【《利用Petri网建模进行电网故障检测的一般步骤综述》3800字】

利用Petri网建模进行电网故障检测的一般步骤综述目录TOC\o"1-3"\h\u17205利用Petri网建模进行电网故障检测的一般步骤综述 1167961.1Petri网理论简介 175991.2Petri网基本知识及运行规则 164181.1.1Petri网的定义 2306601.1.2Petri网的运行规则 2107641.1.3Petri网求解方法及推理规则 295481.1.4Petri网的电网故障检测的特点 4178441.3模糊Petri网的原理与知识表达 552961.3.1模糊Petri网原理 589821.3.2模糊Petri网知识表达 587101.3.3模糊Petri网求解方法及推理规则 846651.4小结 8Petri网以简单明了的图形及连线描述实际系统动态或静态的重要信息，并对其进行分析和研究，从而得到结论。利用Petri网方法进行电网故障检测，需要对对象网络进行相应的Petri网建模，然后对所建模型应用相关算法进行分析，这样一来可以清晰的描述从已知知识到诊断结果的推理过程,并可通过简单的矩阵运算快速、准确地获得诊断结果[30]。经过前人对Petri网的研究，模糊Petri网在电网故障检测中显示出其独到的特性和优势。1.1Petri网理论简介Petri网理论是1962年联邦德国的CarlAdamPetri博士提出的一种网状结构的信息流模型，其主要用于模拟通信系统，后来演化为一个科学分支[31]。Petri网与传统的数学建模、分析工具相比，它用图形表示系统的静态结构和动态结构，还能用关联矩阵、可达树等来计算、描述推理过程[32]。1.2Petri网基本知识及运行规则目前，对Petri网进行的研究通常针对单独的网络。在研究中，通常将Petri网分解为库所、变迁和弧等几个部分，进行分别研究[33]。1.1.1Petri网的定义定义(基网）三元组满足以下条件称为基网或简称为网：其中代表的库所集，代表的变迁集。表示空集，表示两个集合的笛卡儿乘积运算。为流关系，即为由一个中的元素和一个中的元素组成的有序偶。X＝P∪T称为的元素集。定义(Petri网）六元组构成一个Petri网的充要条件是：为的基网。称为的容量函数，表示位置的最大容量，表示正整数集。称为的权函数，表示从到的弧的权函数值。称为的一个初始标识，对表示中的的托肯数，表示非负正整数。1.1.2Petri网的运行规则在网络系统中，对任一事件必须在所有前提条件(状态)均满足(实现)的情况下才有可能发生。变迁的使能规则定义为：一个变迁在标识下使能，当且仅当：。所产生的结果状态及其次数由输出函数确定，并用输出库所中增加的托肯表示[34]。由此，PN的标识发生变化。1.1.3Petri网求解方法及推理规则利用Petri网进行故障检测，首先要确定各参数及其实际意义[35]，在图1.1的例子中，假设输电线路的故障由主保护切除，那么初始标识向量库所中都将得到一个托肯。图1.1简单的电力系统结线图初始标识向量如下：其中为“1”表示该库所存在资源。根据故障检测的Petri网模型，系统的关联矩阵C为：“1”表示输出，“-1”表示输入，整个关联矩阵表示Petri网的结构，同时表示系统的分析推理步骤。变迁的输入库所存在托肯，具备了点火条件，点火向量为：此系统要继续进行下一步推理，推理之后的库所里的托肯分配为：此时，库所中得到托肯，此时可以点火，点火向量为：重复上述推理过程，可得到故障检测的最后总结过为：由上述推理过程可知，故障。根据上述推理规则和算法可知，在主保护发生拒动的情况下，后备保护会使系统断开断路器，这种情况下，对应的主保护中的托肯不分配，而发生动作的后备保护中会得到一个托肯，此时系统的初始标识向量矩阵和变迁点火矩阵与主保护动作时不同，比如，当线路的端主保护发生拒动的情况下，其近后备保护将动作，最后断开断路器将切除故障。这时的初始标识向量矩阵为：此时点火矩阵变为：关联矩阵此时并未发生变化，因而在采用上述的推理方法进行推理运算之后，仍可以得到线路故障。在故障检测过程中，尽管存在一定的误报率，但从SCADA传来的信息大部分还是是正确的。但仍会存在一定的不确定信息，比如动作的同时，检测到也发生动作，依据推理规则可知，变迁和都具备点火条件，和都将得到一个托肯，同时中也得到一个托肯，因此都具备点火条件，最终中可能会得到两个托肯。虽然从推理过程上来说是可行的，但是就其实际意义来说，仍不能确定究竟是哪种保护动作断开了断路器，这就为调度员的决策过程带来了一定的麻烦。1.1.4Petri网的电网故障检测的特点基于上述原则建立的Petri网模型具有以下优点：(1)故障检测的模型简单，物理意义清晰。(2)Petri网的结构、变迁的激发过程和诊断结果可以在图形上直观的表示出来，便于理解。(3)利用关联矩阵结构代替了知识库，使系统的构建和维护更加简单易行。(4)故障检测推理的过程用矩阵运算代替，过程简单，不需要在庞大的规则库或解空间搜索匹配的规则或最优解。(5)模型的适应性较好，鲁棒性较高。对于电网及其运行方式的改变只需修改少许关联矩阵库即可应用。