基于模糊Petri網(wǎng)的電網(wǎng)故障研究

摘 要：近幾年來，電網(wǎng)故障診斷成為電網(wǎng)安全運(yùn)行領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。以模糊Petri網(wǎng)（FPN）為工具，對(duì)電網(wǎng)故障時(shí)收集到的故障信號(hào)進(jìn)行分析診斷，判斷出故障元件。考慮系統(tǒng)元件的各級(jí)保護(hù)間的配合關(guān)系，對(duì)元件進(jìn)行建模，結(jié)合Petri網(wǎng)的推理規(guī)則，計(jì)算出可疑故障元件的故障置信度。以三機(jī)九節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例，驗(yàn)證算法的可行性。

關(guān)鍵詞：故障診斷；模糊Petri網(wǎng)；故障置信度；三機(jī)九節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)

引言

電網(wǎng)故障診斷技術(shù)一直是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)是一個(gè)典型的多信源系統(tǒng)，具有典型的異步并發(fā)特點(diǎn)。Petri網(wǎng)具有嚴(yán)密的數(shù)學(xué)定義，具有同步并發(fā)處理問題的能力，利用Petri網(wǎng)進(jìn)行電網(wǎng)故障診斷研究，具有理論的可行性。

模糊Petri網(wǎng)引入模糊理論，用概率的方法來描述具有不確定性的保護(hù)和斷路器的動(dòng)作信息。對(duì)可疑故障元件進(jìn)行建模，利用模糊推理規(guī)則，計(jì)算元件發(fā)生故障的可信度。

1 理論介紹

1.1 模糊Petri網(wǎng)

Petri網(wǎng)由三部分組成：庫所、變遷和有向弧。

模糊Petri網(wǎng)（FPN）與Petri網(wǎng)的區(qū)別：FPN每個(gè)庫所被賦予一個(gè)[0，1]上的實(shí)數(shù)作為該庫所為真的置信度；賦予每個(gè)變遷一個(gè)確定因子表示變遷使能可能性概率。

1.2 模糊Petri網(wǎng)推理規(guī)則

模糊Petri網(wǎng)是一個(gè)基于規(guī)則的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，推理規(guī)則主要有：簡單規(guī)則；與連接；或連接；條件“與”。

它們的點(diǎn)火機(jī)制：設(shè)庫所pi對(duì)應(yīng)命題置信度為？琢（pi），規(guī)則的置信度為？滋i，那么：簡單規(guī)則：？琢（p2）=？琢（p1）·？滋；“與”連接：？琢（p3）=（（？琢（p1）+？琢（p2））/2）·？滋；“或”連接：？琢（p3）=max{（？琢（p1）·？滋1，？琢（p2））·？滋3}。

為了便于計(jì)算，將“與”連接點(diǎn)火規(guī)則引申為：設(shè)輸出庫所Pn的概率為？琢（pn），其具體值可用一高斯函數(shù)fa（x）加以擬合，即？琢（pn）=fa（a（pj）·？滋k），其中：pj∈I（tk），pi∈O（tk）。文章中將采取f？琢（x）=e■進(jìn)行擬合。

1.3 電網(wǎng)故障信號(hào)的模糊化

根據(jù)2000～2004年繼電保護(hù)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，計(jì)算一年主保護(hù)正確動(dòng)作次數(shù)所占主保護(hù)動(dòng)作總次數(shù)的比值，以此表征這一年該主保護(hù)正確動(dòng)作的置信度。采用取均值方法，以五年平均置信度作為最后主保護(hù)置信度的值，故各保護(hù)及其斷路器的置信度設(shè)置如表1所示。

