閆麗梅，徐偉麗

(東北石油大學(xué) 電氣信息工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318)

在電網(wǎng)發(fā)生故障后，快速且精確地進行故障診斷和定位是保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要環(huán)節(jié)，也是電網(wǎng)在線監(jiān)管運行的關(guān)注重點?；仡櫼酝鶉鴥?nèi)外發(fā)生的大停電事故以及近年來美國、英國、澳大利亞、阿根廷等國家先后發(fā)生的大停電事故[1-4]，提高電力系統(tǒng)故障診斷水平顯得尤為重要。

電力系統(tǒng)故障包括發(fā)電機組故障、輸電線路故障、變壓器故障、配電網(wǎng)故障等。傳統(tǒng)故障診斷方法主要根據(jù)故障電流或故障電壓等故障量的特點進行故障診斷，這些故障量都是連續(xù)型信號。國外研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)，電力系統(tǒng)故障會引發(fā)保護動作及斷路器跳閘，由此產(chǎn)生的離散信號也可以用來進行電力系統(tǒng)故障診斷，并通過Petri網(wǎng)建立故障診斷模型。近年來國內(nèi)外眾多研究人員針對電網(wǎng)故障提出了多種故障診斷的技術(shù)和措施，其中Petri網(wǎng)法通過代數(shù)矩陣運算，體現(xiàn)系統(tǒng)中同時發(fā)生、次序發(fā)生或者循環(huán)發(fā)生的多種動態(tài)活動，進而表征系統(tǒng)中離散隨機事件。Petri網(wǎng)因其簡潔高效的形式化語言以及計算及建模方式簡單直觀的特點，普遍應(yīng)用于電力系統(tǒng)故障診斷中[5-6]。

本文簡要介紹Petri網(wǎng)的基本概念、分類、優(yōu)缺點，分類介紹國內(nèi)外關(guān)于Petri網(wǎng)和改進Petri網(wǎng)在發(fā)電機組故障、輸電線路故障、變壓器故障、配電網(wǎng)故障、電力系統(tǒng)故障等不同類型故障診斷中的建模及應(yīng)用研究，并分析總結(jié)基于Petri網(wǎng)的電網(wǎng)故障診斷技術(shù)的發(fā)展方向。

1 Petri網(wǎng)介紹

Petri網(wǎng)因為其可視化圖形語言以及能夠處理離散信息而廣泛應(yīng)用于離散事件動態(tài)系統(tǒng)建模，是非常有效的建模工具。

1.1 Petri網(wǎng)基本概念

1962年，聯(lián)邦德國的Carl Adam Petri第一次提出運用網(wǎng)狀機構(gòu)的圖形來表示通信系統(tǒng)，這種系統(tǒng)模型后來被稱為Petri網(wǎng)?，F(xiàn)在Petri網(wǎng)一詞有2種含義，既表示Petri網(wǎng)模型，又表示以Petri網(wǎng)模型為基礎(chǔ)的理論[7-8]。

1.2 Petri網(wǎng)分類

Petri網(wǎng)系統(tǒng)分為基本網(wǎng)系統(tǒng)、庫所/變遷系統(tǒng)和高級網(wǎng)系統(tǒng)。

基本網(wǎng)系統(tǒng)可以用條件、事件及狀態(tài)流來描述。條件表示該系統(tǒng)的狀態(tài)元素，事件表示該系統(tǒng)的變遷元素。事情的發(fā)生與否決定系統(tǒng)的狀態(tài)是否為真，而事件的發(fā)生也會引起信息在基本網(wǎng)系統(tǒng)中的流動。通常用由條件和事件組成的三元組(B，E；F)表示有向網(wǎng)，其中B代表條件集，E代表事件集，F(xiàn)代表狀態(tài)流。