(6)运算速度较规则搜索快，适于电力系统在线应用。1.3模糊Petri网的原理与知识表达1965年扎德教授提出了关于模糊集合的理论，模糊Petri网是在基本Petri网的基础上扩充得来的，模糊理论是通过事物的模糊性用模糊集合和隶属函数通过模糊关系表达的[36]。模糊Petri的库所对应区间[0，l]中的一个值，变迁对应一个确定因子CF(CertainFactor)，并且定义了输入输出矩阵。1.3.1模糊Petri网原理模糊Petri网是PN与知识表达的结合，模糊Petri网的库所是指其包含的托肯是一个0到1之间的真实值的关联[37]；而变迁与一个0到1之间的规则的确定性因子(CF)相关联；变迁的使能及激发规则也在Petri网的基础上做出了修改。产生模糊Petri网的主要规则是非常值得研究的，研究的主要方式是模型研究。广义的模糊Petri网(FPN)是在PN的基础上扩展而来的。FPN属于有向图的一种，图中的主要节点包括库和变迁。模糊Petri网与普通Petri网相比有不同之处，主要如下表所示：表1.1模糊Petri网与普通Petri网比较名称普通petri网模糊petri网网络不可运行可运行转移结点只有两种状态非负实数值位置结点只有两种状态任意正实数输入输出类型只有两种状态无向离散可以定义输入输出量可以有向连续1.3.2模糊Petri网知识表达最简单的模糊型概率Petri网模型如图1.2所示：图1.2模糊Petri网的知识表达进行较复杂的电力系统故障检测时,采集到的信息网经常带有不确定性，例如故障发生的随机性、征兆的模糊性、诊断经验知识的不确定性、不一致性和不完备性等，为了能准确地表述这些诊断信息,模糊产生式规则就被用于诊断知识的表示[38],用来描述两个命题之间的模糊关系，令R为一组含有n个模糊产生式规则的集合,,则第i条模糊产生式规则的通用形式为：：IFThen（）(1)和是可以包含模糊变量的命题,如:“很优秀”、“较为严重”等不易用准确值表示的命题，每个命题的真值是一个在0和1之间的实数值,这个值越高,命题的真实度就越高;(2)是置信度CF的值,，置信度是根据经验对一个事物或现象为真的相信程度,这个值越高其规则的可信程度越高。当产生式规则的内容中采用逻辑符号，如and，or.等的时候，称之为合成产生式规则，根据MYCIN专家系统中的基于置信度的不确定推理方法进行计算，如模糊命题的合取式的真值计算的时候，需要选择各个子式真值的最小值；而析取式取各子式真值的最大值则进行分类型处理：类型1：IFandandandThen（CF=）该模型规则标记FPN建模及推理过程如图1.3到1.5所示。图1.3模糊Petri网And规则1类型2：IFThenandandand（）图1.4模糊Petri网And规则2类型3：IFORORORThen（）图1.5模糊Petri网OR规则在实际的故障检测推理过程中,经常会用此类规则来描述由多个故障原因共同引起一个故障的情况。在上述模糊Petri网模型规则中,此类规则的变迁点火条件要求每一个输入库所的置信度值都大于阀值,其输出库所的推理结论值采用Min操作来求出。而事实上,多因一果的故障模式不能仅简单采用这种推理运算方式,因为即便是多种原因导致一种故障,各故障原因之间对故障的重要程度是不一样，对应在加权模糊Petri网里，也就是他们的权值是不同的。由此可见,仅仅根据上述复合规则而建立的简单的FPN模型难以完全充分表达故障检测中出现的程度问题。加权模糊产生式规则包含三种：类型1：IFTHEN（），类型2：IFANDANDANDTHEN（）类型3：IFORORORTHEN（CF=），，其中，，跟上一节定义相同，即包含模糊变量的命题，其真值在0到1之间；为置信度CF的真值。规则可应用的阀值采用；表示的是输入命题的权值，输入库所的多少与权值的多少对应。上述三种加权模糊产生式规则具体分析如下：(1)对于类型1，由于只有一个输入命题，所以他的权值系数就是1，而对于输出命题的CF，我们做如下解释，现定义为命题的实际值，那么，当且仅当输入即输入命题置信度比规则激发阀值打大的时候，规则才被激发，得到的输出命题置信度。(2)对于类型2，它有多个必须输入命题，也就是只有所有的输入命题通知满足时才会产生结果，但需要说明的是，由于多个输入命题对输出结果发生的影响不用，即它们的重要程度不同，所以必须给他们赋予不同的加权因子来表达，对结论成立越重要的命题其全职系数越大。且必须满足，；对于规则的激活，同样是当满足时才可以，但这里。(3)类型3，在此类型中，多个输入命题均可导致相同结果的产生，与类型2不同的是，不需要个输入命题同时发生，只要满足至少一个命题发生就可以使结果产生。但产生故障的可能程度不同，所以它们的权值系数不同，即输入命题的置信度不同，这里我们采用极大求值法，即1.3.3模糊Petri网求解方法及推理规则我们广义上讲的模糊推理规则一般是用来描述两个命题之间相互关系的规则。当模糊推理规则的集合采用进行说明，这里就有。通常情况下，第条模糊推理退则都是用如下形式来描述：上式中和都是包含模糊量的命题，如上面提到过的“温度比较高”，“分数比较低