Petri网理论在电网故障诊断中的应用分析

涂 敏

（国网四川省电力公司内江供电公司，四川 内江 641000）

0 引 言

德国科学家最早提出Petri网理论，通过描述物理过程和物理系统的组合网状模型分析相应的结构。Petri网能将库所、变迁、连接库所和变迁的有向弧及初始标识进行协同处理，进而建立动态处理结构。Petri网最重要的是能借助变迁过程完善规则，提升诊断效率。

1 Petri网理论概述

在继电保护工作中，为了保证系统管理工作和数据通信网络模型的时效性，相关部门要积极建立继电保护机制和故障信息处理系统。因此，合理应用Petri网模型具有非常重要的意义。

1.1 Petri网理论内涵

Petri网理论的内涵有两种说法。

第一种是将Petri网理论设定为四元组PN=(P,T;F,M0)、P=(p1,p2,…,pm)、T=(t1,t2,…,tn)等。其中，P 表示库所的有限集合，T表示变迁的有限集合，F表示流集。不同集合之间要形成相互关系，才能维护实际应用效果，反映库所和变迁之间的有效关系及基础顺序[1]。

第二种，标识M0是m×1的维数组合，能形成对应的系统状态，建立有效完整的模拟系统初始体系，保障建立后续完整的连接弧。需要注意，若从库所P中对变迁后的T进行连接弧处理，就要对输入库所的相关信息展开深度约束和分析，记为O(t)=P，可利用具体的模型图像将其集中表示。基于此，建立的连接库所和变迁弧能有效完整地处理工序，保证相应的拓扑结构集中控制和处理变迁过程[2]。

1.2 Petri网理论矩阵分析法

一般而言，Petri网的运行结构和变化方式能借助触发形成对应的结构，利用扩展模式描述和分析，即可完善关联性和标识处理效果。矩阵分析有一定的实效性，因此利用两个矩阵对实际的Petri网流关系进行描述，是目前较为有效的处理方式。

2 Petri网理论在电网故障诊断中的应用

为了有效发挥Petri网的实际价值和应用优势，需在电网诊断中合理应用Petri网的抑制弧模型。Petri网是图形化建模工具，结合矩阵运算方式和基本原理，具体问题具体分析，提高时效性和系统管理工作中相应操作的合理性，并完成并发、异步以及循环工作，实现元件故障处理、保护动作分析以及断路器动作故障控制的三位一体化处理机制，提升故障的处理效率和维护水平[3]。

2.1 建构诊断故障标准

电网拓扑结构包括故障元件、保护元件和断路器动作逻辑关系。要结合Petri网的诊断要求，综合分析和判定具体电网故障模型逻辑推理过程，全面构建故障诊断关键流程，确保优化管理流程的完整。

第一，结合Petri网结构和故障信息建立关联矩阵C，得出Petri网的初始状态，确保系统化求解系统变迁，完善状态方程管理的水平，推导出Petri网的稳态情况，从而判定元件的故障。

第二，因为电网在运行过程中会出现动态离散结构，所以故障诊断Petri网模型能保障故障管控工作的顺利开展，并将相关问题论述为元件故障、保护动作和断路器动作的协同处理机制，触发过程可描述为Petri网模型。

2.2 建立Petri网模型体系

为了保证故障分析工作的合理性和完整度，应结合Petri网的基本情况和参数结构建立完整的模型。

第一，正向模拟故障。在正向故障模拟过程中，综合分析库所显示的线路要点、母线结构以及保护工作等，利用托肯分析具体结构的工作状态，借助变迁过程分析和判定故障传播情况，保证维护故障的管理过程，并利用抑止弧进行主保护统筹处理，有效维护其优先级应用水平。图1表示输电线路模型，假设线路L出现了相应的故障问题，需通过建立抑止弧处理过程完善Petri网模型，发挥保护库所的实际应用价值。图2表示安装正向Petri网模型的输电线路。

图1 输电线路

图2 安装正向Petri网模型的输电线路

此外，需要注意：（1）若输电线路要进行主保护正常动作，则要对跃迁过程进行处理，因为在t1和t2被触发后，整体托肯会转移到R1和R2，继而触发t11和t21，此时的托肯会转移到CB1和CB2，抑制弧就会阻止t31、t41、t51、t61的实时性出发，导致后备保护断路器没有相应的动作；（2）若主保护形成拒动，则后备保护动作开始，t11不触发，CB1没有托肯，则t31能满足触发条件，后备保护断路器动作。

第二，建立反向故障诊断模型。在推导出具体故障发生机制后，结合实际情况建立完整的Petri网模型，根据网络结构要求提升变迁方向的判定效率，依据Petri网描述体系的逻辑关系管控和处理基本模型，进而描述出故障诊断中的逻辑推理层次，形成贴合实际需求的Petri网故障诊断机制。如图3所示，H1、H2作为虚拟库所，无意义；H1、t1、t3，H2、t2、t4存在或门关系；t3、R3、R4存在与门关系。需要注意，判断结果时，R1和R2作为同一保护；推导求解时，R1和R2可以当做两个保护。该线路也可应用于母线故障的输电线路。

2.3 保护断路器动作评价

为了有效地集中管控和处理断路器，可结合动作评价管理模式建立系统化分析结构。尤其是在故障元件诊断工作结束后，要结合稳态Petri网模型建立有效的动作评价机制。

图3 安装反向Petri网模型的输电线路

第一，对故障元件稳态Petri网模型进行综合判定，整合模型的主保护设备管理机制，分析没有发生的托肯出现机制和转移机制，优化断路器主保护拒动效果，维护动作信息的合理性，为后续保护动作信息的全面落实奠定基础。

第二，对已判定的故障元件稳态Petri网模型进行分析。因元件模型的后备保护装置属于断路器库所中的托肯元素，可将断路器作为元件保护建模的故障诊断依据，判定误动作的基本情况，提升具体问题具体分析的时效性。

3 结 论

在电力系统不断发展的背景下，电力故障分析具有重要的意义。发挥多元化故障分析工作的时效价值，可提升供电质量和可靠性，提升故障分析的快速性和准确性，提高电网运行的安全性，促进电力系统管理工作的可持续发展。