基于概率Petri網(wǎng)的繼電保護(hù)消缺方法

（國(guó)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(hù)設(shè)備是保護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要裝置，若繼電保護(hù)設(shè)備出現(xiàn)問題則會(huì)引發(fā)電網(wǎng)的安全故障。為提高繼電保護(hù)消缺能力，本文將以概率Petei網(wǎng)為基礎(chǔ)構(gòu)建針對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備的消缺模型和判斷矩陣，明確影響繼電保護(hù)設(shè)備正常運(yùn)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(guān)人員或單位提供參考幫助。

1 電網(wǎng)繼電保護(hù)設(shè)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(shè)電網(wǎng)系統(tǒng)的概率Petri網(wǎng)可用8元組的方式給予表達(dá)，則：

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

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

上式中，E代表電網(wǎng)下繼電保護(hù)出現(xiàn)故障時(shí)的特征關(guān)聯(lián)矩陣；u代表電網(wǎng)下繼電保護(hù)設(shè)備工作狀態(tài)下的有向弧權(quán)重。

在上述分析中引入層次分析法豐富關(guān)聯(lián)矩陣，由此形成以各層運(yùn)行管理結(jié)構(gòu)間相對(duì)重要性的量化過程體系[2]。

1.2 繼電保護(hù)自適應(yīng)消缺方法

為驗(yàn)證概率Petri網(wǎng)模型的消缺能力，將設(shè)nd為電網(wǎng)停電影響供電設(shè)備的數(shù)目；nr為受停電影響的繼電保護(hù)設(shè)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(shè)備相關(guān)的繼電保護(hù)數(shù)。獲取電網(wǎng)系統(tǒng)下線路故障和繼電保護(hù)動(dòng)作的概率，融合最小信息量的遺失目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建電網(wǎng)下繼電保護(hù)消缺的優(yōu)化模型[4]，即：

上式中：H為電網(wǎng)下繼電保護(hù)故障的假說；D為受停電故障影響下供電設(shè)備狀態(tài)向量；R為電網(wǎng)繼電保護(hù)設(shè)備動(dòng)作狀態(tài)的向量；C為電網(wǎng)下繼電保護(hù)設(shè)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(duì)應(yīng)的電網(wǎng)繼電保護(hù)設(shè)備實(shí)際報(bào)警信息的向量。

結(jié)合電網(wǎng)下繼電保護(hù)設(shè)備運(yùn)行時(shí)的信息量損失，可將其損失分為電網(wǎng)繼電保護(hù)的信道與信源信息量的損失，即：

上式中：LlossS1代表電網(wǎng)下設(shè)備故障時(shí)產(chǎn)生的信源信息量損失；LlossS2代表電網(wǎng)下設(shè)備故障且繼電保護(hù)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(hù)工作狀態(tài)下信道2產(chǎn)生的信息量損失。

若認(rèn)為電網(wǎng)下所有的供電裝置均出現(xiàn)故障，且繼電保護(hù)設(shè)備未啟動(dòng)狀態(tài)作為信息量損失條件的基準(zhǔn)事件，同時(shí)電網(wǎng)下設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，斷路器與繼電保護(hù)設(shè)備的誤動(dòng)與拒動(dòng)，以及電網(wǎng)系統(tǒng)下警報(bào)器間的誤、漏報(bào)問題之間相互獨(dú)立。則在對(duì)電網(wǎng)下繼電保護(hù)過程信息損失量進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，可分別計(jì)算出電網(wǎng)下所有供電設(shè)備、斷路器、繼電保護(hù)裝置以及警報(bào)器的信息量損失，從而獲得電網(wǎng)故障時(shí)的整體信息量損失。計(jì)算表達(dá)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(hù)裝置信息量損失的基準(zhǔn)狀態(tài)；LlossS1,Di為電網(wǎng)下繼電保護(hù)裝置在決策結(jié)果為D*時(shí)，受到Di引發(fā)的信源信息量損失；Di為第i個(gè)供電設(shè)備；X為輸入向量；LlossS2,Ri(Ci)為電網(wǎng)下繼電保護(hù)裝置決策結(jié)果為bk時(shí)，X決策結(jié)果為D*時(shí)，且已知第i-1個(gè)斷路器的實(shí)際情況下，受到電網(wǎng)下繼電保護(hù)設(shè)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(hù)裝置決策結(jié)果為bk時(shí)，且i-1第個(gè)警報(bào)設(shè)備信息明確的前提下，受電網(wǎng)系統(tǒng)繼電保護(hù)的警報(bào)虛假信息r′i，(c′i)造成的信道信息量損失。

通過對(duì)上述計(jì)算進(jìn)行求和的方式得到電網(wǎng)下繼電保護(hù)設(shè)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(shí)的決策方案代入電網(wǎng)下繼電保護(hù)裝置消缺活動(dòng)當(dāng)中。求和式為：

2 仿真分析

使用某電力企業(yè)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和UCI標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集作為仿真測(cè)試數(shù)據(jù)，并采用PCA故障檢測(cè)法（A）和基于云環(huán)境的分布式檢測(cè)法（B）作為對(duì)照設(shè)計(jì)仿真對(duì)比試驗(yàn)[4-6]。并將原始數(shù)據(jù)分為兩份，其中的70%作為模型的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，其余30%作為本次仿真試驗(yàn)的測(cè)試數(shù)據(jù)集，每組試驗(yàn)均重復(fù)100次，并取均值作為最終的結(jié)果。以電網(wǎng)系統(tǒng)故障識(shí)別準(zhǔn)確度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，則：

上式中：Q2為識(shí)別后得到電網(wǎng)下繼電保護(hù)裝置的故障總數(shù)；Q1為得到消缺后電網(wǎng)下繼電保護(hù)的故障數(shù)。

3 結(jié)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(gòu)建概率Petri網(wǎng)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)下繼電保護(hù)裝置的高質(zhì)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(yīng)多種條件下電網(wǎng)的繼電保護(hù)消缺工作。