庫所/變遷系統(tǒng)又稱為P/T_系統(tǒng)，P代表庫所，T代表變遷。定義P/T_系統(tǒng)為一個六元組∑=(S，T；F，K，W，M0)，其中(S，T；F)為∑的基本網(wǎng)系統(tǒng)，K、W、M0分別為∑的容量函數(shù)、權(quán)函數(shù)、初始標(biāo)識。

高級網(wǎng)系統(tǒng)有謂詞/變遷系統(tǒng)、有色網(wǎng)系統(tǒng)和自控網(wǎng)系統(tǒng)3種類型。

1.3 Petri網(wǎng)優(yōu)缺點

Petri網(wǎng)模型簡單，建模語言簡潔、高效，可塑性強。正是由于Petri網(wǎng)的圖形化表示方式及高效處理離散信息的特點，它可以對電力系統(tǒng)中同時發(fā)生、次序發(fā)生或者循環(huán)發(fā)生的故障進行定時或定量的分析，在電力系統(tǒng)故障診斷方面有著巨大的應(yīng)用潛力。但是該方法也存在以下不足：

a)電力系統(tǒng)故障時，調(diào)度中心接收到的離散信息數(shù)量龐大且真假性難辨，往往存在保護或斷路器誤動或拒動等不確定信息，此時Petri網(wǎng)法對錯誤信息的識別能力較差，在保護或斷路器誤動、拒動的情況下往往會得到錯誤的故障診斷結(jié)果。

b)對于拓撲結(jié)構(gòu)易變且節(jié)點數(shù)目繁多的電網(wǎng)，建立的Petri網(wǎng)故障診斷模型的適用性較低，過多依靠專家經(jīng)驗，且故障診斷時效性較差，如果診斷維數(shù)較多，甚至?xí)l(fā)生狀態(tài)空間爆炸。

2 Petri網(wǎng)在電力系統(tǒng)元件故障診斷中的應(yīng)用研究

K.L.Lo等人根據(jù)Petri網(wǎng)能夠處理離散信息的特點，提出基于Petri網(wǎng)理論的分布故障診斷[9]，并提出將Petri網(wǎng)模型應(yīng)用于電網(wǎng)故障定位[10]。首先以電網(wǎng)元件為單位形成故障清除過程的Petri網(wǎng)模型，而后經(jīng)過反向推理得到故障診斷的Petri網(wǎng)模型，最終將二者進行整合，可以得出整個電力系統(tǒng)Petri網(wǎng)故障診斷模型。與傳統(tǒng)利用模式識別和假設(shè)檢驗故障診斷模式相比，該方法更適用于拓撲結(jié)構(gòu)不斷變化的電力網(wǎng)絡(luò)。但若存在故障時保護或斷路器誤動、拒動等不確定信息時，這種以簡單Petri網(wǎng)模型為基礎(chǔ)的故障診斷方法準確率較低，往往得不到理想的故障診斷結(jié)果。因此，有研究學(xué)者提出多種改進Petri網(wǎng)的故障診斷模型，并應(yīng)用于電網(wǎng)故障診斷。

電網(wǎng)承擔(dān)著電能輸送的重任，任意一個環(huán)節(jié)故障都會造成電能傳輸受阻?？紤]各個環(huán)節(jié)及電網(wǎng)中的重要元件，將電網(wǎng)中的故障進行簡單分類，見表1。

表1 基于不同故障類型的Petri網(wǎng)模型Tab.1 Petri net models based on different fault types

2.1 基于Petri網(wǎng)的發(fā)電機組故障診斷模型

電力系統(tǒng)發(fā)電機組是生產(chǎn)電能的重要設(shè)備，也是電力系統(tǒng)中故障發(fā)生頻率較高的一項單元，發(fā)電機包括燃氣輪機、汽輪機等。針對發(fā)電機組的故障診斷方法很多，而Petri網(wǎng)法常常是發(fā)電機組故障診斷眾多方法中的輔助方法，用來提高發(fā)電機組故障診斷準確率。

