基于Petri网的电网故障诊断方法硕士论文

1、基于Petri网的电网故障诊断方法的研究 汇报人：杨春发导师：黄少锋 教授 毕天姝 副教授 电网故障诊断的目的和意义 Petri网络基本理论 电网故障诊断的Petri网方法研究 故障仿真 结论 致谢电网故障诊断的目的和意义q电能用户对电能可靠性特别是连续性的要求越来越高q电力网络规模不断扩大使得故障造成的损失较以往大大增加q要求运行人员能够迅速判断故障区域、切除故障元件并恢复系统的正常运行 当电网发生故障时，各级自动装置会产生大量的报警信息，瞬间不加选择地涌入控制中心 当故障同时存在断路器拒动、误动及报警信息不确定时，故障诊断就更加困难 容易致使调度人员出现误判断或误处理，导致事故的进一步扩大

2、和恢复时间加长迅速、准确、自动的故障诊断系统的研究具有重要理论和实际意义国内外研究现状 电力系统故障诊断问题是近年来十分活跃的研究课题之一，人们对此进行了大量的研究，取得了许多有价值的研究成果。 专家系统(expert system) 人工神经网络(artificial neural network) 模糊理论(fuzzy theory) 基于随机优化的方法(stochastic optimization methods) Petri网理论作为近年来逐步发展和成熟的人工智能技术，已在各个领域得到了广泛地应用。Petri网能够解释系统的结构和动态行为的重要信息，图形化地表达系统的模型，非常适合于

3、描述并列、次序及循环发生的行为，而电网故障的发生过程正是这样一个典型的动态过程。 基于Petri网的故障诊断方法的优点故障诊断的模型简单，物理意义清晰。Petri网络的结构、变迁的点火和故障诊断结果可用图形直观表示。系统的构建及维护简便易行。推理过程可用矩阵运算描述，过程简单。适应性强。对于电网结构及其运行方式的改变只需简单修改即可应用。诊断速度很快，适于电力系统的在线应用。Petri网的定义一个基本Petri网的结构包括四类基本元素： P=P1，P2，Pn(n0)是库所节点的有限集合，每个库所用一个圆圈表示。 T = T1，T2，Tm(m0)是变迁节点的有限集合，每个变迁用一根竖线表示。 K

4、 = K1，K2，Km是托肯(Token)(m0)的有限集合，用一个点表示。 库所到变迁和变迁到库所的有向弧变迁的点火及托肯的转移p3p1p2 t1 t2p3p1p2 t1 t21 ,02Up3p1p2 t1 t21 ,0,01MCB1CB2LCB1CB2LCB1CB2L考虑了后备保护设备后的Petri网模型（模型I）模型I的缺点 模型的结构及其变迁节点的点火规则需要进一步修正，以便更好体现Petri网的顺次、并发处理问题的特点。 对于存在保护不正确动作的故障，不能独立处理。 故障元件不能通过Petri网的推理直接确定，给实际应用带来不便。 Petri网故障诊断的改进模型 对于一个输电网络，根

5、据其故障时保护设备的动作逻辑的不同，可以将诊断模型归为两类： 1.线路类Petri网模型 2.母线类Petri网模型 线路类 Petri 网模型 线路类Petri网模型的诊断推理过程 首先根据收到的信息将初始托肯布入线路Petri网模型。 如果电网中第n个断路器动作，则将Petri 网模型中相应的断路器库所CB n中标记一个托肯。 依此，将所有满足条件的断路器库所中均标记托肯。 托肯初始分布完成后，满足条件的变迁将被触发点火。 变迁t1、t2的点火条件为：线路L的主保护动作且该变迁的输入库所中存在托肯。 变迁tij的点火条件为：线路L相应的后备保护动作且该变迁的输入库所中存在托肯。 变迁t3、

6、t4及T的点火条件为：变迁的所有输入库所中均存在托肯。 变迁的点火使得其输入库所中的托肯转移至其输出库所中。经过上述满足条件的变迁的一系列点火，托肯在Petri网模型中重新分布，最终达到稳定状态。 最后通过得到的点火后的稳态Petri网直接判定线路L是否故障。 判定规则：如果稳态Petri网的库所L中存在托肯，则判定线路L故障。否则判定L没有故障。母线类 Petri 网模型 母线类Petri网模型的诊断推理过程 与线路模型基本相同。故障诊断流程根据实际的电力网络拓扑结构形成基于元件的Petri网模型。当电网发生故障时，接收保护和断路器的动作信息。根据预处理后的告警信息将托肯按规则布入相关的元件

7、Petri网，形成初始状态的Petri网故障诊断模型，得到Petri网模型的初始标识向量M0。 根据变迁节点的点火规则，满足触发条件的变迁依次点火。数学方法上采用矩阵分析的状态方程进行分析计算。 点火全部完成，得到元件的稳态Petri网及稳态标识向量M1。 按照故障元件的判定规则得出故障诊断结论。 故障算例分析故障算例分析 吉林省四平地区电网的故障诊断吉林省四平地区电网的故障诊断 故障情况1：线路 L2发生故障保护 R4、R9动作 跳开断路器CB4，CB9。 诊断结论：线路L2故障 故障情况2： 线路L1、L4、B5同时发生故障。 保护及断路器的动作情况：R8、CB8、 CB1、 CB15发生

8、了拒动，R18、CB18发生误动 其他保护设备正确动作。故障故障 1 实际故障情况： 巨丰变电站220kV 南母B6故障，母差MBP6动作跳开西巨线3106开关、双巨线3107开关、四巨乙线3105开关。诊断结果 故障故障2 实际故障情况： 富四线L1故障，四平变电站富四线高频保护动作，但富四线8204高频保护的动作信息上传时丢失，8204开关正确跳闸，024开关拒动，公主岭变电站公四线后备保护距离II段动作跳开1504开关，巨丰变电站四巨甲线距离II段动作跳开3104开关。 诊断结果本文所做的工作（1）分析了Petri网理论应用于电网故障诊断的优点，针对输电网络的特点建立了基于Petri网的电网故障诊断模型及其推理规则（2）针对以往提出的加入后备保护的Petri网故障诊断方法的不足，对该方法进行了改进和完善，提出了适用于故障诊断模型独立工作的推理模板。（4）在模型I的研究基础上建立了一种新型的Petri网故障诊断改进模型。该Petri网模型的结构、变迁节点的触发规则及故障节点的判定规则较模型I均有较大的改进，克服了模型I在应用中存在的缺陷。（