖边还记载有段别，主保护段的整定延时取零，后备保护段的整定延时取整定单记载的整定值；所述保护装置节点还记载有返回时间，所述信号节点还记载有与其信号种类对应的附加时延；

10、所述查询各告警事件的理论响应时延，包括：对保护动作类信号，由所述整定延时与所述固有动作时间累加得到所述理论响应时延；对断路器变位类信号，还累加对应断路器的所述分闸时间；对保护启动类信号，还累加所述附加时延；对保护复归类信号，由该候选设备的理论切除时刻与所述返回时间累加得到所述理论响应时延，其中，所述理论切除时刻为该候选设备各电源侧断路器变位理论响应时延中的最大值。

11、在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：根据厂站的对时状态和/或其告警事件的站内时标与主站接收时刻之差，将厂站划分为可信站与非可信站；

12、所述构造残差，包括：对所述可信站的告警事件，由其站内时标与对应的理论响应时延构造以所述故障发生时刻为未知量的绝对残差；对所述非可信站的告警事件，在同一厂站内选取一告警事件作为基准，由其余告警事件与该基准的站内时标之差减去二者理论响应时延之差构造差分残差，使该厂站的时标偏差在作差中相消；

13、还根据所述非可信站各告警事件的站内时标、对应的理论响应时延与求解得到的所述故障发生时刻估计值，估计各非可信站的时标偏差，所述溯源结果还包括所述时标偏差。

14、在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：为各告警事件设置参与残差构造与求解的基础权重，所述基础权重取自该告警事件的信号节点记载的可信度，每一信号节点各自记载其可信度，所述可信度根据该信号节点在历史案例中被判定为吻合的次数与被判定为野值的次数统计得到，其中，所述野值指残差超出预设范围的告警事件；

15、所述求解使各残差整体最小的故障发生时刻估计值，包括：以各基础权重为初始权重，迭代执行以下步骤：在当前权重下更新所述故障发生时刻估计值，并更新各残差；对残差超过稳健门限的告警事件，按其残差超出所述稳健门限的程度压低该告警事件的权重；直至所述故障发生时刻估计值收敛或迭代达到预设轮次；所述评分至少根据加权后的各残差计算。

16、在一种可能的实现方式中，所述计算该候选设备的评分，包括：将加权残差水平、不可解释告警事件的加权占比以及必要信号缺失率按预设系数加权求和，得到该候选设备的评分；

17、其中，所述加权残差水平为各残差按其权重累计并经归一化得到的值；既无所述理论响应时延、又不满足预设的图上关联条件的告警事件，记为对该候选设备不可解释，所述不可解释告警事件的加权占比，为对该候选设备不可解释的各告警事件的基础权重之和占所述故障域内全部告警事件的基础权重之和的比例；

18、所述必要信号缺失率根据必要信号集中未观测到对应告警事件的信号所占的比重确定，所述必要信号集至少包括假设该候选设备故障时预期最先动作的主保护动作信号及对应的断路器变位信号；对于所述必要信号集之外与该候选设备存在覆盖关联的信号，未观测到对应告警事件时不计入缺失。

19、在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：判定出所述根源设备后，将残差处于解释窗内的告警事件、以及虽无所述理论响应时延但与该根源设备满足所述预设的图上关联条件的告警事件，划入该根源设备的解释集合，并将所述解释集合中的告警事件从参与溯源的告警事件中移除，其中，所述解释窗为按所述稳健门限的预设倍数确定的残差范围；

20、当剩余告警事件按各自基础权重累计的支撑度达到支撑度门限、且剥离轮次未达到预设上限时，以剩余告警事件重新确定故障域与候选设备，重复所述理论响应时延的查询、残差的构造与求解以及所述根源设备的判定，得到下一根源设备，否则终止剥离；终止时未被任何根源设备的解释集合包含的告警事件，列入疑似误报清单，所述溯源结果还包括所述疑似误报清单。

21、在一种可能的实现方式中，所述电网故障溯源知识图谱还包括故障模式节点，所述故障模式节点记载适用的设备类别及表征信号集合；

22、所述方法还包括：将所述根源设备的解释集合中各告警事件的信号构成，与该根源设备的设备类别所适用的各故障模式节点记载的表征信号集合比对，将符合度最高的故障模式判定为故障类型；将所述解释集合中各告警事件按理论时刻排序，生成故障演化链，其中，所述理论时刻为所述故障发生时刻估计值与对应理论响应时延之和，所述故障演化链逐条记载各告警事件的理论时刻、站内时标与残差；所述溯源结果还包括所述故障类型与所述故障演化链。

23、在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：所述溯源结果经确认后，在所述根源设备的解释集合中选取其信号节点的所述可信度不低于预设筛选门限的告警事件，根据该告警事件的站内时标与所述故障发生时刻估计值之差确定实测响应时延；

24、对同一信号节点，当累计的确认案例数达到预设案例数、且所述实测响应时延与所述电网故障溯源知识图谱中对应记载的时延值之差不超过预设更新门限时，按平滑系数将该时延值向所述实测响应时延修正；根据本次溯源中各告警事件被判定为吻合或野值的结果，更新对应信号节点的吻合次数与野值次数，刷新所述可信度；修正后的时延值与刷新后的可信度用于后续溯源。