文獻[23]提出將Petri網(wǎng)法用于異步電機故障診斷，且將Petri網(wǎng)法與智能案例推理方法相結(jié)合，簡化異步電機故障診斷過程，實現(xiàn)故障診斷的可視化。另外，新能源發(fā)電是歷年來研討的熱點，其中風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展較為成熟。然而針對風(fēng)力發(fā)電中的發(fā)電機組故障，故障診斷技術(shù)依然有待提升。汽輪機組振動故障發(fā)生時，傳統(tǒng)故障診斷方法過程繁雜且計算量較大。為解決這一問題，文獻[24]總結(jié)汽輪發(fā)電機組故障特征，并將其與傳統(tǒng)發(fā)電機故障類型進行對比，運用Petri網(wǎng)理論對汽輪發(fā)電機振動故障進行建模分析。但是該方法對于復(fù)雜故障的診斷效率較低且準確率不高，尤其在對飛機交流發(fā)電機進行故障診斷的過程中，診斷程序繁雜且效率較低。文獻[25]針對這一問題，提出將Petri網(wǎng)理論應(yīng)用到飛機交流發(fā)電機故障診斷中，并得到較好的診斷效果。文獻[26]在分析風(fēng)力機液壓變槳距系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上，提出一種新的Petri網(wǎng)模型和可靠性評價措施。利用Petri網(wǎng)理論對風(fēng)力發(fā)電機組液壓變槳系統(tǒng)運行的各種離散狀態(tài)進行建模，同時構(gòu)建故障Petri網(wǎng)模型，不僅用圖形語言表述液壓俯仰系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、性能和操作，并且能清楚地表示故障之間的邏輯關(guān)系，為后續(xù)研究提供新思路。然而當(dāng)存在不確定信息時，采用以上故障診斷方法所得故障診斷結(jié)果確信度較低，尤其是燃氣輪機，其故障診斷過程中存在大量不確定信息，使得燃氣輪機的故障診斷過程變得不再簡單。文獻[27]提出將直覺模糊集與模糊Petri網(wǎng)相結(jié)合，建立直覺模糊故障Petri網(wǎng)模型，該模型對燃氣輪機故障發(fā)生時的不確定信息有較高的容錯性，但是對于偶發(fā)性因素沒有較好的解決方案。為解決此類問題，文獻[16]在加權(quán)模糊Petri網(wǎng)的基礎(chǔ)上，提出加強的加權(quán)模糊Petri網(wǎng)及其推理算法，考慮燃氣輪機故障發(fā)生時的偶發(fā)性因素，具有較高的容錯性和診斷準確率。以上基于Petri網(wǎng)及改進Petri網(wǎng)的發(fā)電機組故障診斷只考慮離散信號，而沒有考慮故障發(fā)生時的電氣量變化，在故障診斷前的信息處理方面仍有不足。

2.2 基于Petri網(wǎng)的輸電線路故障診斷模型

輸電線路是電力傳輸過程的重要環(huán)節(jié)?？蓪⑤旊娋€路故障類型分為簡單故障和復(fù)雜故障，任何一種類型的故障都會影響電能的傳輸。國內(nèi)外研究學(xué)者針對輸電線路故障診斷進行了諸多研究[28-30]。輸電線路故障時，多個斷路器會啟動以隔離故障，避免對電力系統(tǒng)其余元件造成損害。而斷路器開合是一種離散信號，為此國內(nèi)外眾多研究學(xué)者提出將Petri網(wǎng)應(yīng)用于輸電線路故障診斷。

