基于時延Petri網(wǎng)的故障報警信息糾錯處理方法

張瀛+張旗

摘 要：本文針對電力系統(tǒng)故障診斷問題的特點，基于時延Petri網(wǎng)的電力系統(tǒng)故障診斷模型，提出了電力系統(tǒng)故障報警信息的時序一致性識別算法和不完備信息狀態(tài)估計推理方法，并選取典型算例進行了驗證。結(jié)果表明，本文所提出的報警信息糾錯處理方法，能夠有效的剔除報警信息中的錯誤信息并補全丟失的信息，提高故障診斷的可靠性。

關(guān)鍵詞：故障診斷；Petri網(wǎng)技術(shù)；故障報警；信息糾錯

中圖分類號：TP18 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）04-0122-03

現(xiàn)有的故障診斷系統(tǒng)普遍具有信息不確定性，主要表現(xiàn)在：SCADA/EMS采集的各站（廠）的實時數(shù)據(jù)規(guī)模也越來越大，造成不確定信息產(chǎn)生的可能性越大；當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護或開關(guān)會出現(xiàn)誤動、拒動以及信息傳輸中數(shù)據(jù)的丟失等錯誤，這些因素會導(dǎo)致信息的不確定性。

針對以上情況，本文應(yīng)用元件保護配置時延Petri網(wǎng)，對報警信息進行時序一致性識別、和不完備信息狀態(tài)估計，濾除錯誤信息，補全丟失的信息，提高故障診斷系統(tǒng)的容錯能力[1]。

1 時間/時延Petri網(wǎng)

1.1 基本 Petri 網(wǎng)的定義

Petri網(wǎng)是用來表征系統(tǒng)狀態(tài)以及狀態(tài)間轉(zhuǎn)移關(guān)系的一種網(wǎng)圖。一個基本Petri網(wǎng)的結(jié)構(gòu)PNS是一個四元組PNS=。P={p1，p2，…，pn}（n≥0）是庫所節(jié)點的有限集合；T={t1，t2，…，tm}（m≥0）是變遷節(jié)點的有限集合；庫所集合和變遷集合不相交，即P∩T=Φ。I：T→P∞為輸入函數(shù)，O：P∞→T為輸出函數(shù)，輸入函數(shù)和輸出函數(shù)分別描述庫所和變遷之間的連接函數(shù)關(guān)系[2]。

1.2 時間/時延Petri網(wǎng)

以時間為主變量的Petri網(wǎng)模型目前主要有兩種，一種模塊要求每種變遷變化都有一個時間主變量，并要求變量具有延時特性，并要求每一個變遷主變量都存在延時特性，另外這種特性一旦觸發(fā)能立即引起延時。另外一種模型對變遷變化的時間主變量限定一定時間范圍，在時間范圍內(nèi)外，其模塊可以連續(xù)運行[3]。

2 開關(guān)保護信息的糾錯模型建立及推理

報警信息糾錯處理過程分為以下幾步：

第一，設(shè)計形成電力設(shè)備緩時Petri網(wǎng)模型；

第二，對出現(xiàn)問題的元件具有一定判別特性；

第三，對發(fā)現(xiàn)的預(yù)警數(shù)據(jù)進行模擬計算，自動填補缺失數(shù)據(jù)。

2.1 繼電保護原理介紹

電力系統(tǒng)出現(xiàn)問題后主要需要解決的控制單元有電路網(wǎng)線、變壓裝置和主線；電力線路保護主要有電流保護、距離保護和光纖保護三種實現(xiàn)類型，以下分析僅從三段式來研究。圖1中線路Ll和L2的繼電保護具有3階段模式保護，以L1左端保護L1Sm、L1Sp和L1Ss來分析，其中L1Sm是主保護；L1Sp是第一后備保護；L1Ss是第二后備保護。這種3階段模式保護發(fā)生后都會激發(fā)CB1。主線保護主要有兩種類型：這種保護主要起到保護主線，通過電流大小變化和電路比定義變化起到保護作用。

