Petri网与专家系统结合的输电网络故障诊断方法

北极星电力网技术频道作者:佚名 2007/12/27 18:57:45

关键词: 故障电网故障诊断

Petri网与专家系统结合的输电网络故障诊断方法方培培1,李永丽1,杨晓军2(1.天津大学电气与自动化工程学院,天津300072;
2.北京煜邦电力技术有限公司,北京100045)　　摘　要:介绍了一种应用Petri网数学模型并结合专家系统进行电力系统输电网络故障诊断的方法。根据断路器跳闸信息确定故障区域，通过搜索“六元表”找出故障区域中动作的各类保护及相关的断路器，通过与SCADA系统提供的信息进行比较，把对应各设备的继电保护信息输入Petri网故障诊断模型，最终确定故障元件。这种方法克服了专家系统难于用数学方法描述的缺点，利用Petri网建立数学模型，提高了故障诊断速度。通过实例仿真验证了该方法的有效性、准确性和通用性。
　　关键词:Petri网;专家系统;故障诊断TransmissionPowerSystemFaultDiagnosisBased　onPetriNetsandExpertSystemFANGPeipei1,LIYongli1,YANGXiaojun2(1.SchoolofElectricalEngineeringandAutomation,TianjinUniversity,
Tianjin300072,China;
2.BeijingYubangCompanyLtd.,Beijing100045,China)　　Abstract:AnewmethodoffaultdiagnosisintransmissionpowersystemusingPetrinetsandexpertsystemispresented.ThefaultsectionisestimatedaccordingtotheactedcircuitbreakersinformationfromSCADA;Actedrelaysandcircuitbreakersarefoundinthefaultsectionbysearchingthe"sixvaluechart",thentheresultsarecomparedtotheinformationfromSCADA.Bythiswaytheexpertsystemcanbedescribedbymathematicmeans,andthediagnosisefficiencyisimprovedbyusingPetrinets.Itisprovedtobeeffective,exactandallpurpose.
　　Keywords:petrinets;expertsystem;faultdiagnosis
1前言
　　目前国内外在故障诊断方面提出了各种方法，如专家系统、人工神经网络、模糊理论、遗传算法、Petri网理论等。这些方法各有其特点，在电力系统故障诊断方面都有一定的理论研究和实际应用基础，电力专家系统（ES）正是针对判断复杂故障而设计的一个实时人工智能系统［8~11］。而Petri网能有效地实现故障诊断系统的模型化，以图形方式描述系统的功能关系和处理流程，使复杂的逻辑关系形象化，便于分析理解［5~7］。本文提出一种Petri网和专家系统结合的输电网故障诊断方法。把根据保护、断路器的动作逻辑以及运行人员的诊断经验形成的产生式规则与Petri网数学模型结合起来，描述了故障设备、保护、断路器之间内在的动作关系，提出了运用简单的矩阵计算进行诊断的方法，与传统的专家系统相比，减少了诊断时间，提高了准确度，适用于各种网络拓扑。2Petri网
　　Petri网［5~7］是由库所、变迁、连接库所和变迁的有向弧及初始标识构成。库所节点是静态的，其作用是记录构成系统的个体及系统本身的状态。变迁节点使系统中状态改变的规则动态化。
　　Petri网的图形用“○”表示库所，用“｜”表示变迁，用从X到Y的有向弧(箭头)表示有序偶(X,Y)。如果有向弧是从库所到变迁，则称库所是输入库所，变迁是库所的输出变迁。反之，如果有向弧是从变迁到库所，则称库所是变迁的输出库所，变迁是库所的输入变迁。标识M(S)是库所S中的托肯数，用黑点表示。它反映了Petri网的状态，即M是所有标识的标记集。
　　上述定义的网络系统实际上是系统的静态结构。系统的动态行为通过标记变化反映，而标记变化是由变迁的点火来实现的。为研究系统的动态行为，还需要给出变迁变化的条件和规律，这些规律是：
　　a.如果一个变迁的每一个输入库所被标记，则该变迁是使能的(enable)；
　　b.只有使能变迁能点火；
　　c.一个使能变迁的点火是从它的每个输入库所取走一个托肯(token)，放入他的输出库所中。
　　Petri网还可用矩阵计算最终标识
　　
其中：w(s,t)是从s到t的有向弧的权；f(s,t)∈F表示从s到t存在有向通路；w(t,s)同理。图1为一个简单的保护系统和相关断路器状态信息的Petri网模型。库所L表示线路，R表示保护，CB表示断路器。变迁tn表示有一个故障发生，变迁tr表示定时状态。L中有一个托肯，说明有故障发生，tn触发，L中的托肯被移走，库所R中的托肯增加一个，这表示继电器R检测到故障电流，去动作断路器CB。如果断路器CB中增加了一个托肯，说明变迁tr触发，断路器已经动作，切除了故障。3故障域的搜索
　　任何电力网都是由变压器、母线、输电线路构成，这些设备之间通过断路器连接。为了使计算机能够接受，可将电力网的拓扑结构用“设备”和“断路器”表示。设备代表变压器、母线和线路。电力网的运行状态由断路器的开合状态表示。一个故障区域表示成孤立于整个电力网的无源“设备”集合。
　　作此变换之后，电力网的结构和运行状态可以用专家系统的Lisp语言的一个“三元表”表示［11］

　　本文用两个矩阵来实现这个“三元表”。设备矩阵为2×nc维矩阵，即2行nc列，其中第一行存放的是各设备的名称，第二行存放的是各设备对应的编号，其中nc=nL nT nB，nL为总线路数，nT为总变压器数，nB为总母线数。
　　断路器矩阵为4×nt维矩阵，即4行nt列，其中第一行存放的是断路器编号，第二行存放的是与这个断路器相连的设备1的编号，第三行存放的是与这个断路器相连的设备2的编号，第四行表示断路器的开合状态（开则为“0”，合则为“1”），其中nt为断路器的个数。
　　本文利用广度优先搜索［1~4］来判断故障区域。系统故障后，最终都会由保护和断路器动作隔离故障，故障的设备肯定在被隔离出来的无源区域中。所以故障区域识别就是要找出故障被切除后形成的所有子网络中的无源网络。搜索子网络的方法如下：首先从设备矩阵中取出一个设备（为了简单起见，选编号最小的设备），顺次检查断路器矩阵的标志位（即矩阵第4行），如果为“1”即闭合，则遍历矩阵中这个断路器所连设备1（矩阵第1行）.如果所选设备与断路器所连设备1相同（即编号同），说明此设备与此断路器连接，而断路器连着两个设备（断路器闭合），把设备2和设备1归在一起（即它们属于一个子网络），依此类推，找到这个子网络中所有相连的设备，直到找到所有子网络为止。[1][2][3]下一页

来源：中国电力资料网

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