文獻[31]提出一種基于超高壓輸電線路保護繼電保護方案的Petri網(wǎng)模型，該模型包括3種類型的繼電保護方案和1種自動重合閘裝置；文獻[32]提出用Petri網(wǎng)對傳輸網(wǎng)保護系統(tǒng)進行建模，明確模型的3個重要部分，即有色總線、子網(wǎng)模型和中繼方案，為以后將Petri網(wǎng)應(yīng)用于輸電線路故障診斷奠定了堅實的基礎(chǔ)。但是在對電網(wǎng)輸電線路進行故障診斷的過程中，原有基于Petri網(wǎng)的診斷方法都是在輸電線路發(fā)生故障后才進行故障診斷，并且在故障發(fā)生后的短時間內(nèi)會有大量不確定報警信息涌入調(diào)度中心，使電力系統(tǒng)故障診斷的時效性與準確度有所降低。除此之外，輸電高峰期間，輸電線路一旦發(fā)生故障，將有極大概率造成大面積停電，嚴重危害電網(wǎng)安全。文獻[33]提出采用同步Petri網(wǎng)建模的分布式控制系統(tǒng)和協(xié)調(diào)協(xié)議，不僅可以檢測和恢復(fù)輸電系統(tǒng)的故障，而且可以提高輸電系統(tǒng)中可用負荷的利用率，很好地解決用電高峰期輸電線路遇到的問題。傳統(tǒng)的電力傳輸系統(tǒng)由許多變電站和輸電線路組成，當(dāng)變電站發(fā)生故障時，變電站的輸出可能中斷。文獻[34]在文獻[19]的基礎(chǔ)上，提出利用Petri網(wǎng)對電力傳輸系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行形式化混合，并通過案例驗證故障檢測的正確率及故障恢復(fù)的時效性。但是以上2種方式均需要經(jīng)驗豐富的監(jiān)督員選擇合適的故障恢復(fù)方式，在一定程度上依然依賴于人工經(jīng)驗。

2.3 基于Petri網(wǎng)的變壓器故障診斷模型

變壓器故障繁雜，其故障診斷和維修是一項復(fù)雜的工作。變壓器故障診斷的方法種類繁多[35-40]，其中基于Petri網(wǎng)的變壓器故障診斷也有相應(yīng)的發(fā)展。

文獻[41]利用Petri網(wǎng)對變壓器故障診斷過程進行仿真，并定義變壓器維修后的動作，目的是識別故障類型并估計維修時間。文獻[42]針對饋線故障、過載、過平衡問題和主變壓器故障、過載問題，提出一種Petri網(wǎng)算法，該算法與一種新型恢復(fù)方法相結(jié)合，用于處理系統(tǒng)中的分布式偶發(fā)事件；系統(tǒng)在過載情況下安全運行，在故障情況下斷開故障區(qū)域的一切開關(guān)，而后閉合適當(dāng)?shù)拈_關(guān)，復(fù)原隔離區(qū)域，通過實例驗證該方法能夠有效解決配電系統(tǒng)多種偶發(fā)問題，其中包括變壓器故障。雖然利用Petri網(wǎng)模型進行變壓器故障診斷減少了故障發(fā)生時的分布式偶發(fā)問題的影響，但是對于存在不確定信息的變壓器故障，診斷結(jié)果的確信度有待提高。文獻[38]提出利用先進廣義隨機Petri網(wǎng)技術(shù)，解決電力變壓器保護繼電器報警信息不完全、不確定的電力變壓器故障診斷問題，通過對變壓器常見故障類型(如短路、絕緣失效、漏油和過載)進行仿真，得到較為理想的結(jié)果，而且該措施能夠應(yīng)用于不同的電力系統(tǒng)元件；但是診斷模型中參數(shù)的設(shè)定往往依據(jù)人工經(jīng)驗，受人為主觀因素影響較大。文獻[43]提出綜合變壓器故障診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合多Agent系統(tǒng)與模糊Petri網(wǎng)理論，在故障信息不完全的情況下也可以得到較準確的診斷結(jié)論；但是利用多Agent系統(tǒng)進行故障診斷的前提是需要大量的樣本數(shù)據(jù)，而有關(guān)變壓器故障診斷大部分研究工作的樣本非常小，因而該方法應(yīng)用并不廣泛。

