基于Petri網(wǎng)的電網(wǎng)故障診斷方法碩士論文

1、基于Petri網(wǎng)的電網(wǎng)故障診斷方法的研究 匯報(bào)人：楊春發(fā)導(dǎo)師：黃少鋒 教授 畢天姝 副教授 電網(wǎng)故障診斷的目的和意義 Petri網(wǎng)絡(luò)基本理論 電網(wǎng)故障診斷的Petri網(wǎng)方法研究 故障仿真 結(jié)論 致謝電網(wǎng)故障診斷的目的和意義q電能用戶對(duì)電能可靠性特別是連續(xù)性的要求越來(lái)越高q電力網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大使得故障造成的損失較以往大大增加q要求運(yùn)行人員能夠迅速判斷故障區(qū)域、切除故障元件并恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行 當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，各級(jí)自動(dòng)裝置會(huì)產(chǎn)生大量的報(bào)警信息，瞬間不加選擇地涌入控制中心 當(dāng)故障同時(shí)存在斷路器拒動(dòng)、誤動(dòng)及報(bào)警信息不確定時(shí)，故障診斷就更加困難 容易致使調(diào)度人員出現(xiàn)誤判斷或誤處理，導(dǎo)致事故的進(jìn)一步擴(kuò)大

2、和恢復(fù)時(shí)間加長(zhǎng)迅速、準(zhǔn)確、自動(dòng)的故障診斷系統(tǒng)的研究具有重要理論和實(shí)際意義國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 電力系統(tǒng)故障診斷問(wèn)題是近年來(lái)十分活躍的研究課題之一，人們對(duì)此進(jìn)行了大量的研究，取得了許多有價(jià)值的研究成果。 專家系統(tǒng)(expert system) 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(artificial neural network) 模糊理論(fuzzy theory) 基于隨機(jī)優(yōu)化的方法(stochastic optimization methods) Petri網(wǎng)理論作為近年來(lái)逐步發(fā)展和成熟的人工智能技術(shù)，已在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。Petri網(wǎng)能夠解釋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)行為的重要信息，圖形化地表達(dá)系統(tǒng)的模型，非常適合于

3、描述并列、次序及循環(huán)發(fā)生的行為，而電網(wǎng)故障的發(fā)生過(guò)程正是這樣一個(gè)典型的動(dòng)態(tài)過(guò)程。 基于Petri網(wǎng)的故障診斷方法的優(yōu)點(diǎn)故障診斷的模型簡(jiǎn)單，物理意義清晰。Petri網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、變遷的點(diǎn)火和故障診斷結(jié)果可用圖形直觀表示。系統(tǒng)的構(gòu)建及維護(hù)簡(jiǎn)便易行。推理過(guò)程可用矩陣運(yùn)算描述，過(guò)程簡(jiǎn)單。適應(yīng)性強(qiáng)。對(duì)于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及其運(yùn)行方式的改變只需簡(jiǎn)單修改即可應(yīng)用。診斷速度很快，適于電力系統(tǒng)的在線應(yīng)用。Petri網(wǎng)的定義一個(gè)基本Petri網(wǎng)的結(jié)構(gòu)包括四類基本元素： P=P1，P2，Pn(n0)是庫(kù)所節(jié)點(diǎn)的有限集合，每個(gè)庫(kù)所用一個(gè)圓圈表示。 T = T1，T2，Tm(m0)是變遷節(jié)點(diǎn)的有限集合，每個(gè)變遷用一根豎線表示。 K

4、 = K1，K2，Km是托肯(Token)(m0)的有限集合，用一個(gè)點(diǎn)表示。 庫(kù)所到變遷和變遷到庫(kù)所的有向弧變遷的點(diǎn)火及托肯的轉(zhuǎn)移p3p1p2 t1 t2p3p1p2 t1 t21 ,02Up3p1p2 t1 t21 ,0,01MCB1CB2LCB1CB2LCB1CB2L考慮了后備保護(hù)設(shè)備后的Petri網(wǎng)模型（模型I）模型I的缺點(diǎn) 模型的結(jié)構(gòu)及其變遷節(jié)點(diǎn)的點(diǎn)火規(guī)則需要進(jìn)一步修正，以便更好體現(xiàn)Petri網(wǎng)的順次、并發(fā)處理問(wèn)題的特點(diǎn)。 對(duì)于存在保護(hù)不正確動(dòng)作的故障，不能獨(dú)立處理。 故障元件不能通過(guò)Petri網(wǎng)的推理直接確定，給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)不便。 Petri網(wǎng)故障診斷的改進(jìn)模型 對(duì)于一個(gè)輸電網(wǎng)絡(luò)，根

