摘 要：近幾年來，電網(wǎng)故障診斷成為電網(wǎng)安全運行領(lǐng)域的研究熱點。以模糊Petri網(wǎng)（FPN）為工具，對電網(wǎng)故障時收集到的故障信號進行分析診斷，判斷出故障元件?？紤]系統(tǒng)元件的各級保護間的配合關(guān)系，對元件進行建模，結(jié)合Petri網(wǎng)的推理規(guī)則，計算出可疑故障元件的故障置信度。以三機九節(jié)點系統(tǒng)為例，驗證算法的可行性。

關(guān)鍵詞：故障診斷；模糊Petri網(wǎng)；故障置信度；三機九節(jié)點系統(tǒng)

引言

電網(wǎng)故障診斷技術(shù)一直是電力系統(tǒng)安全運行領(lǐng)域的研究熱點。電網(wǎng)發(fā)生故障時是一個典型的多信源系統(tǒng)，具有典型的異步并發(fā)特點。Petri網(wǎng)具有嚴密的數(shù)學(xué)定義，具有同步并發(fā)處理問題的能力，利用Petri網(wǎng)進行電網(wǎng)故障診斷研究，具有理論的可行性。

模糊Petri網(wǎng)引入模糊理論，用概率的方法來描述具有不確定性的保護和斷路器的動作信息。對可疑故障元件進行建模，利用模糊推理規(guī)則，計算元件發(fā)生故障的可信度。

1 理論介紹

1.1 模糊Petri網(wǎng)

Petri網(wǎng)由三部分組成：庫所、變遷和有向弧。

模糊Petri網(wǎng)（FPN）與Petri網(wǎng)的區(qū)別：FPN每個庫所被賦予一個[0，1]上的實數(shù)作為該庫所為真的置信度；賦予每個變遷一個確定因子表示變遷使能可能性概率。

1.2 模糊Petri網(wǎng)推理規(guī)則

模糊Petri網(wǎng)是一個基于規(guī)則的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，推理規(guī)則主要有：簡單規(guī)則；與連接；或連接；條件“與”。

它們的點火機制：設(shè)庫所pi對應(yīng)命題置信度為？琢（pi），規(guī)則的置信度為？滋i，那么：簡單規(guī)則：？琢（p2）=？琢（p1）·？滋；“與”連接：？琢（p3）=（（？琢（p1）+？琢（p2））/2）·？滋；“或”連接：？琢（p3）=max{（？琢（p1）·？滋1，？琢（p2））·？滋3}。

為了便于計算，將“與”連接點火規(guī)則引申為：設(shè)輸出庫所Pn的概率為？琢（pn），其具體值可用一高斯函數(shù)fa（x）加以擬合，即？琢（pn）=fa（a（pj）·？滋k），其中：pj∈I（tk），pi∈O（tk）。文章中將采取f？琢（x）=e■進行擬合。

1.3 電網(wǎng)故障信號的模糊化

根據(jù)2000～2004年繼電保護運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，計算一年主保護正確動作次數(shù)所占主保護動作總次數(shù)的比值，以此表征這一年該主保護正確動作的置信度。采用取均值方法，以五年平均置信度作為最后主保護置信度的值，故各保護及其斷路器的置信度設(shè)置如表1所示。

表1 保護裝置、斷路器動作的置信度

對未接收到的保護和斷路器，本文給予它們一較小數(shù)值0.2，以此來確保診斷模型具有一定的容錯性。

2 電網(wǎng)故障診斷基本思路

基于FPN的電網(wǎng)故障診斷對象是電網(wǎng)中各個元件。采用文獻[1]提出的“結(jié)線分析”理論，將故障后的電網(wǎng)劃分為幾個子網(wǎng)絡(luò)，確定無源網(wǎng)絡(luò)，判斷可疑故障元件，利用元件保護機制，建立起可疑故障元件的FPN模型[2]，將模糊化后的故障信號與FPN推理規(guī)則相結(jié)合，計算出可疑故障元件的故障置信度，并對故障信號進行容錯性分析。

3 測試算例

3.1 仿真對象簡介

如圖1所示，三機九節(jié)點系統(tǒng)的接線圖。

對于線路保護，規(guī)定：左（上）端為S端，右（下）端為R端。m表示元件主保護，p為元件近后備保護，s為元件遠后備保護。如：L5Sp表示線路L5左端近后備保護動作。

3.2 各典型元件的FPN模型

建模對象是三機九節(jié)點系統(tǒng)，下面以線路L5為例，建立其對應(yīng)的FPN模型。線路L5的FPN模型如圖2所示。

3.3 故障元件診斷分析

規(guī)定：故障概率高于0.6的元件為故障元件；故障概率在0.4～0.6之間的元件為可能出現(xiàn)故障；故障概率低于0.4的元件為未發(fā)生故障。

接收的故障信號：L5Sp、T2p、T2s、L6Sm、L6Ss、L6Rp；CB14、CB15、CB17、CB18，診斷結(jié)果為：L5（0.7064）、L6（0.9304）、T2（0.3829），故發(fā)生故障的是L5與L6。障信號分析：L5Sm、L5Rm、L5Rp拒動；L6Rm拒動；T2s、T2p與CB14誤動作。

具體分析為：接收的故障信號按照其動作原理可分為三類，其中線路L5由于L5Sm、L5Rm、L5Rp拒動，其故障可信度降低為0.7064；線路L6故障時拒動的只有L6Rm，故其故障可信度較高，為0.9304；變壓器T2只有右端斷路器斷開，不能將變壓器T2從系統(tǒng)中切除，其故障可信度為0.3829<0.4，說明T2沒有發(fā)生故障；結(jié)合其主保護未動作，說明所動作的T2p與CB14均是發(fā)生誤動?？梢钥闯觯敼收闲盘栞^為復(fù)雜時，同時包含斷路器和保護的拒動與誤動現(xiàn)象，基于FPN的故障元件診斷模型也能很好地進行故障評判，具有良好的容錯分析能力。

4 結(jié)束語

文章采用模糊Petri網(wǎng)理論對電網(wǎng)故障進行診斷分析，建立故障元件的FPN模型；對故障信號進行模糊處理，考慮系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的拒動、誤動等情況，以一較小數(shù)值替代，增強模型適應(yīng)性，使得仿真結(jié)果不僅正確，還具有一定的容錯性。三機九節(jié)點系統(tǒng)的建模與仿真驗算，證明了所提出方法具有可行性。

參考文獻

[1]包玉劍.基于加權(quán)模糊Petri網(wǎng)的輸電網(wǎng)故障診斷方法研究[D].西南交通大學(xué)，2009.

[2]吳紅林.基于Petri網(wǎng)的微電網(wǎng)故障診斷研究[D].天津大學(xué)，2011.

作者簡介：賁懷建（1989，11-），男，學(xué)歷：碩士研究生，研究方向：電力系統(tǒng)安全控制。