基于模糊Petri网的电网故障研究

摘 要：近几年来，电网故障诊断成为电网安全运行领域的研究热点。以模糊Petri网（FPN）为工具，对电网故障时收集到的故障信号进行分析诊断，判断出故障元件。考虑系统元件的各级保护间的配合关系，对元件进行建模，结合Petri网的推理规则，计算出可疑故障元件的故障置信度。以三机九节点系统为例，验证算法的可行性。

关键词：故障诊断；模糊Petri网；故障置信度；三机九节点系统

引言

电网故障诊断技术一直是电力系统安全运行领域的研究热点。电网发生故障时是一个典型的多信源系统，具有典型的异步并发特点。Petri網具有严密的数学定义，具有同步并发处理问题的能力，利用Petri网进行电网故障诊断研究，具有理论的可行性。

模糊Petri网引入模糊理论，用概率的方法来描述具有不确定性的保护和断路器的动作信息。对可疑故障元件进行建模，利用模糊推理规则，计算元件发生故障的可信度。

1 理论介绍

1.1 模糊Petri网

Petri网由三部分组成：库所、变迁和有向弧。

模糊Petri网（FPN）与Petri网的区别：FPN每个库所被赋予一个[0，1]上的实数作为该库所为真的置信度；赋予每个变迁一个确定因子表示变迁使能可能性概率。

1.2 模糊Petri网推理规则

模糊Petri网是一个基于规则的网络系统，推理规则主要有：简单规则；与连接；或连接；条件“与”。

它们的点火机制：设库所pi对应命题置信度为？琢（pi），规则的置信度为？滋i，那么：简单规则：？琢（p2）=？琢（p1）·？滋；“与”连接：？琢（p3）=（（？琢（p1）+？琢（p2））/2）·？滋；“或”连接：？琢（p3）=max{（？琢（p1）·？滋1，？琢（p2））·？滋3}。

为了便于计算，将“与”连接点火规则引申为：设输出库所Pn的概率为？琢（pn），其具体值可用一高斯函数fa（x）加以拟合，即？琢（pn）=fa（a（pj）·？滋k），其中：pj∈I（tk），pi∈O（tk）。文章中将采取f？琢（x）=e■进行拟合。

1.3 电网故障信号的模糊化

根据2000～2004年继电保护运行状态数据，计算一年主保护正确动作次数所占主保护动作总次数的比值，以此表征这一年该主保护正确动作的置信度。采用取均值方法，以五年平均置信度作为最后主保护置信度的值，故各保护及其断路器的置信度设置如表1所示。

表1 保护装置、断路器动作的置信度

对未接收到的保护和断路器，本文给予它们一较小数值0.2，以此来确保诊断模型具有一定的容错性。

2 电网故障诊断基本思路

基于FPN的电网故障诊断对象是电网中各个元件。采用文献[1]提出的“结线分析”理论，将故障后的电网划分为几个子网络，确定无源网络，判断可疑故障元件，利用元件保护机制，建立起可疑故障元件的FPN模型[2]，将模糊化后的故障信号与FPN推理规则相结合，计算出可疑故障元件的故障置信度，并对故障信号进行容错性分析。

3 测试算例

3.1 仿真对象简介

如图1所示，三机九节点系统的接线图。

对于线路保护，规定：左（上）端为S端，右（下）端为R端。m表示元件主保护，p为元件近后备保护，s为元件远后备保护。如：L5Sp表示线路L5左端近后备保护动作。

3.2 各典型元件的FPN模型

建模对象是三机九节点系统，下面以线路L5为例，建立其对应的FPN模型。线路L5的FPN模型如图2所示。

3.3 故障元件诊断分析

规定：故障概率高于0.6的元件为故障元件；故障概率在0.4～0.6之间的元件为可能出现故障；故障概率低于0.4的元件为未发生故障。

接收的故障信号：L5Sp、T2p、T2s、L6Sm、L6Ss、L6Rp；CB14、CB15、CB17、CB18，诊断结果为：L5（0.7064）、L6（0.9304）、T2（0.3829），故发生故障的是L5与L6。障信号分析：L5Sm、L5Rm、L5Rp拒动；L6Rm拒动；T2s、T2p与CB14误动作。

具体分析为：接收的故障信号按照其动作原理可分为三类，其中线路L5由于L5Sm、L5Rm、L5Rp拒动，其故障可信度降低为0.7064；线路L6故障时拒动的只有L6Rm，故其故障可信度较高，为0.9304；变压器T2只有右端断路器断开，不能将变压器T2从系统中切除，其故障可信度为0.3829<0.4，说明T2没有发生故障；结合其主保护未动作，说明所动作的T2p与CB14均是发生误动。可以看出，当故障信号较为复杂时，同时包含断路器和保护的拒动与误动现象，基于FPN的故障元件诊断模型也能很好地进行故障评判，具有良好的容错分析能力。

4 结束语

文章采用模糊Petri网理论对电网故障进行诊断分析，建立故障元件的FPN模型；对故障信号进行模糊处理，考虑系统中可能出现的拒动、误动等情况，以一较小数值替代，增强模型适应性，使得仿真结果不仅正确，还具有一定的容错性。三机九节点系统的建模与仿真验算，证明了所提出方法具有可行性。

参考文献

[1]包玉剑.基于加权模糊Petri网的输电网故障诊断方法研究[D].西南交通大学，2009.

[2]吴红林.基于Petri网的微电网故障诊断研究[D].天津大学，2011.

作者简介：贲怀建（1989，11-），男，学历：硕士研究生，研究方向：电力系统安全控制。