5、據(jù)其故障時(shí)保護(hù)設(shè)備的動(dòng)作邏輯的不同，可以將診斷模型歸為兩類： 1.線路類Petri網(wǎng)模型 2.母線類Petri網(wǎng)模型 線路類 Petri 網(wǎng)模型 線路類Petri網(wǎng)模型的診斷推理過(guò)程 首先根據(jù)收到的信息將初始托肯布入線路Petri網(wǎng)模型。 如果電網(wǎng)中第n個(gè)斷路器動(dòng)作，則將Petri 網(wǎng)模型中相應(yīng)的斷路器庫(kù)所CB n中標(biāo)記一個(gè)托肯。 依此，將所有滿足條件的斷路器庫(kù)所中均標(biāo)記托肯。 托肯初始分布完成后，滿足條件的變遷將被觸發(fā)點(diǎn)火。 變遷t1、t2的點(diǎn)火條件為：線路L的主保護(hù)動(dòng)作且該變遷的輸入庫(kù)所中存在托肯。 變遷tij的點(diǎn)火條件為：線路L相應(yīng)的后備保護(hù)動(dòng)作且該變遷的輸入庫(kù)所中存在托肯。 變遷t3、

6、t4及T的點(diǎn)火條件為：變遷的所有輸入庫(kù)所中均存在托肯。 變遷的點(diǎn)火使得其輸入庫(kù)所中的托肯轉(zhuǎn)移至其輸出庫(kù)所中。經(jīng)過(guò)上述滿足條件的變遷的一系列點(diǎn)火，托肯在Petri網(wǎng)模型中重新分布，最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。 最后通過(guò)得到的點(diǎn)火后的穩(wěn)態(tài)Petri網(wǎng)直接判定線路L是否故障。 判定規(guī)則：如果穩(wěn)態(tài)Petri網(wǎng)的庫(kù)所L中存在托肯，則判定線路L故障。否則判定L沒(méi)有故障。母線類 Petri 網(wǎng)模型 母線類Petri網(wǎng)模型的診斷推理過(guò)程 與線路模型基本相同。故障診斷流程根據(jù)實(shí)際的電力網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形成基于元件的Petri網(wǎng)模型。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，接收保護(hù)和斷路器的動(dòng)作信息。根據(jù)預(yù)處理后的告警信息將托肯按規(guī)則布入相關(guān)的元件

7、Petri網(wǎng)，形成初始狀態(tài)的Petri網(wǎng)故障診斷模型，得到Petri網(wǎng)模型的初始標(biāo)識(shí)向量M0。 根據(jù)變遷節(jié)點(diǎn)的點(diǎn)火規(guī)則，滿足觸發(fā)條件的變遷依次點(diǎn)火。數(shù)學(xué)方法上采用矩陣分析的狀態(tài)方程進(jìn)行分析計(jì)算。 點(diǎn)火全部完成，得到元件的穩(wěn)態(tài)Petri網(wǎng)及穩(wěn)態(tài)標(biāo)識(shí)向量M1。 按照故障元件的判定規(guī)則得出故障診斷結(jié)論。 故障算例分析故障算例分析 吉林省四平地區(qū)電網(wǎng)的故障診斷吉林省四平地區(qū)電網(wǎng)的故障診斷 故障情況1：線路 L2發(fā)生故障保護(hù) R4、R9動(dòng)作 跳開斷路器CB4，CB9。 診斷結(jié)論：線路L2故障 故障情況2： 線路L1、L4、B5同時(shí)發(fā)生故障。 保護(hù)及斷路器的動(dòng)作情況：R8、CB8、 CB1、 CB15發(fā)生

8、了拒動(dòng)，R18、CB18發(fā)生誤動(dòng) 其他保護(hù)設(shè)備正確動(dòng)作。故障故障 1 實(shí)際故障情況： 巨豐變電站220kV 南母B6故障，母差MBP6動(dòng)作跳開西巨線3106開關(guān)、雙巨線3107開關(guān)、四巨乙線3105開關(guān)。診斷結(jié)果 故障故障2 實(shí)際故障情況： 富四線L1故障，四平變電站富四線高頻保護(hù)動(dòng)作，但富四線8204高頻保護(hù)的動(dòng)作信息上傳時(shí)丟失，8204開關(guān)正確跳閘，024開關(guān)拒動(dòng)，公主嶺變電站公四線后備保護(hù)距離II段動(dòng)作跳開1504開關(guān)，巨豐變電站四巨甲線距離II段動(dòng)作跳開3104開關(guān)。 診斷結(jié)果本文所做的工作（1）分析了Petri網(wǎng)理論應(yīng)用于電網(wǎng)故障診斷的優(yōu)點(diǎn)，針對(duì)輸電網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)建立了基于Petri網(wǎng)的電網(wǎng)故障診斷模型及其推理規(guī)則（2）針對(duì)以往提出的加入后備保護(hù)的Petri網(wǎng)故障診斷方法的不足，對(duì)該方法進(jìn)行了改進(jìn)和完善，提出了適用于故障診斷模型獨(dú)立工作的推理模板。（4）在模型I的研究基礎(chǔ)上建立了一種新型的Petri網(wǎng)故障診斷改進(jìn)模型。該P(yáng)etri網(wǎng)模型的結(jié)構(gòu)、變遷節(jié)點(diǎn)的觸發(fā)規(guī)則及故障節(jié)點(diǎn)的判定規(guī)則較模型I均有較大的改進(jìn)，克服了模型I在應(yīng)用中存在的缺陷。（