Petri網理論在電網故障診斷中的應用分析

涂 敏

（國網四川省電力公司內江供電公司，四川 內江 641000）

0 引 言

德國科學家最早提出Petri網理論，通過描述物理過程和物理系統的組合網狀模型分析相應的結構。Petri網能將庫所、變遷、連接庫所和變遷的有向弧及初始標識進行協同處理，進而建立動態處理結構。Petri網最重要的是能借助變遷過程完善規則，提升診斷效率。

1 Petri網理論概述

在繼電保護工作中，為了保證系統管理工作和數據通信網絡模型的時效性，相關部門要積極建立繼電保護機制和故障信息處理系統。因此，合理應用Petri網模型具有非常重要的意義。

1.1 Petri網理論內涵

Petri網理論的內涵有兩種說法。

第一種是將Petri網理論設定為四元組PN=(P,T;F,M0)、P=(p1,p2,…,pm)、T=(t1,t2,…,tn)等。其中，P 表示庫所的有限集合，T表示變遷的有限集合，F表示流集。不同集合之間要形成相互關系，才能維護實際應用效果，反映庫所和變遷之間的有效關系及基礎順序[1]。

第二種，標識M0是m×1的維數組合，能形成對應的系統狀態，建立有效完整的模擬系統初始體系，保障建立后續完整的連接弧。需要注意，若從庫所P中對變遷后的T進行連接弧處理，就要對輸入庫所的相關信息展開深度約束和分析，記為O(t)=P，可利用具體的模型圖像將其集中表示。基于此，建立的連接庫所和變遷弧能有效完整地處理工序，保證相應的拓撲結構集中控制和處理變遷過程[2]。

1.2 Petri網理論矩陣分析法

一般而言，Petri網的運行結構和變化方式能借助觸發形成對應的結構，利用擴展模式描述和分析，即可完善關聯性和標識處理效果。矩陣分析有一定的實效性，因此利用兩個矩陣對實際的Petri網流關系進行描述，是目前較為有效的處理方式。

2 Petri網理論在電網故障診斷中的應用

為了有效發揮Petri網的實際價值和應用優勢，需在電網診斷中合理應用Petri網的抑制弧模型。Petri網是圖形化建模工具，結合矩陣運算方式和基本原理，具體問題具體分析，提高時效性和系統管理工作中相應操作的合理性，并完成并發、異步以及循環工作，實現元件故障處理、保護動作分析以及斷路器動作故障控制的三位一體化處理機制，提升故障的處理效率和維護水平[3]。

2.1 建構診斷故障標準

電網拓撲結構包括故障元件、保護元件和斷路器動作邏輯關系。要結合Petri網的診斷要求，綜合分析和判定具體電網故障模型邏輯推理過程，全面構建故障診斷關鍵流程，確保優化管理流程的完整。

第一，結合Petri網結構和故障信息建立關聯矩陣C，得出Petri網的初始狀態，確保系統化求解系統變遷，完善狀態方程管理的水平，推導出Petri網的穩態情況，從而判定元件的故障。

第二，因為電網在運行過程中會出現動態離散結構，所以故障診斷Petri網模型能保障故障管控工作的順利開展，并將相關問題論述為元件故障、保護動作和斷路器動作的協同處理機制，觸發過程可描述為Petri網模型。

2.2 建立Petri網模型體系

為了保證故障分析工作的合理性和完整度，應結合Petri網的基本情況和參數結構建立完整的模型。

第一，正向模擬故障。在正向故障模擬過程中，綜合分析庫所顯示的線路要點、母線結構以及保護工作等，利用托肯分析具體結構的工作狀態，借助變遷過程分析和判定故障傳播情況，保證維護故障的管理過程，并利用抑止弧進行主保護統籌處理，有效維護其優先級應用水平。圖1表示輸電線路模型，假設線路L出現了相應的故障問題，需通過建立抑止弧處理過程完善Petri網模型，發揮保護庫所的實際應用價值。圖2表示安裝正向Petri網模型的輸電線路。

圖1 輸電線路

圖2 安裝正向Petri網模型的輸電線路

此外，需要注意：（1）若輸電線路要進行主保護正常動作，則要對躍遷過程進行處理，因為在t1和t2被觸發后，整體托肯會轉移到R1和R2，繼而觸發t11和t21，此時的托肯會轉移到CB1和CB2，抑制弧就會阻止t31、t41、t51、t61的實時性出發，導致后備保護斷路器沒有相應的動作；（2）若主保護形成拒動，則后備保護動作開始，t11不觸發，CB1沒有托肯，則t31能滿足觸發條件，后備保護斷路器動作。

第二，建立反向故障診斷模型。在推導出具體故障發生機制后，結合實際情況建立完整的Petri網模型，根據網絡結構要求提升變遷方向的判定效率，依據Petri網描述體系的邏輯關系管控和處理基本模型，進而描述出故障診斷中的邏輯推理層次，形成貼合實際需求的Petri網故障診斷機制。如圖3所示，H1、H2作為虛擬庫所，無意義；H1、t1、t3，H2、t2、t4存在或門關系；t3、R3、R4存在與門關系。需要注意，判斷結果時，R1和R2作為同一保護；推導求解時，R1和R2可以當做兩個保護。該線路也可應用于母線故障的輸電線路。

2.3 保護斷路器動作評價

為了有效地集中管控和處理斷路器，可結合動作評價管理模式建立系統化分析結構。尤其是在故障元件診斷工作結束后，要結合穩態Petri網模型建立有效的動作評價機制。

圖3 安裝反向Petri網模型的輸電線路

第一，對故障元件穩態Petri網模型進行綜合判定，整合模型的主保護設備管理機制，分析沒有發生的托肯出現機制和轉移機制，優化斷路器主保護拒動效果，維護動作信息的合理性，為后續保護動作信息的全面落實奠定基礎。

第二，對已判定的故障元件穩態Petri網模型進行分析。因元件模型的后備保護裝置屬于斷路器庫所中的托肯元素，可將斷路器作為元件保護建模的故障診斷依據，判定誤動作的基本情況，提升具體問題具體分析的時效性。

3 結 論

在電力系統不斷發展的背景下，電力故障分析具有重要的意義。發揮多元化故障分析工作的時效價值，可提升供電質量和可靠性，提升故障分析的快速性和準確性，提高電網運行的安全性，促進電力系統管理工作的可持續發展。