Petri網(wǎng)理論在電網(wǎng)故障診斷中的應(yīng)用分析

涂 敏

（國(guó)網(wǎng)四川省電力公司內(nèi)江供電公司，四川 內(nèi)江 641000）

0 引 言

德國(guó)科學(xué)家最早提出Petri網(wǎng)理論，通過(guò)描述物理過(guò)程和物理系統(tǒng)的組合網(wǎng)狀模型分析相應(yīng)的結(jié)構(gòu)。Petri網(wǎng)能將庫(kù)所、變遷、連接庫(kù)所和變遷的有向弧及初始標(biāo)識(shí)進(jìn)行協(xié)同處理，進(jìn)而建立動(dòng)態(tài)處理結(jié)構(gòu)。Petri網(wǎng)最重要的是能借助變遷過(guò)程完善規(guī)則，提升診斷效率。

1 Petri網(wǎng)理論概述

在繼電保護(hù)工作中，為了保證系統(tǒng)管理工作和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)模型的時(shí)效性，相關(guān)部門(mén)要積極建立繼電保護(hù)機(jī)制和故障信息處理系統(tǒng)。因此，合理應(yīng)用Petri網(wǎng)模型具有非常重要的意義。

1.1 Petri網(wǎng)理論內(nèi)涵

Petri網(wǎng)理論的內(nèi)涵有兩種說(shuō)法。

第一種是將Petri網(wǎng)理論設(shè)定為四元組PN=(P,T;F,M0)、P=(p1,p2,…,pm)、T=(t1,t2,…,tn)等。其中，P 表示庫(kù)所的有限集合，T表示變遷的有限集合，F(xiàn)表示流集。不同集合之間要形成相互關(guān)系，才能維護(hù)實(shí)際應(yīng)用效果，反映庫(kù)所和變遷之間的有效關(guān)系及基礎(chǔ)順序[1]。

第二種，標(biāo)識(shí)M0是m×1的維數(shù)組合，能形成對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)狀態(tài)，建立有效完整的模擬系統(tǒng)初始體系，保障建立后續(xù)完整的連接弧。需要注意，若從庫(kù)所P中對(duì)變遷后的T進(jìn)行連接弧處理，就要對(duì)輸入庫(kù)所的相關(guān)信息展開(kāi)深度約束和分析，記為O(t)=P，可利用具體的模型圖像將其集中表示。基于此，建立的連接庫(kù)所和變遷弧能有效完整地處理工序，保證相應(yīng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)集中控制和處理變遷過(guò)程[2]。

1.2 Petri網(wǎng)理論矩陣分析法

一般而言，Petri網(wǎng)的運(yùn)行結(jié)構(gòu)和變化方式能借助觸發(fā)形成對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)，利用擴(kuò)展模式描述和分析，即可完善關(guān)聯(lián)性和標(biāo)識(shí)處理效果。矩陣分析有一定的實(shí)效性，因此利用兩個(gè)矩陣對(duì)實(shí)際的Petri網(wǎng)流關(guān)系進(jìn)行描述，是目前較為有效的處理方式。

2 Petri網(wǎng)理論在電網(wǎng)故障診斷中的應(yīng)用

為了有效發(fā)揮Petri網(wǎng)的實(shí)際價(jià)值和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，需在電網(wǎng)診斷中合理應(yīng)用Petri網(wǎng)的抑制弧模型。Petri網(wǎng)是圖形化建模工具，結(jié)合矩陣運(yùn)算方式和基本原理，具體問(wèn)題具體分析，提高時(shí)效性和系統(tǒng)管理工作中相應(yīng)操作的合理性，并完成并發(fā)、異步以及循環(huán)工作，實(shí)現(xiàn)元件故障處理、保護(hù)動(dòng)作分析以及斷路器動(dòng)作故障控制的三位一體化處理機(jī)制，提升故障的處理效率和維護(hù)水平[3]。

2.1 建構(gòu)診斷故障標(biāo)準(zhǔn)

電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括故障元件、保護(hù)元件和斷路器動(dòng)作邏輯關(guān)系。要結(jié)合Petri網(wǎng)的診斷要求，綜合分析和判定具體電網(wǎng)故障模型邏輯推理過(guò)程，全面構(gòu)建故障診斷關(guān)鍵流程，確保優(yōu)化管理流程的完整。

第一，結(jié)合Petri網(wǎng)結(jié)構(gòu)和故障信息建立關(guān)聯(lián)矩陣C，得出Petri網(wǎng)的初始狀態(tài)，確保系統(tǒng)化求解系統(tǒng)變遷，完善狀態(tài)方程管理的水平，推導(dǎo)出Petri網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)情況，從而判定元件的故障。

第二，因?yàn)殡娋W(wǎng)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)離散結(jié)構(gòu)，所以故障診斷Petri網(wǎng)模型能保障故障管控工作的順利開(kāi)展，并將相關(guān)問(wèn)題論述為元件故障、保護(hù)動(dòng)作和斷路器動(dòng)作的協(xié)同處理機(jī)制，觸發(fā)過(guò)程可描述為Petri網(wǎng)模型。

