基于概率Petri網(wǎng)的繼電保護消缺方法

（國網(wǎng)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(wǎng)穩(wěn)定運行的重要裝置，若繼電保護設備出現(xiàn)問題則會引發(fā)電網(wǎng)的安全故障。為提高繼電保護消缺能力，本文將以概率Petei網(wǎng)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(wǎng)繼電保護設備的消缺方法研究

1.1 概率Petri網(wǎng)模型

因在電網(wǎng)中存在大量影響判斷的不確定數(shù)據(jù)信息，所以需在原Petri網(wǎng)中融合概率理念[1]，即設電網(wǎng)系統(tǒng)的概率Petri網(wǎng)可用8元組的方式給予表達，則：

上式中：f代表電網(wǎng)下繼電保護運行時有向弧產(chǎn)生的概率關聯(lián)函數(shù)；P代表電網(wǎng)系統(tǒng)庫下節(jié)點存在的全部有限狀態(tài)集；T代表電網(wǎng)下變遷節(jié)點存在的全部有限狀態(tài)集；I代表電網(wǎng)系統(tǒng)庫節(jié)點至變遷節(jié)點之間的輸入弧集合；O代表變遷節(jié)點至庫節(jié)點之間的輸出弧集合；α代表電網(wǎng)系統(tǒng)庫得到標識的概率關聯(lián)函數(shù)；β代表電網(wǎng)系統(tǒng)變遷后觸發(fā)的概率關聯(lián)函數(shù)；M0代表電網(wǎng)系統(tǒng)下所有庫標識得到的概率關聯(lián)函數(shù)初始集合。

結合上述公司可獲得電網(wǎng)系統(tǒng)的概率Petri網(wǎng)模型動態(tài)變化過程，即：

上式中，E代表電網(wǎng)下繼電保護出現(xiàn)故障時的特征關聯(lián)矩陣；u代表電網(wǎng)下繼電保護設備工作狀態(tài)下的有向弧權重。

在上述分析中引入層次分析法豐富關聯(lián)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(wǎng)模型的消缺能力，將設nd為電網(wǎng)停電影響供電設備的數(shù)目；nr為受停電影響的繼電保護設備數(shù)；ne為電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)停電故障前受停電影響供電設備相關的繼電保護數(shù)。獲取電網(wǎng)系統(tǒng)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(shù)構建電網(wǎng)下繼電保護消缺的優(yōu)化模型[4]，即：

上式中：H為電網(wǎng)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(tài)向量；R為電網(wǎng)繼電保護設備動作狀態(tài)的向量；C為電網(wǎng)下繼電保護設備工作狀態(tài)下斷路器的跳閘狀態(tài)向量；R′、C′分別代表R、C對應的電網(wǎng)繼電保護設備實際報警信息的向量。

結合電網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)下設備故障時產(chǎn)生的信源信息量損失；LlossS2代表電網(wǎng)下設備故障且繼電保護處于工作狀態(tài)下信源信息量的損失；LlossC為電網(wǎng)下繼電保護工作狀態(tài)下信道2產(chǎn)生的信息量損失。

若認為電網(wǎng)下所有的供電裝置均出現(xiàn)故障，且繼電保護設備未啟動狀態(tài)作為信息量損失條件的基準事件，同時電網(wǎng)下設備出現(xiàn)故障時，斷路器與繼電保護設備的誤動與拒動，以及電網(wǎng)系統(tǒng)下警報器間的誤、漏報問題之間相互獨立。則在對電網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)故障時的整體信息量損失。計算表達式為：

上式中：Yi為電網(wǎng)系統(tǒng)的輸入向量；Zi為電網(wǎng)系統(tǒng)的輸出向量；b0為電網(wǎng)下繼電保護裝置信息量損失的基準狀態(tài)；LlossS1,Di為電網(wǎng)下繼電保護裝置在決策結果為D*時，受到Di引發(fā)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(wǎng)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(wǎng)下繼電保護設備Ri和斷路器Ci引發(fā)的信源信息量損失；LlossCr′i,(c′i)為電網(wǎng)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(wǎng)系統(tǒng)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(wǎng)下繼電保護設備工作狀態(tài)的總信息量損失，并將其數(shù)據(jù)信息處于最小狀態(tài)時的決策方案代入電網(wǎng)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(yè)的實測數(shù)據(jù)和UCI標準數(shù)據(jù)集作為仿真測試數(shù)據(jù)，并采用PCA故障檢測法（A）和基于云環(huán)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(shù)據(jù)分為兩份，其中的70%作為模型的訓練數(shù)據(jù)集，其余30%作為本次仿真試驗的測試數(shù)據(jù)集，每組試驗均重復100次，并取均值作為最終的結果。以電網(wǎng)系統(tǒng)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(wǎng)下繼電保護裝置的故障總數(shù)；Q1為得到消缺后電網(wǎng)下繼電保護的故障數(shù)。

3 結語

綜上所述，本文通過引入概率分析理念的方式優(yōu)化Petri網(wǎng)，并以此構建概率Petri網(wǎng)模型，實現(xiàn)對電網(wǎng)下繼電保護裝置的高質量消缺。借助概率Petri網(wǎng)模型能夠有效解決電網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生不確定數(shù)據(jù)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(wǎng)的繼電保護消缺工作。