3 Petri網(wǎng)在配電網(wǎng)故障診斷中的應(yīng)用研究

在基于Petri網(wǎng)的配電網(wǎng)故障診斷過程中，可以將其看成一個小型電力系統(tǒng)。配電網(wǎng)運行方式復(fù)雜多樣，一旦發(fā)生故障，不僅影響人們的生產(chǎn)與生活，如果處理不當(dāng)還會影響工業(yè)領(lǐng)域的可靠性和安全性。目前，有一系列文獻介紹了關(guān)于配電網(wǎng)故障診斷的方法[44-48]，其中基于Petri網(wǎng)的配電網(wǎng)故障診斷具有很好的處理復(fù)雜系統(tǒng)故障診斷的能力。有關(guān)Petri網(wǎng)的配電網(wǎng)故障診斷模型分類及其優(yōu)缺點見表2。

表2 基于Petri網(wǎng)的配電網(wǎng)故障診斷模型Tab.2 Distribution network fault diagnosis model based on Petri net

配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障發(fā)生時的一系列偶發(fā)問題是對配電網(wǎng)進行故障診斷的難點。文獻[42]提出的一種與新型恢復(fù)方法相結(jié)合的Petri網(wǎng)算法，將其應(yīng)用于變壓器與配電網(wǎng)故障診斷，并以臺灣電力配電網(wǎng)為例，驗證了該方法能有效地解決配電系統(tǒng)的多種偶發(fā)問題。文獻[53]針對配電系統(tǒng)的負載均衡問題，提出基于規(guī)則的有色Petri網(wǎng)專家系統(tǒng)，對于夏季用電高峰時期發(fā)生的過載事故可以很好地進行負載平衡，預(yù)防故障發(fā)生。配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，各種保護及斷路器之間相互配合且關(guān)系復(fù)雜，專家系統(tǒng)的知識庫和規(guī)則庫也隨著配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜而逐漸復(fù)雜化，因此以專家系統(tǒng)為主的配電網(wǎng)故障診斷模型的適用性較低。

現(xiàn)今新能源發(fā)電受到國內(nèi)外的青睞，分布式發(fā)電技術(shù)也愈趨成熟，但分布式電源的連接本質(zhì)上改變了配電網(wǎng)保護系統(tǒng)的運行，可能導(dǎo)致重合閘故障、健康饋線斷開或保護運行失效。文獻[54-55]對改進量子行為粒子群優(yōu)化算法進行改進，使其適用于含離散信息的分布式配電網(wǎng)故障診斷。文獻[56]提出一種基于Petri網(wǎng)的、以集中式監(jiān)控架構(gòu)為支撐的輻射配電網(wǎng)保護系統(tǒng)故障監(jiān)控方法，該方法易于識別故障線路和錯誤的保護裝置操作，對于未發(fā)生故障卻停止服務(wù)的區(qū)域，也能夠盡可能多地恢復(fù)該區(qū)域內(nèi)的服務(wù)，由此避免配電系統(tǒng)中元件的過載；但是對于可能由于通信等原因?qū)е碌腻e誤信息，研究并未給出具體方案。在以上研究的基礎(chǔ)上，文獻[52，57]考慮時間因素，將時間序列層次模糊Petri網(wǎng)應(yīng)用于配電網(wǎng)故障診斷中，所提措施能夠高效利用故障發(fā)生時出現(xiàn)的大量告警信息，并在原有基礎(chǔ)上加入時序特性，且在推理的最后引入高斯函數(shù)優(yōu)化故障概率，提升配電網(wǎng)故障診斷結(jié)果的準確性。但是對于規(guī)模龐大的配電網(wǎng)，時間序列層次模糊Petri網(wǎng)的故障診斷模型往往生成規(guī)模較大的矩陣，診斷的時效性有待提高。