2.2 建立Petri網(wǎng)模型體系

為了保證故障分析工作的合理性和完整度，應(yīng)結(jié)合Petri網(wǎng)的基本情況和參數(shù)結(jié)構(gòu)建立完整的模型。

第一，正向模擬故障。在正向故障模擬過(guò)程中，綜合分析庫(kù)所顯示的線路要點(diǎn)、母線結(jié)構(gòu)以及保護(hù)工作等，利用托肯分析具體結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，借助變遷過(guò)程分析和判定故障傳播情況，保證維護(hù)故障的管理過(guò)程，并利用抑止弧進(jìn)行主保護(hù)統(tǒng)籌處理，有效維護(hù)其優(yōu)先級(jí)應(yīng)用水平。圖1表示輸電線路模型，假設(shè)線路L出現(xiàn)了相應(yīng)的故障問(wèn)題，需通過(guò)建立抑止弧處理過(guò)程完善Petri網(wǎng)模型，發(fā)揮保護(hù)庫(kù)所的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。圖2表示安裝正向Petri網(wǎng)模型的輸電線路。

圖1 輸電線路

圖2 安裝正向Petri網(wǎng)模型的輸電線路

此外，需要注意：（1）若輸電線路要進(jìn)行主保護(hù)正常動(dòng)作，則要對(duì)躍遷過(guò)程進(jìn)行處理，因?yàn)樵趖1和t2被觸發(fā)后，整體托肯會(huì)轉(zhuǎn)移到R1和R2，繼而觸發(fā)t11和t21，此時(shí)的托肯會(huì)轉(zhuǎn)移到CB1和CB2，抑制弧就會(huì)阻止t31、t41、t51、t61的實(shí)時(shí)性出發(fā)，導(dǎo)致后備保護(hù)斷路器沒(méi)有相應(yīng)的動(dòng)作；（2）若主保護(hù)形成拒動(dòng)，則后備保護(hù)動(dòng)作開(kāi)始，t11不觸發(fā)，CB1沒(méi)有托肯，則t31能滿足觸發(fā)條件，后備保護(hù)斷路器動(dòng)作。

第二，建立反向故障診斷模型。在推導(dǎo)出具體故障發(fā)生機(jī)制后，結(jié)合實(shí)際情況建立完整的Petri網(wǎng)模型，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要求提升變遷方向的判定效率，依據(jù)Petri網(wǎng)描述體系的邏輯關(guān)系管控和處理基本模型，進(jìn)而描述出故障診斷中的邏輯推理層次，形成貼合實(shí)際需求的Petri網(wǎng)故障診斷機(jī)制。如圖3所示，H1、H2作為虛擬庫(kù)所，無(wú)意義；H1、t1、t3，H2、t2、t4存在或門(mén)關(guān)系；t3、R3、R4存在與門(mén)關(guān)系。需要注意，判斷結(jié)果時(shí)，R1和R2作為同一保護(hù)；推導(dǎo)求解時(shí)，R1和R2可以當(dāng)做兩個(gè)保護(hù)。該線路也可應(yīng)用于母線故障的輸電線路。

2.3 保護(hù)斷路器動(dòng)作評(píng)價(jià)

為了有效地集中管控和處理斷路器，可結(jié)合動(dòng)作評(píng)價(jià)管理模式建立系統(tǒng)化分析結(jié)構(gòu)。尤其是在故障元件診斷工作結(jié)束后，要結(jié)合穩(wěn)態(tài)Petri網(wǎng)模型建立有效的動(dòng)作評(píng)價(jià)機(jī)制。

圖3 安裝反向Petri網(wǎng)模型的輸電線路

第一，對(duì)故障元件穩(wěn)態(tài)Petri網(wǎng)模型進(jìn)行綜合判定，整合模型的主保護(hù)設(shè)備管理機(jī)制，分析沒(méi)有發(fā)生的托肯出現(xiàn)機(jī)制和轉(zhuǎn)移機(jī)制，優(yōu)化斷路器主保護(hù)拒動(dòng)效果，維護(hù)動(dòng)作信息的合理性，為后續(xù)保護(hù)動(dòng)作信息的全面落實(shí)奠定基礎(chǔ)。

第二，對(duì)已判定的故障元件穩(wěn)態(tài)Petri網(wǎng)模型進(jìn)行分析。因元件模型的后備保護(hù)裝置屬于斷路器庫(kù)所中的托肯元素，可將斷路器作為元件保護(hù)建模的故障診斷依據(jù)，判定誤動(dòng)作的基本情況，提升具體問(wèn)題具體分析的時(shí)效性。

3 結(jié) 論

在電力系統(tǒng)不斷發(fā)展的背景下，電力故障分析具有重要的意義。發(fā)揮多元化故障分析工作的時(shí)效價(jià)值，可提升供電質(zhì)量和可靠性，提升故障分析的快速性和準(zhǔn)確性，提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性，促進(jìn)電力系統(tǒng)管理工作的可持續(xù)發(fā)展。