張瀛+張旗

摘 要：本文針對(duì)電力系統(tǒng)故障診斷問(wèn)題的特點(diǎn)，基于時(shí)延Petri網(wǎng)的電力系統(tǒng)故障診斷模型，提出了電力系統(tǒng)故障報(bào)警信息的時(shí)序一致性識(shí)別算法和不完備信息狀態(tài)估計(jì)推理方法，并選取典型算例進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，本文所提出的報(bào)警信息糾錯(cuò)處理方法，能夠有效的剔除報(bào)警信息中的錯(cuò)誤信息并補(bǔ)全丟失的信息，提高故障診斷的可靠性。

關(guān)鍵詞：故障診斷；Petri網(wǎng)技術(shù)；故障報(bào)警；信息糾錯(cuò)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）04-0122-03

現(xiàn)有的故障診斷系統(tǒng)普遍具有信息不確定性，主要表現(xiàn)在：SCADA/EMS采集的各站（廠）的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)規(guī)模也越來(lái)越大，造成不確定信息產(chǎn)生的可能性越大；當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)或開(kāi)關(guān)會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)、拒動(dòng)以及信息傳輸中數(shù)據(jù)的丟失等錯(cuò)誤，這些因素會(huì)導(dǎo)致信息的不確定性。

針對(duì)以上情況，本文應(yīng)用元件保護(hù)配置時(shí)延Petri網(wǎng)，對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行時(shí)序一致性識(shí)別、和不完備信息狀態(tài)估計(jì)，濾除錯(cuò)誤信息，補(bǔ)全丟失的信息，提高故障診斷系統(tǒng)的容錯(cuò)能力[1]。

1 時(shí)間/時(shí)延Petri網(wǎng)

1.1 基本 Petri 網(wǎng)的定義

Petri網(wǎng)是用來(lái)表征系統(tǒng)狀態(tài)以及狀態(tài)間轉(zhuǎn)移關(guān)系的一種網(wǎng)圖。一個(gè)基本Petri網(wǎng)的結(jié)構(gòu)PNS是一個(gè)四元組PNS=。P={p1，p2，…，pn}（n≥0）是庫(kù)所節(jié)點(diǎn)的有限集合；T={t1，t2，…，tm}（m≥0）是變遷節(jié)點(diǎn)的有限集合；庫(kù)所集合和變遷集合不相交，即P∩T=Φ。I：T→P∞為輸入函數(shù)，O：P∞→T為輸出函數(shù)，輸入函數(shù)和輸出函數(shù)分別描述庫(kù)所和變遷之間的連接函數(shù)關(guān)系[2]。

1.2 時(shí)間/時(shí)延Petri網(wǎng)

以時(shí)間為主變量的Petri網(wǎng)模型目前主要有兩種，一種模塊要求每種變遷變化都有一個(gè)時(shí)間主變量，并要求變量具有延時(shí)特性，并要求每一個(gè)變遷主變量都存在延時(shí)特性，另外這種特性一旦觸發(fā)能立即引起延時(shí)。另外一種模型對(duì)變遷變化的時(shí)間主變量限定一定時(shí)間范圍，在時(shí)間范圍內(nèi)外，其模塊可以連續(xù)運(yùn)行[3]。

2 開(kāi)關(guān)保護(hù)信息的糾錯(cuò)模型建立及推理

報(bào)警信息糾錯(cuò)處理過(guò)程分為以下幾步：

第一，設(shè)計(jì)形成電力設(shè)備緩時(shí)Petri網(wǎng)模型；

第二，對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題的元件具有一定判別特性；

第三，對(duì)發(fā)現(xiàn)的預(yù)警數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬計(jì)算，自動(dòng)填補(bǔ)缺失數(shù)據(jù)。

2.1 繼電保護(hù)原理介紹

電力系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題后主要需要解決的控制單元有電路網(wǎng)線、變壓裝置和主線；電力線路保護(hù)主要有電流保護(hù)、距離保護(hù)和光纖保護(hù)三種實(shí)現(xiàn)類(lèi)型，以下分析僅從三段式來(lái)研究。圖1中線路Ll和L2的繼電保護(hù)具有3階段模式保護(hù)，以L1左端保護(hù)L1Sm、L1Sp和L1Ss來(lái)分析，其中L1Sm是主保護(hù)；L1Sp是第一后備保護(hù)；L1Ss是第二后備保護(hù)。這種3階段模式保護(hù)發(fā)生后都會(huì)激發(fā)CB1。主線保護(hù)主要有兩種類(lèi)型：這種保護(hù)主要起到保護(hù)主線，通過(guò)電流大小變化和電路比定義變化起到保護(hù)作用。

圖1繼電保護(hù)模型中B1m是主線保護(hù)，當(dāng)電路出現(xiàn)問(wèn)題，主線保護(hù)氣會(huì)引發(fā)CB1和CB3斷開(kāi)，起到保護(hù)的作用。

