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1、一种基于Petri网技术的牵引供电系统故障诊断方法摘 要 介绍一种基于Petri网的牵引供电系统故障诊断方法,可用于检测节点是否发生故障和判断信号是否准确。给出了应用实例。与传统方法相比,该方法提高了效率和准确性,更适合于在线检测。关键词 牵引变电所,Petri网,故障诊断 城市轨道交通采用直流供电制式,供电电压在550～1500V之间,对于直接从系统高压电网获得电力的城市轨道交通供电系统,往往需要再设置一级主降压变电站,将输电电压如110～220kV降低到10～35kV以适应直流牵引变电所的需要[1]。Petri的博士论文中提出的,它实际上是一个有向图。其基本原理是通过三
2、个基本的结构元素:位置(place)、变迁(transtion)和弧(arc),来描述一个系统之间各元素的有机关系。Petri网最初用于计算机的并行处理。随着Petri网研究的不断深入,它已成为研究离散事件动态系统的一种有力工具。两个成功的应用领域是性能评价和通信协议,其他有前途的应用领域包括分布式数据库系统、故障诊断等。一个Petri网中位置集用于描述可能的系统局部状态,变迁用于描述修改系统状态的事件,弧是局部状态和事件之间的关系。在Petri网模型中,标记(token)包含在位置中,他们在位置中的状态变化表示系统的不同状态。如果一个位置描述一个条件,6它能包含一个标记或不
3、包含标记。当一个标记表现在这个位置中,条件为真,否则为假。如果一个变迁的所有输入位置(这些位置连接到这个变迁,弧的方向从位置到变迁)至少包含一个标记,那么这个变迁可能实施(相联系的事件可能发生)。定义1[3]:一个三元组N=(S,T;F)是一个Petri网,当且仅当:(1)S∪T=<(网非空),(2)S∩T=<(二元性),(3)FΑ(S×T)∪(T×S)(流关系仅存在S与T元素之间),(4)dom(F)∪cod(F)=S∪T(没有孤立元素)。在图形上,S元素用一个圆圈来表示,T元素用一段竖黑线来表示,S与T之间的流关系F用带箭头的弧表示。定义2:对于任何给定的Pe
4、tri网,它的拓扑结构可用一个矩阵来表示。这个矩阵被称为关联矩阵,它有s行,t列,定义为:直流牵引变电所将三相高压交流电变成适合轨道交通车辆应用的低压直流电,是动车正常运行的重要保证。但是由于牵引供电系统的复杂性,大量的故障信息需要处理,人力难以克服,基于人工智能和模式识别的计算机辅助诊断需要惊人的计算量和启发性原则。本文提出从基于微机的继电保护系统获得信号,将Petri网理论应用于牵引供电系统故障诊断,提高了故障诊断的准确性和效率。故障和故障诊断的定义参见文献[2]。1 Petri网理论Petri网的概念最初是在1962年CarlAdam-W(s,t),iff (s,t)6
5、∈FC(s,t)=+W(s,t),iff (t,s)∈F0,其他情况其中W(s,t)是从s到t的弧的权值,称为弧权函数;(s,t)∈F意味着存在一个从s到t的流关系。2 应用实例2.1 实例模型图1为一个有断路器保护的节点模型[4]。模型中:N1代表网络节点,R1代表继电器,CB1代表断路器,tn是继电器感测到故障电流的过程,tr1是断路器CB1排除故障的过程。标记(token)在N1处代表系统故障出现在节点N1处;标记(token)在R1处代表继电器感测到故障电流,R1随即触发CB1,即实施变迁tr1。标记(token)在CB1处意味着故障清除。图1 有断路器保护的节点模型
6、 用Petri网模型模拟牵引变电所主接线关键节点的拓扑结构,适合用于各种类型的变电所故障诊断(见图2)。考虑母线N1,它处于断路器CB1,CB3保护中,Dm是一个虚拟位置,建立Petri网模型如图3。6图2 牵引变电所单母线分段接线2.2 故障诊断故障诊断的过程是故障清除过程的逆过程,为此我们把弧的箭头指针反向就可以得到故障诊断的模型[4],见图4。2.3 仿真过程仿真过程就是说明怎么样把收到的信息映射到Petri网模型中,并且分析在某个节点是否存在故障。假设从基于微机的继电保护系统获得收到以下的信息:CB1=11,CB3=11,tr1=0.5s,tr3=0.6s,在这里1
7、1代表装置动作。图3 网络节点N1的Petri网模型图4 网络节点的网故障诊断模型给出公式M1=M0+CU[5],其中M1为位置集最终标识,M0为位置集初始标识(有标记置1),C为Petri网关联矩阵。tr1,tr3存在时间段,所以U=[111]T,第一个元素在任何情况都置为1[4]。分析结果,可以看出,N1位置中有标记(token),这意味N1有故障;R1,R36中有标记(token)这意味继电器动作;如果节点中有标记且其关联的所有的继电器均动作,则可以得出此节点有故障的结论。如果CB1=11是唯一接