4 Petri網(wǎng)在電力系統(tǒng)故障診斷中的應(yīng)用研究

文獻[58-60]針對電力系統(tǒng)故障診斷方法進行了多方面研究。電力系統(tǒng)故障診斷過程需得到來自數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控(supervisory control and data acquisition，SCADA)系統(tǒng)的信息，當(dāng)信息到達控制中心時，操作員分析數(shù)據(jù)并進行故障診斷。診斷過程的準確性和速度完全取決于操作人員的經(jīng)驗。隨著電力系統(tǒng)的復(fù)雜性增強，特別是在保護裝置發(fā)生多次故障或不正確操作的情況下，操作人員需要處理的信息量可能非常龐大，以至于無法正確及時地對電力系統(tǒng)進行故障診斷。為此，國內(nèi)外研究學(xué)者將計算機與電力系統(tǒng)故障診斷相結(jié)合，提出基于大數(shù)據(jù)及Petri網(wǎng)理論的電力系統(tǒng)故障診斷模型，用于復(fù)雜電力系統(tǒng)的故障診斷?，F(xiàn)有的基于Petri網(wǎng)的電力系統(tǒng)故障診斷研究方向可以綜合為圖1所示的3個方面：算法優(yōu)化、模型結(jié)構(gòu)改進和時序信息處理。

圖1 基于Petri網(wǎng)的電力系統(tǒng)故障診斷方法Fig.1 Power system fault diagnosis method based on Petri net

文獻[10]提出運用Petri網(wǎng)模型檢測電網(wǎng)故障發(fā)生位置的新方法，對于復(fù)雜電網(wǎng)故障診斷具有較強的適用性，面對大量報警信息能夠減少故障診斷時間，提高準確率；但是，對于大型分布式系統(tǒng)中的報警關(guān)聯(lián)問題考慮并不全面。文獻[61]針對電力系統(tǒng)中保護繼電器以及斷路器不完全、不確定的報警信息，以模糊Petri網(wǎng)為建模工具，建立電力系

統(tǒng)故障診斷模型，通過計算機仿真進行可行性驗證，當(dāng)系統(tǒng)中有大量不確定的報警信息的情況下，也能獲得滿意的結(jié)果。文獻[62]提出一種基于模糊定時Petri網(wǎng)的電力系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)：模糊定時與庫所/變遷相關(guān)聯(lián)，以處理繼電器和斷路器的不確定信息；繼電器和斷路器接收到的延遲時間信息映射到模糊時間戳，作為后向模糊定時Petri網(wǎng)的初始標(biāo)記；實例仿真結(jié)果表明，該方法比傳統(tǒng)故障診斷方法耗時短，且適用于不同的電網(wǎng)。模糊推理Petri網(wǎng)在不確定和不完全信息處理方面有明顯優(yōu)勢，也是處理復(fù)雜電力系統(tǒng)故障段預(yù)估問題的一種有效技術(shù)手段。但簡單模糊化處理并未改進故障診斷模型的結(jié)構(gòu)，在電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，模型的適用性不高。而且所建立模型中參數(shù)的設(shè)定往往依據(jù)專家經(jīng)驗，受人為主觀因素影響較為明顯，且對新型電力系統(tǒng)適用性較差。為此，國內(nèi)外研究學(xué)者在模糊Petri網(wǎng)的基礎(chǔ)上，提出多種改良模糊Petri網(wǎng)電力系統(tǒng)故障診斷模型，旨在進一步提高故障診斷的準確率。文獻[63]提出基于信息優(yōu)化的動態(tài)Petri網(wǎng)電網(wǎng)故障診斷模型，在常規(guī)Petri網(wǎng)的故障診斷模型基礎(chǔ)上引入動態(tài)抑制弧元素，改進基本Petri網(wǎng)結(jié)構(gòu)，使其適用于拓撲結(jié)構(gòu)變化的電力系統(tǒng)。文獻[64]將參數(shù)優(yōu)化的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法與改良動態(tài)自適應(yīng)模糊Petri網(wǎng)相結(jié)合，該故障診斷措施推理簡單，在報警信息不完備的情況下仍然能給出較精確的診斷結(jié)果，且不受人主觀因素的影響，具備良好的容錯性；但是傳統(tǒng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在參數(shù)優(yōu)化過程中缺乏學(xué)習(xí)經(jīng)驗，過于簡單的尋優(yōu)過程難免會使尋優(yōu)結(jié)果陷入局部最優(yōu)解。文獻[59，65-67]將時間約束引入模糊Petri網(wǎng)進行故障診斷，該模型具備模塊化結(jié)構(gòu)，易于適應(yīng)不斷變化的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，且適用于現(xiàn)代保護方案。文獻[58，68]將直覺模糊Petri網(wǎng)理論應(yīng)用于電力系統(tǒng)故障診斷，所提模型充分利用拓撲分析和各種電氣設(shè)備、主保護及后備保護動作與斷路器跳閘之間的邏輯關(guān)系，具有較高的故障診斷準確率。上述基于Petri網(wǎng)及改進Petri網(wǎng)的故障診斷方法并未考慮電網(wǎng)故障時的電氣量信息，在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅速的條件下，應(yīng)通過有效的信息融合尋找適用于現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)的故障診斷方法，建立更為合適的故障診斷模型。