變壓器主要有3種類(lèi)型：電流、電壓及差動(dòng)法。

如圖1中繼電保護(hù)模型為兩種，其中一種覆蓋范圍為變壓器，而另外一種模型的覆蓋范圍為變壓器和變壓器相連的電力元件。

2.2 電力保護(hù)Petri網(wǎng)模形成研究

為了簡(jiǎn)化研究模型，本文只考慮保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間上的排序關(guān)系，不考慮時(shí)間間隔要求。具體內(nèi)容為：

（1）定義時(shí)間延緩電力保護(hù)Petri網(wǎng)模的庫(kù)所集和變遷集。在時(shí)間延緩電力保護(hù)Petri網(wǎng)模中，定義電力元件、保護(hù)系統(tǒng)和開(kāi)關(guān)裝置為庫(kù)所集。0和1分別表示元件節(jié)點(diǎn)處于“正?！焙汀肮收稀睜顟B(tài)。繼電保護(hù)節(jié)點(diǎn)是由元件狀態(tài)影響的保護(hù)組成，0和1分別表示繼電保護(hù)節(jié)點(diǎn)處于“不動(dòng)作”和“動(dòng)作”狀態(tài)。開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)是繼電保護(hù)控制的開(kāi)關(guān)組成，0和1分別表示開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)處于有“不動(dòng)作”和“動(dòng)作”狀態(tài)。

（2）根據(jù)繼電保護(hù)原理建立元件保護(hù)配置時(shí)延Petri網(wǎng)模型。以圖1中元件L1為例，建立其繼電保護(hù)信息圖，如圖2所示。

根據(jù)圖2建立元件Ll的的保護(hù)配置時(shí)延Petri網(wǎng)模型，如圖3所示。

2.3 故障信息的相同識(shí)別

信息的時(shí)序相同識(shí)別，就是在故障信息中篩選出符合某一元件故障觸發(fā)動(dòng)作時(shí)序保護(hù)機(jī)制的信息。

在電力系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，如果繼電系統(tǒng)沒(méi)有發(fā)揮作用，這說(shuō)明涉及的電力保護(hù)元件處于關(guān)閉；如果繼電系統(tǒng)發(fā)揮作用，則會(huì)有一定的指示，并通過(guò)這樣的指示確定問(wèn)題故障信息的識(shí)別[4]。

在繼電保護(hù)裝置C，保護(hù)機(jī)制發(fā)生的定義為Rule（C），Rule（C）通過(guò)繼電保護(hù)裝置C中延緩時(shí)間Petri系統(tǒng)分析獲得。當(dāng)發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)裝置C出現(xiàn)問(wèn)題后定義為S=S（0）∪S（1），定義S（0）為繼電保護(hù)裝置C處于關(guān)狀態(tài)，S（1）定義為繼電保護(hù)裝置C運(yùn)行，繼電保護(hù)裝置C的問(wèn)題出現(xiàn)相同識(shí)別為S（1）變量為保護(hù)機(jī)制發(fā)生Rule（C）的極大容量SRmax（1），即容量SRmax存在問(wèn)題因素為最大，其運(yùn)行為：

（l）以S（1）中每個(gè)元素Sj（1）為基時(shí)，以保護(hù)機(jī)制Ru1e （C）掃描識(shí)別其它元素，得到相同容量SRj（1）和不同時(shí)內(nèi)容因素SRj（0）。

（2）上一步得到SRj（1），元素最大的即為SRmax（1）。

（3）修正時(shí)間不同內(nèi)容，即Srest（1）=S（1）-SRmax（1），令Srest（0），則動(dòng)作信息不是繼電保護(hù)裝置C啟動(dòng)的。

（4）獲得繼電保護(hù)裝置C，形成判別目錄SF，SF=S（0）∪Srest（0）∪SRmax（l）。

其中信息相同定義算法：

假設(shè)繼電保護(hù)裝置C的保護(hù)機(jī)制發(fā)生為Ru1e（C）=（a1，b2，c3，），下標(biāo)1，2，3表示為保護(hù)機(jī)制a，b，c的變化量。實(shí)際問(wèn)題內(nèi)容為s={a（1）1，b（1）2，c（1）1，}；其中1表示起作用，0代表沒(méi)有工作。

由于繼電保護(hù)（e0）沒(méi)有動(dòng)作，則有：S=S（0）∪S（1）={e（0）0}∪{a（1）1，b（1）2，c（1）1，}。

（1）先以S（1）中a（1）1為基時(shí)，按照保護(hù)機(jī)制Rule（C）獲得的該元素定義時(shí)間相同內(nèi)容集Sa（1）={a（1）}；