表1 保護(hù)裝置、斷路器動(dòng)作的置信度

對(duì)未接收到的保護(hù)和斷路器，本文給予它們一較小數(shù)值0.2，以此來確保診斷模型具有一定的容錯(cuò)性。

2 電網(wǎng)故障診斷基本思路

基于FPN的電網(wǎng)故障診斷對(duì)象是電網(wǎng)中各個(gè)元件。采用文獻(xiàn)[1]提出的“結(jié)線分析”理論，將故障后的電網(wǎng)劃分為幾個(gè)子網(wǎng)絡(luò)，確定無源網(wǎng)絡(luò)，判斷可疑故障元件，利用元件保護(hù)機(jī)制，建立起可疑故障元件的FPN模型[2]，將模糊化后的故障信號(hào)與FPN推理規(guī)則相結(jié)合，計(jì)算出可疑故障元件的故障置信度，并對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行容錯(cuò)性分析。

3 測試算例

3.1 仿真對(duì)象簡介

如圖1所示，三機(jī)九節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的接線圖。

對(duì)于線路保護(hù)，規(guī)定：左（上）端為S端，右（下）端為R端。m表示元件主保護(hù)，p為元件近后備保護(hù)，s為元件遠(yuǎn)后備保護(hù)。如：L5Sp表示線路L5左端近后備保護(hù)動(dòng)作。

3.2 各典型元件的FPN模型

建模對(duì)象是三機(jī)九節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，下面以線路L5為例，建立其對(duì)應(yīng)的FPN模型。線路L5的FPN模型如圖2所示。

3.3 故障元件診斷分析

規(guī)定：故障概率高于0.6的元件為故障元件；故障概率在0.4～0.6之間的元件為可能出現(xiàn)故障；故障概率低于0.4的元件為未發(fā)生故障。

接收的故障信號(hào)：L5Sp、T2p、T2s、L6Sm、L6Ss、L6Rp；CB14、CB15、CB17、CB18，診斷結(jié)果為：L5（0.7064）、L6（0.9304）、T2（0.3829），故發(fā)生故障的是L5與L6。障信號(hào)分析：L5Sm、L5Rm、L5Rp拒動(dòng)；L6Rm拒動(dòng)；T2s、T2p與CB14誤動(dòng)作。

具體分析為：接收的故障信號(hào)按照其動(dòng)作原理可分為三類，其中線路L5由于L5Sm、L5Rm、L5Rp拒動(dòng)，其故障可信度降低為0.7064；線路L6故障時(shí)拒動(dòng)的只有L6Rm，故其故障可信度較高，為0.9304；變壓器T2只有右端斷路器斷開，不能將變壓器T2從系統(tǒng)中切除，其故障可信度為0.3829<0.4，說明T2沒有發(fā)生故障；結(jié)合其主保護(hù)未動(dòng)作，說明所動(dòng)作的T2p與CB14均是發(fā)生誤動(dòng)?？梢钥闯?，當(dāng)故障信號(hào)較為復(fù)雜時(shí)，同時(shí)包含斷路器和保護(hù)的拒動(dòng)與誤動(dòng)現(xiàn)象，基于FPN的故障元件診斷模型也能很好地進(jìn)行故障評(píng)判，具有良好的容錯(cuò)分析能力。

4 結(jié)束語

文章采用模糊Petri網(wǎng)理論對(duì)電網(wǎng)故障進(jìn)行診斷分析，建立故障元件的FPN模型；對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行模糊處理，考慮系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的拒動(dòng)、誤動(dòng)等情況，以一較小數(shù)值替代，增強(qiáng)模型適應(yīng)性，使得仿真結(jié)果不僅正確，還具有一定的容錯(cuò)性。三機(jī)九節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的建模與仿真驗(yàn)算，證明了所提出方法具有可行性。

參考文獻(xiàn)

[1]包玉劍.基于加權(quán)模糊Petri網(wǎng)的輸電網(wǎng)故障診斷方法研究[D].西南交通大學(xué)，2009.

[2]吳紅林.基于Petri網(wǎng)的微電網(wǎng)故障診斷研究[D].天津大學(xué)，2011.

作者簡介：賁懷建（1989，11-），男，學(xué)歷：碩士研究生，研究方向：電力系統(tǒng)安全控制。