5 基于Petri網(wǎng)的電網(wǎng)故障診斷技術(shù)的發(fā)展方向

通過對Petri網(wǎng)及改進Petri網(wǎng)在電網(wǎng)故障診斷方面的研究與分析，總結(jié)了與不同故障類型相適應(yīng)的故障診斷模型。后續(xù)針對Petri網(wǎng)在電網(wǎng)診斷方面的研究可從以下幾個方面入手：

a)將電氣量信號與保護及斷路器的動作信息等離散信號相結(jié)合，提高故障診斷的時效性。在發(fā)電機組中有關(guān)燃氣輪機故障診斷過程中，利用模糊Petri網(wǎng)以及廣義隨機Petri網(wǎng)構(gòu)建故障診斷模型，輸入信息均為離散隨機信號，忽視了故障發(fā)生時的故障電流等連續(xù)型信號，缺少與電氣信息的融合，當(dāng)故障信息缺失時，故障診斷結(jié)果的確信度較低。輸電線路故障診斷過程與之類似，將保護及斷路器動作信息作為模型的輸入，盡管加入了模糊規(guī)則，故障診斷結(jié)果的確信度依然有待提高。因此，應(yīng)考慮故障發(fā)生時產(chǎn)生的連續(xù)型電氣信息，以提升故障診斷結(jié)果的確信度。

b)采用多種算法相結(jié)合的人工智能優(yōu)化算法優(yōu)化模型參數(shù)。油浸式變壓器故障時，通常根據(jù)變壓器內(nèi)部所產(chǎn)生的各種氣體形成故障特征值，判斷變壓器所發(fā)生的故障類型?；赑etri網(wǎng)的變壓器故障診斷利用所提取的故障特征作為模型的輸入，但是模型中的參數(shù)卻根據(jù)人工經(jīng)驗設(shè)定，受人為主觀因素影響較大。雖然有學(xué)者采用遺傳算法或人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法優(yōu)化模型參數(shù)，在一定程度上減小人為主觀因素的影響，但是仍存在不足：基于遺傳算法優(yōu)化過程耗費時間較長，效率較低；基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法優(yōu)化缺乏學(xué)習(xí)經(jīng)驗，易使待優(yōu)化參數(shù)陷入局部最優(yōu)值。因此，需要選擇更為合適的人工智能優(yōu)化算法，為后期故障診斷打下堅實基礎(chǔ)。

c)研究新能源并網(wǎng)過程中分布式系統(tǒng)的在線故障診斷器的設(shè)計。如何根據(jù)相應(yīng)的控制策略及分布式能源并網(wǎng)控制方式來實現(xiàn)在線故障診斷器的設(shè)計，是值得研究的一項內(nèi)容。有學(xué)者設(shè)計出簡單Petri網(wǎng)的配電網(wǎng)故障診斷的人機交互系統(tǒng)，但是對于含有新能源發(fā)電的配電網(wǎng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，需要進一步研究。

