基于概率Petri網的繼電保護消缺方法

（國網山東省電力公司膠州市供電公司，山東青島市，266300）張一哲

繼電保護設備是保護電網穩定運行的重要裝置，若繼電保護設備出現問題則會引發電網的安全故障。為提高繼電保護消缺能力，本文將以概率Petei網為基礎構建針對繼電保護設備的消缺模型和判斷矩陣，明確影響繼電保護設備正常運行的影響因子，并尋求保障最小信息量丟失條件下的消缺方法，以期為相關人員或單位提供參考幫助。

1 電網繼電保護設備的消缺方法研究

1.1 概率Petri網模型

因在電網中存在大量影響判斷的不確定數據信息，所以需在原Petri網中融合概率理念[1]，即設電網系統的概率Petri網可用8元組的方式給予表達，則：

上式中：f代表電網下繼電保護運行時有向弧產生的概率關聯函數；P代表電網系統庫下節點存在的全部有限狀態集；T代表電網下變遷節點存在的全部有限狀態集；I代表電網系統庫節點至變遷節點之間的輸入弧集合；O代表變遷節點至庫節點之間的輸出弧集合；α代表電網系統庫得到標識的概率關聯函數；β代表電網系統變遷后觸發的概率關聯函數；M0代表電網系統下所有庫標識得到的概率關聯函數初始集合。

結合上述公司可獲得電網系統的概率Petri網模型動態變化過程，即：

上式中，E代表電網下繼電保護出現故障時的特征關聯矩陣；u代表電網下繼電保護設備工作狀態下的有向弧權重。

在上述分析中引入層次分析法豐富關聯矩陣，由此形成以各層運行管理結構間相對重要性的量化過程體系[2]。

1.2 繼電保護自適應消缺方法

為驗證概率Petri網模型的消缺能力，將設nd為電網停電影響供電設備的數目；nr為受停電影響的繼電保護設備數；ne為電網系統出現停電故障前受停電影響供電設備相關的繼電保護數。獲取電網系統下線路故障和繼電保護動作的概率，融合最小信息量的遺失目標函數構建電網下繼電保護消缺的優化模型[4]，即：

上式中：H為電網下繼電保護故障的假說；D為受停電故障影響下供電設備狀態向量；R為電網繼電保護設備動作狀態的向量；C為電網下繼電保護設備工作狀態下斷路器的跳閘狀態向量；R′、C′分別代表R、C對應的電網繼電保護設備實際報警信息的向量。

結合電網下繼電保護設備運行時的信息量損失，可將其損失分為電網繼電保護的信道與信源信息量的損失，即：

上式中：LlossS1代表電網下設備故障時產生的信源信息量損失；LlossS2代表電網下設備故障且繼電保護處于工作狀態下信源信息量的損失；LlossC為電網下繼電保護工作狀態下信道2產生的信息量損失。

若認為電網下所有的供電裝置均出現故障，且繼電保護設備未啟動狀態作為信息量損失條件的基準事件，同時電網下設備出現故障時，斷路器與繼電保護設備的誤動與拒動，以及電網系統下警報器間的誤、漏報問題之間相互獨立。則在對電網下繼電保護過程信息損失量進行運算時，可分別計算出電網下所有供電設備、斷路器、繼電保護裝置以及警報器的信息量損失，從而獲得電網故障時的整體信息量損失。計算表達式為：

上式中：Yi為電網系統的輸入向量；Zi為電網系統的輸出向量；b0為電網下繼電保護裝置信息量損失的基準狀態；LlossS1,Di為電網下繼電保護裝置在決策結果為D*時，受到Di引發的信源信息量損失；Di為第i個供電設備；X為輸入向量；LlossS2,Ri(Ci)為電網下繼電保護裝置決策結果為bk時，X決策結果為D*時，且已知第i-1個斷路器的實際情況下，受到電網下繼電保護設備Ri和斷路器Ci引發的信源信息量損失；LlossCr′i,(c′i)為電網下繼電保護裝置決策結果為bk時，且i-1第個警報設備信息明確的前提下，受電網系統繼電保護的警報虛假信息r′i，(c′i)造成的信道信息量損失。

通過對上述計算進行求和的方式得到電網下繼電保護設備工作狀態的總信息量損失，并將其數據信息處于最小狀態時的決策方案代入電網下繼電保護裝置消缺活動當中。求和式為：

2 仿真分析

使用某電力企業的實測數據和UCI標準數據集作為仿真測試數據，并采用PCA故障檢測法（A）和基于云環境的分布式檢測法（B）作為對照設計仿真對比試驗[4-6]。并將原始數據分為兩份，其中的70%作為模型的訓練數據集，其余30%作為本次仿真試驗的測試數據集，每組試驗均重復100次，并取均值作為最終的結果。以電網系統故障識別準確度為評價指標，則：

上式中：Q2為識別后得到電網下繼電保護裝置的故障總數；Q1為得到消缺后電網下繼電保護的故障數。

3 結語

綜上所述，本文通過引入概率分析理念的方式優化Petri網，并以此構建概率Petri網模型，實現對電網下繼電保護裝置的高質量消缺。借助概率Petri網模型能夠有效解決電網系統產生不確定數據信息影響消缺判斷的問題，具有較高的邏輯處理能力和信息保留能力，可適應多種條件下電網的繼電保護消缺工作。