一種基于Petri網的電網故障診斷方法

潘明九　王穎　蘭洲　王蕾

摘要：電力系統發生故障時，其相應的保護以及斷路器動作跳閘，根據這些動作信息，通過廣度優先搜索法找出故障發生區域，然后對該區域內的可疑元件進行Petri網建模，再利用Visual Object Net ++軟件進行故障診斷。實驗表明，該方法能夠通過保護和斷路器的狀態準確找出故障元件。

Abstract： When the power system fails， its corresponding protection and circuit breaker will trip. According to these action information， the fault occurrence area is found by the breadth-first search method， and then the suspected components in the area are modeled. Then Visual Object Net++ software is used for troubleshooting. Experiments show that the method can accurately identify the faulty component through the state of protection and circuit breaker.

關鍵詞：故障診斷；廣度優先搜索法；Petri網；Visual Object Net ++軟件

Key words： fault diagnosis；breadth-first search method；Petri net；Visual Object Net ++ software

中圖分類號：TM711 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）32-0177-02

0 引言

故障診斷一般根據保護以及斷路器的狀態來定位故障元件從而實現隔離。對于電力系統的故障診斷通常都是運行人員在調度中心進行，保護和斷路器的相應報警信息由電網故障數據采集監控系統提供，調度人員通過長時間所積累的經驗結合保護的動作邏輯來定位故障元件。然而，隨著電網自動化水平不斷提高，在電網故障瞬間，海量故障報警信息會通過數據采集監控系統進入調度端，在這樣的情況下，要調度人員根據以往的經驗提取出故障的有用信息來確定故障的位置是非常困難。如何快速準確地定位故障組件，幫助操作員在第一時間排除故障，使電力系統迅速恢復到正常運行狀態，愈加重要[1-3]。

Petri網在建模的過程中將電網系統圖形化，它以電網系統間各要素的邏輯關系為紐帶，將電網的動態變化用矩陣計算以及有向圖形狀態變化表示，最后可以把系統的邏輯推理過程用具有特殊含義的圖形來體現[4-6]，并可以將該過程用數學推理的過程來驗證。由于故障診斷是基于動作的產生邏輯，故障源是根據檢測到的各類信息來定位的，所以Petri網能清楚地表述該過程。所以，本文結合故障診斷和Petri網特點，利用Petri網體現故障診斷整個動態過程，實現故障分析。

1 Petri模型

在進行故障診斷的Petri網建模時，由于需要對電網中的元件、斷路器以及保護之間的關系進行描述[7]，所以要進行四種庫所類型的定義：

①保護庫所，用于存儲監控裝置收集到的保護信息；②斷路器庫所，用于存儲監控裝置收集的斷路器信息；③虛擬庫所，一種臨時產生的中間過渡庫所，在動態演變時產生，并無實際物理意義；④元件庫所，是最終的輸出庫所，用于判斷元件的故障與否。在進行Petri網故障診斷時，若最終元件庫所中有令牌因子存在，那么證明這一元件發生故障；若元件中無托肯，則表明該元件正常。

下面以圖1為例闡述原理。

1.1 故障診斷前的Petri網模型

在圖2所示的局部電力系統當中，若線路L1發生故障，在只考慮主保護的情況下對L1進行Petri網的建模分析。若監測系統檢測到保護L1Sm、L1Rm動作，斷路器CB1、CB3跳閘，依照上述條件可搭建如圖2所示的診斷前Petri網模型[8-10]。

1.2 故障診斷后的Petri網模型

在該模型當中，P1（L1Sm）、P3（L1Rm）是上述①中介紹的線路L1兩個的主保護庫所；P2（CB1）、P4（CB2）是上述②中所介紹的斷路器庫所；P5、P6則為上述③中所介紹的虛擬庫所；P7（L1）為上述④中介紹的電網元件庫所。

庫所中的實心小黑點則表示托肯，在圖3的模型當中，由于保護L1Sm、L1Rm動作，斷路器CB1、CB3跳閘，所以對相應的庫所賦予了托肯，表示有動作信息產生。將庫中的所有托肯信息以矩陣形式寫出，以獲得Petri網初始標記M0，在本例中可得的初始標記M0=[1 1 1 1 0 0 0]T，其中第1列到第7列分別表示P1到P7，內部含有托肯的庫所記為1，內部無托肯的則記為0。

將該模型下的Petri網進行動態演變，進行故障診斷后的Petri網模型如圖3所示。

2 實驗驗證

以某電網局部網絡圖為例來驗證Petri網應用于電網故障診斷。如圖4所示，該網絡中含有7條母線、8條輸電線路以及16個斷路器開關。

在四種案例下對Petri網的故障診斷模型進行仿真分析。

案例1：假設在線監測系統檢測到保護L1Rm、L3Rs動作，斷路器CB3、CB5跳閘。

案例2：假設在線監測系統檢測到保護L1Rs、L3Rs動作，斷路器CB3、CB5跳閘。

案例3：保護L2Sm、L2Rm動作，斷路器CB4、CB8動作跳閘。

案例4：保護L1Rm動作、斷路器CB2、CB3動作跳閘。

3 結果與分析

通過四個案例在不同保護和斷路器的動作信息下利用Petri網對可疑故障元件建模仿真后，能準確地找出故障元件的所在，同時用數學推理對仿真進行了驗證，證明了方法的準確性。最后結合故障信息對各類保護動作進行了評價，找出了拒動的保護和斷路器。

4 結論

將電網故障診斷與數學上的Petri網理論結合到一起，提出一種基于Petri網的電網故障診斷方法。首先根據保護和斷路器的動作信息，結合廣度優先搜索法找到故障發生的區域，然后對故障區域內的可疑元件進行Petri網的建模，本文還利用了一種可用來對建立的Petri網進行仿真的軟件，Visual Object Net ++，通過該軟件可直接仿真得到診斷結果。本文還通過嚴密的數學推理方式對仿真的結果推理驗證，證明了Petri網用于故障診斷具有非常高的可行性。

參考文獻：

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