6 結(jié)束語

在電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)變動及故障發(fā)生后大批報警信息涌入調(diào)度中心時，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)故障診斷的準確率和時效性并不高。學(xué)界對電力系統(tǒng)故障診斷進行了多方面的研究，本文針對基于Petri網(wǎng)的電力系統(tǒng)故障診斷進行了總結(jié)和分析，目前完成的工作主要包括以下幾個方面：

a)針對發(fā)電機組故障，介紹了基于Petri網(wǎng)及改良Petri網(wǎng)的發(fā)電機組故障診斷模型。Petri網(wǎng)用于發(fā)電機故障診斷時通常作為傳統(tǒng)發(fā)電機故障診斷方法中的輔助方法，利用故障發(fā)生時的離散信息來提高發(fā)電機故障診斷的效率和準確性，通過加權(quán)、模糊等規(guī)則優(yōu)化Petri網(wǎng)模型，在信息不完備情況下仍能得到較為準確的故障診斷結(jié)果，提高故障診斷結(jié)果的容錯性。

b)針對輸電線路故障，介紹了基于Petri網(wǎng)的輸電線路故障診斷模型。將Petri網(wǎng)應(yīng)用于輸電線路故障診斷，打破了原有利用故障電流進行故障類型判斷的局限，且Petri網(wǎng)的圖形化表示方法使故障診斷模型更加直觀。但是簡單Petri網(wǎng)模型對于不確定信息的容錯性較低，為此，將模糊推理和Petri網(wǎng)理論相結(jié)合，提出基于模糊Petri網(wǎng)的輸電線路故障診斷模型，驗證結(jié)果表明該模型可以有效提高輸電線故障診斷的容錯性。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生改變時，以往模型并不能適應(yīng)拓撲結(jié)構(gòu)改變后的輸電線路，而基于有色Petri網(wǎng)的輸電線路故障診斷模型可以很好地解決這一問題，但是對于輸電線路的在線故障診斷和故障預(yù)測仍需要進一步改進。

c)針對變壓器故障，介紹了基于Petri網(wǎng)和改良Petri網(wǎng)的變壓器故障診斷模型。其中基于Petri網(wǎng)的變壓器故障診斷模型主要用于變壓器故障的識別和故障診斷時間的估計。對于不確定、不全面的報警信息，可以使用廣義隨機Petri網(wǎng)模型，但針對變壓器故障診斷的實際樣本依然較少，對變壓器故障的診斷仍然以傳統(tǒng)方法為主。

d)針對配電網(wǎng)故障，介紹了將Petri網(wǎng)理論應(yīng)用于配電網(wǎng)故障診斷的建模過程。針對配電網(wǎng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，基于Petri網(wǎng)的配電網(wǎng)故障診斷可以有效解決配電網(wǎng)故障發(fā)生時的一系列偶發(fā)問題。另外，國內(nèi)外學(xué)者提出基于時間序列層次模糊Petri網(wǎng)的配電網(wǎng)故障診斷模型，驗證結(jié)果表明所提模型可以解決不確定報警信息引起的診斷結(jié)果確信度較低的問題。

e)針對電力系統(tǒng)故障，介紹了Petri網(wǎng)理論在電力系統(tǒng)故障診斷過程中的應(yīng)用。通過引入模糊規(guī)則、時序信息等，解決存在不確定報警信息時故障診斷結(jié)果可信度較低的問題；國內(nèi)外學(xué)者所提的改進Petri網(wǎng)模型可以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的電力系統(tǒng)，然而在大型電力系統(tǒng)連鎖故障診斷和在線故障診斷方面，應(yīng)用并不普遍。