25、第二方面，本技术实施例提供一种电子设备，包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以实现上述第一方面所述的基于知识图谱的电网故障溯源方法。

26、第三方面，本技术实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现上述第一方面所述的基于知识图谱的电网故障溯源方法。

27、第四方面，本技术实施例还提供一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述第一方面所述的基于知识图谱的电网故障溯源方法。

28、本技术实施例至少具有如下有益效果：

29、本技术把保护整定级差、装置固有动作时间、断路器分闸时间等台账参数，以覆盖关系及其上的响应时延属性存入知识图谱，并将故障溯源转化为以故障发生时刻为未知量的时延反演，即逐候选设备计算各告警事件的理论响应时延，用其与实际站内时标的残差衡量假设的吻合程度，取综合评分最优者为根源设备，其有益效果在于：溯源只用到各时标之间的数值差关系而不用其到达顺序，通道延时造成的乱序不再引起误判；漏报的告警只是少一项残差，误报的告警与各候选设备均不吻合而落入不可解释项，两者都不阻断溯源，判定对不完备的告警集合稳健；主保护拒动、断路器失灵引起的越级跳闸表现为后备保护信号按其整定延时出现，反演按后备时延同样能够吻合，不需要为该场景单独建模；并且所需的整定延时、固有动作时间、分闸时间均为整定单和台账已有的记载数据，不需要新增测量装置。此外，保护启动类与保护复归类信号按启动覆盖边、越限告警类信号按量测边与候选设备建立关联，其有益效果在于动作类信号之外的各类告警同样能够转化为可比较的时序项或者解释项，单起案例可用的判定信息随之增加。

30、本技术以告警事件所对应的设备为种子设备诱导故障域，并把故障窗内的开关变位按逆序撤销得到故障前拓扑，在该拓扑下枚举候选设备、计算理论响应时延，其有益效果在于：候选枚举与时延计算得以在故障前实际带电的接线上进行，倒闸、检修等运行方式的变化不需要人工维护匹配模式，故障窗之前的检修停运状态也不会被误恢复为运行；单轮计算量与故障域内的设备台数及告警条数成正比而与全网规模无关，互不连通的故障域还可分组并行执行。其中，双母线接线下母差保护对各间隔的覆盖按故障前拓扑实例化，3/2断路器接线下共用断路器的变位信号对其两侧元件均可算出理论响应时延，电源侧断路器集合由图搜索确定，其有益效果在于各类主接线可以共用同一套查询与计算逻辑，不需要为不同接线形式分别设置规则。

31、本技术将厂站按对时状态及站内时标与主站接收时刻之差划分为可信站与非可信站，并对非可信站的告警改用同站作差构造差分残差，其有益效果在于：厂站级的时标偏差在作差中相消，此类告警既不污染反演又不必整体弃用，秒级钟差下的判定结果与无钟差时一致；反演还能一并给出各非可信站的时标偏差估计，为对时缺陷的检修提供线索。

32、本技术以信号节点各自统计的可信度作为基础权重，并在求解中按残差大小迭代再加权，其有益效果在于：可信度的粒度到具体信号点而非信号种类，单条大偏差告警的权重被自动压低，操作机构卡滞等随机偏差以及信号点反复误发造成的野值都不再拉偏故障发生时刻的估计值，正确候选与错误候选之间的评分差距得以保持。本技术进一步将候选设备的评分构成为加权残差水平、不可解释告警的加权占比与必要信号缺失率三部分，并剔除可解释时序支撑不足的候选、输出判定结果的置信裕度，其有益效果在于：解释得少但凑巧吻合的错误候选不会被排到正确候选之前，判定结果的可靠程度也可以量化表征。

33、本技术在判定出一个根源设备后剥离其解释集合、以剩余告警继续溯源，并按信号点可信度加权累计的支撑度作为剥离的终止判据，其有益效果在于：近时间段内的多重故障可以逐一检出，而可信度低的零散误报凑不满门限，不会被拼成虚假的根源；始终未被解释的告警以疑似误报清单输出，可转设备检修流程核查。

34、本技术将解释集合的信号构成与故障模式节点的表征信号集合比对以判定故障类型，并将各告警事件按理论时刻排序生成故障演化链，其有益效果在于：溯源结果除根源设备外还给出故障类型与故障演化过程，报告逐条列出每条告警的理论时刻、实际时标、残差与解释归属，判定过程可核查，能够直接支撑处置指令的下达。

35、本技术在案例经确认后按实测响应时延回写修正知识图谱记载的时延值，并按吻合与野值的判定结果刷新信号点可信度，其有益效果在于：修正与刷新的结果又作为后续反演的输入，反演、确认、回写构成闭环，吻合精度和权重质量随案例累积而提高，整定单调整未同步、装置老化漂移、信号点新增缺陷等情形均可被逐步吸收，不需要离线重新训练。

36、当然，实施本技术的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。