圖1繼電保護模型中B1m是主線保護，當電路出現(xiàn)問題，主線保護氣會引發(fā)CB1和CB3斷開，起到保護的作用。

變壓器主要有3種類型：電流、電壓及差動法。

如圖1中繼電保護模型為兩種，其中一種覆蓋范圍為變壓器，而另外一種模型的覆蓋范圍為變壓器和變壓器相連的電力元件。

2.2 電力保護Petri網(wǎng)模形成研究

為了簡化研究模型，本文只考慮保護裝置動作時間上的排序關(guān)系，不考慮時間間隔要求。具體內(nèi)容為：

（1）定義時間延緩電力保護Petri網(wǎng)模的庫所集和變遷集。在時間延緩電力保護Petri網(wǎng)模中，定義電力元件、保護系統(tǒng)和開關(guān)裝置為庫所集。0和1分別表示元件節(jié)點處于“正?！焙汀肮收稀睜顟B(tài)。繼電保護節(jié)點是由元件狀態(tài)影響的保護組成，0和1分別表示繼電保護節(jié)點處于“不動作”和“動作”狀態(tài)。開關(guān)節(jié)點是繼電保護控制的開關(guān)組成，0和1分別表示開關(guān)節(jié)點處于有“不動作”和“動作”狀態(tài)。

（2）根據(jù)繼電保護原理建立元件保護配置時延Petri網(wǎng)模型。以圖1中元件L1為例，建立其繼電保護信息圖，如圖2所示。

根據(jù)圖2建立元件Ll的的保護配置時延Petri網(wǎng)模型，如圖3所示。

2.3 故障信息的相同識別

信息的時序相同識別，就是在故障信息中篩選出符合某一元件故障觸發(fā)動作時序保護機制的信息。

在電力系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)過程中，如果繼電系統(tǒng)沒有發(fā)揮作用，這說明涉及的電力保護元件處于關(guān)閉；如果繼電系統(tǒng)發(fā)揮作用，則會有一定的指示，并通過這樣的指示確定問題故障信息的識別[4]。

在繼電保護裝置C，保護機制發(fā)生的定義為Rule（C），Rule（C）通過繼電保護裝置C中延緩時間Petri系統(tǒng)分析獲得。當發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)中繼電保護裝置C出現(xiàn)問題后定義為S=S（0）∪S（1），定義S（0）為繼電保護裝置C處于關(guān)狀態(tài)，S（1）定義為繼電保護裝置C運行，繼電保護裝置C的問題出現(xiàn)相同識別為S（1）變量為保護機制發(fā)生Rule（C）的極大容量SRmax（1），即容量SRmax存在問題因素為最大，其運行為：

（l）以S（1）中每個元素Sj（1）為基時，以保護機制Ru1e （C）掃描識別其它元素，得到相同容量SRj（1）和不同時內(nèi)容因素SRj（0）。

（2）上一步得到SRj（1），元素最大的即為SRmax（1）。

（3）修正時間不同內(nèi)容，即Srest（1）=S（1）-SRmax（1），令Srest（0），則動作信息不是繼電保護裝置C啟動的。

（4）獲得繼電保護裝置C，形成判別目錄SF，SF=S（0）∪Srest（0）∪SRmax（l）。

其中信息相同定義算法：

假設(shè)繼電保護裝置C的保護機制發(fā)生為Ru1e（C）=（a1，b2，c3，），下標1，2，3表示為保護機制a，b，c的變化量。實際問題內(nèi)容為s={a（1）1，b（1）2，c（1）1，}；其中1表示起作用，0代表沒有工作。