（2）比較元素個(gè)數(shù)得到時(shí)序一致的極大值集SRmax（1）={a（1）1，b（1）2}。

（3）根據(jù)SRmax（1），評(píng)估C（1）1不是繼電保護(hù)裝置C觸發(fā)的，改問(wèn)關(guān)模式，得到Srest（0）={c（0）0}。

（4）最后得出用于繼電保護(hù)裝置C故障診斷的信息集為：SF=S（0）∪Srest（0）∪SRmax（1）={a（1）1，b（l）2，c（0）0}

2.4 基于時(shí)延Petri網(wǎng)的報(bào)警信息狀態(tài)估計(jì)

經(jīng)過(guò)上一節(jié)的處理，已篩選出符合嫌疑故障元件動(dòng)作時(shí)序的報(bào)警信息，但這些信息可能不完備，本節(jié)目的為補(bǔ)全缺失的信息。

缺失信息節(jié)點(diǎn)狀態(tài)可能與元件節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)相關(guān)，而元件節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)是未知的，此時(shí)需對(duì)元件節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)進(jìn)行假設(shè)，再根據(jù)該假設(shè)和已有保護(hù)信息來(lái)判斷缺失信息節(jié)點(diǎn)狀態(tài)。開(kāi)關(guān)庫(kù)所，有動(dòng)作信息的定義為“1”，無(wú)動(dòng)作信息的定義為“0”。

3 算例

以圖1線路L1故障為例，推理過(guò)程如下。

3.1 一致性識(shí)別

元件L1故障下繼電保護(hù)動(dòng)作的時(shí)序保護(hù)機(jī)制表Ruel（L1）可通過(guò)圖2得到，如表1表2所示。

對(duì)于元件L1的繼電保護(hù)信息集S，依據(jù)時(shí)序保護(hù)機(jī)制Ruel（L1），獲得時(shí)序一致最大化信息集為：SRmax（1）=（L1Sm，L1Rm，CB1，CB2}，修正L1Sp為閉合狀態(tài)L1Sp=0，得到故障診斷信息集SF。

3.2 報(bào)警信息狀態(tài)估計(jì)

假設(shè)在L1元件一致性識(shí)別后保護(hù)節(jié)點(diǎn)故障信息如表3所示。

將保護(hù)信息代入到元件L1的保護(hù)配置時(shí)延Petri網(wǎng)模型中，結(jié)果如圖4所示。

然后對(duì)繼電保護(hù)單元進(jìn)行模擬，按照時(shí)序?yàn)長(zhǎng)1Sm、L1Rm、L1Sp、 L1Rp、T1s、L2Rs。過(guò)程為：

（1）L1Sm的目標(biāo)單位CB1定義為“0”，L1Sm的定義不變，為“0”。

（2）L1Rm的目標(biāo)單位CB2定義為“1”，L1Rm的定義為“1”，其指令單位L1R通過(guò)L1Rm到達(dá)CB2，L1Rm的定義不變，為“1”。

（3）L1Sp的目標(biāo)單位CB1定義為“0”，L1Sp的定義不變，為“0”。

（4）L1Rp的目標(biāo)單位CB2定義為“1”，其指令單位L1R通過(guò)L1Rm到達(dá)CB2，L1Rp的定義不變，為“0”。

（5）T1s的目標(biāo)單位CB3定義為“1”，T1s的定義為“0”，其指令單位L1R不能通過(guò)定義為“1”的節(jié)點(diǎn)到達(dá)CB3，因此將T1s的定義變?yōu)椤?”。

（6）L2Rs的目標(biāo)單位CB4定義為“0”，L2Rs的定義不變，為“0”。

最后統(tǒng)計(jì)出報(bào)警內(nèi)容修正集{T1s}，形成的預(yù)警信息集{L1Rm，CB2}，供排除故障使用。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)電力系統(tǒng)故障診斷問(wèn)題的特點(diǎn)，基于時(shí)延Petri網(wǎng)的電力系統(tǒng)故障診斷模型，提出了電力系統(tǒng)故障報(bào)警信息的時(shí)序一致性識(shí)別算法和不完備信息狀態(tài)估計(jì)推理方法，并選取典型算例進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，本文所提出的報(bào)警信息糾錯(cuò)處理方法，能夠有效的剔除報(bào)警信息中的錯(cuò)誤信息并補(bǔ)全丟失的信息，提高故障診斷的可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]吳欣.基于改進(jìn)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法的電力系統(tǒng)故障診斷研究[D].浙江大學(xué)碩士論文，2005.

[2]蔣昌俊.Petri網(wǎng)的行為理論及其應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2003.

[3]袁崇義.Petri網(wǎng)原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，1998.

[4]王建元，紀(jì)延超.Petri網(wǎng)絡(luò)在變壓器故障診斷中的應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù)，2002，26（8）：21～24.