由于繼電保護（e0）沒有動作，則有：S=S（0）∪S（1）={e（0）0}∪{a（1）1，b（1）2，c（1）1，}。

（1）先以S（1）中a（1）1為基時，按照保護機制Rule（C）獲得的該元素定義時間相同內(nèi)容集Sa（1）={a（1）}；

（2）比較元素個數(shù)得到時序一致的極大值集SRmax（1）={a（1）1，b（1）2}。

（3）根據(jù)SRmax（1），評估C（1）1不是繼電保護裝置C觸發(fā)的，改問關(guān)模式，得到Srest（0）={c（0）0}。

（4）最后得出用于繼電保護裝置C故障診斷的信息集為：SF=S（0）∪Srest（0）∪SRmax（1）={a（1）1，b（l）2，c（0）0}

2.4 基于時延Petri網(wǎng)的報警信息狀態(tài)估計

經(jīng)過上一節(jié)的處理，已篩選出符合嫌疑故障元件動作時序的報警信息，但這些信息可能不完備，本節(jié)目的為補全缺失的信息。

缺失信息節(jié)點狀態(tài)可能與元件節(jié)點的狀態(tài)相關(guān)，而元件節(jié)點的狀態(tài)是未知的，此時需對元件節(jié)點的狀態(tài)進行假設(shè)，再根據(jù)該假設(shè)和已有保護信息來判斷缺失信息節(jié)點狀態(tài)。開關(guān)庫所，有動作信息的定義為“1”，無動作信息的定義為“0”。

3 算例

以圖1線路L1故障為例，推理過程如下。

3.1 一致性識別

元件L1故障下繼電保護動作的時序保護機制表Ruel（L1）可通過圖2得到，如表1表2所示。

對于元件L1的繼電保護信息集S，依據(jù)時序保護機制Ruel（L1），獲得時序一致最大化信息集為：SRmax（1）=（L1Sm，L1Rm，CB1，CB2}，修正L1Sp為閉合狀態(tài)L1Sp=0，得到故障診斷信息集SF。

3.2 報警信息狀態(tài)估計

假設(shè)在L1元件一致性識別后保護節(jié)點故障信息如表3所示。

將保護信息代入到元件L1的保護配置時延Petri網(wǎng)模型中，結(jié)果如圖4所示。

然后對繼電保護單元進行模擬，按照時序為L1Sm、L1Rm、L1Sp、 L1Rp、T1s、L2Rs。過程為：

（1）L1Sm的目標單位CB1定義為“0”，L1Sm的定義不變，為“0”。

（2）L1Rm的目標單位CB2定義為“1”，L1Rm的定義為“1”，其指令單位L1R通過L1Rm到達CB2，L1Rm的定義不變，為“1”。

（3）L1Sp的目標單位CB1定義為“0”，L1Sp的定義不變，為“0”。

（4）L1Rp的目標單位CB2定義為“1”，其指令單位L1R通過L1Rm到達CB2，L1Rp的定義不變，為“0”。

（5）T1s的目標單位CB3定義為“1”，T1s的定義為“0”，其指令單位L1R不能通過定義為“1”的節(jié)點到達CB3，因此將T1s的定義變?yōu)椤?”。

（6）L2Rs的目標單位CB4定義為“0”，L2Rs的定義不變，為“0”。

最后統(tǒng)計出報警內(nèi)容修正集{T1s}，形成的預(yù)警信息集{L1Rm，CB2}，供排除故障使用。

4 結(jié)語

本文針對電力系統(tǒng)故障診斷問題的特點，基于時延Petri網(wǎng)的電力系統(tǒng)故障診斷模型，提出了電力系統(tǒng)故障報警信息的時序一致性識別算法和不完備信息狀態(tài)估計推理方法，并選取典型算例進行了驗證。結(jié)果表明，本文所提出的報警信息糾錯處理方法，能夠有效的剔除報警信息中的錯誤信息并補全丟失的信息，提高故障診斷的可靠性。

參考文獻

[1]吳欣.基于改進貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法的電力系統(tǒng)故障診斷研究[D].浙江大學(xué)碩士論文，2005.

[2]蔣昌俊.Petri網(wǎng)的行為理論及其應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2003.

[3]袁崇義.Petri網(wǎng)原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，1998.

[4]王建元，紀延超.Petri網(wǎng)絡(luò)在變壓器故障診斷中的應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù)，2002，26（8）：21～24.