基于模糊Petri的GIS故障诊断与可靠性分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电气设备检测技术领域，特别涉及基于模糊Petri的GIS故障诊断与 可靠性分析方法。
【背景技术】
[0002] 气体绝缘金属封闭开关设备GIS(gasinsulatedswitchgear)由于占地面积小、 可靠性高、安全性好、检修周期长、受环境影响小等优点，被广泛用于城市变电站。随着电网 规模的不断扩大，电力系统对供电可靠性要求越来越高，据资料统计，GIS设备的故障率只 有常规的敞开式设备的16. 6%~40%，但GIS故障不易被发现，且一旦发生故障，维修困 难，给城市供电带来巨大的损失。GIS故障大致可分为机械故障、绝缘故障、二次回路故障、 本体渗漏故障、其他故障等。机械故障和绝缘故障是GIS中较为常见的故障。机械故障多 发生在操动机构，非操动机构的故障相对较少。绝缘故障一般由两类原因引起，一方面，各 种过电压会导致局部场强超过临界场强，从而导致局部放电的产生，另一方面，绝缘缺陷引 起GIS内部电气强度减弱，也会诱发局部放电。而GIS的各类绝缘缺陷可归类于如下五类 缺陷：毛刺、悬浮电位、自由粒子、附着物、绝缘气隙等。及时准确的发现故障和采取相应的 措施处理、排除故障具有重要的意义。
[0003]GIS内有多种开关设备，其故障具有随机性、多样性、复杂性；故障征兆具有模糊 性；事件因果关系具有不确定性，数据采集与监视控制系统SCADA(SupervisoryControl AndDataAcquisition)提供的信息具有不确定性和不完整性。所以在加强对GIS监测的 同时，更要对GIS监测结果进行综合分析以便精确诊断。GIS综合诊断方法有神经网络、聚 类分析、粗糙集、支持向量机、专家系统等，但这些研宄方法有一定的局限性和不全面性，主 要表现为：需要复杂的计算；对于小样本会导致高误差，对于大样本会导致网络收敛困难； 在通用性、实时性和准确性等方面都有缺陷。探索一种高效可行的GIS故障诊断方法，清 晰动态地表达故障信息，准确地对GIS故障进行诊断和状态评价具有非常重要的意义。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述【背景技术】提出的技术问题，本发明旨在提供基于模糊Petri的GIS 故障诊断与可靠性分析方法，将模糊Petri网应用在GIS在线检测和故障诊断中，通过 Petri网的图形描述能力和模糊系统的模糊推理能力，使得知识表示简单清晰，便于故障的 分析、推理和决策，从而对GIS系统进行定性、定量的性能分析。
[0005] 为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
[0006] 基于模糊Petri的GIS故障诊断与可靠性分析方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤（1):定义模糊Petri结构是一个九元组FPN:
[0008] FPN= (P，T，D，I，0，f，a, 0，q)
[0009]其中：
[0010]P= {Pl，P2，…，Pn}，是一个有限的非空库所集，表示故障事件的集合，PiS1个库 所，i= 1，2, 3,…，n;
[0011] T=It1,t2，…，tj，是一个有限的非空变迀集，表示故障事件的状态变化或行为动 作，反映故障传播阶段的更替，tj为1个变迀，j= 1，2, 3,…，m;
[0012] D=Id2，…，dn}，是一个有限的命题集，屯为1个命题，i= 1，2,3,…，n，屯表 示PiK代表故障事件发生的命题；
[0013] I:PXT- {0, 1}，是mXn输入关联矩阵，表示从库所到变迀的映射位置；
[0014] O:TXP- {0, 1}，是mXn输出关系矩阵，表示从变迀到库所的映射位置；
[0015] f:T- [0, 1]，是变迀的置信度，Uj=f(tj)，Uj表示变迀规则的置信度向量；
[0016] a:P- [0，1]，是P的可信度，yi=a(Pi)，y^为托肯，表示库所Pi的真实度向 量；
[0017] 0是库所到命题的双向映射，即0 (Pi) = (IiQ= 1，2,…，n);
[0018]n=W1,n2,…，nn}T为标志矩阵，ni取值为1或〇,分别表示库所Pi有效或无 效。
[0019] 步骤（2):根据步骤（1)模糊Petri结构的定义，构建复合模糊Petri网络；
[0020] 步骤（3):结合GIS统计故障案例，将GIS故障进行分类，统计GIS各种故障所占 得百分比，按步骤（2)中构建的复合模糊Petri网络，建立基于模糊Petri的GIS故障诊断 丰旲型；
[0021] 步骤（4):设定初始可信度值/、变迀规则置信度U、变迀的阈值X及标志矩阵 n；
[0022] 步骤（5):当GIS系统无故障现象发生时，通过在线监测GIS设备预测潜在的故障 征兆，由模糊Petri网络的正向矩阵推理算法原理进行故障可靠性分析，得到存在的潜伏 性故障、实现对系统故障严重程度的评价和初始库所的重要度分析；
[0023] 步骤（6):当GIS故障已经发生时，首先由基于模糊Petri的GIS故障诊断模型建 立初始库所集合、目标库所以及各个库所的可达集合、立即可达集合，然后从目标开始，按 可信度最大的原则进行查询，反向使用模糊推理规则，找出该目标的前提命题，如果该前提 命题还是其他规则的结论，再重复步骤(6)，直到对某个规则的前提给出确定的判断为止。
[0024] 其中，步骤（1)中Uj的取值范围是[0, 1]。
[0025] 其中，步骤（1)中yi的取值范围是[0, 1]。
[0026] 其中，步骤⑷中所述初始可信度值y°为可信度值y的初始值，其中，y= {yi,y2,yJT°
[0027] 其中，步骤（4)中所述变迀规则置信度U=diaglu^i^, ???，!〇，diag{}表示将{} 内的向量组成对角矩阵。
[0028] 采用上述技术方案带来的有益效果：
[0029] (1)本发明通过Petri网的图形描述能力和模糊系统的模糊推理能力，使得知识 表示简单清晰，便于对GIS故障进行分析、推理和决策；且本发明不需要复杂的计算，收敛 快，具有较好实时性和准确性；本发明利用模糊数学理论和方法可以有效的处理研宄对象 和系统的不确定性和模糊性；
[0030] (2)在基于模糊Petri的GIS故障诊断模型中，采用基于统计事件的概率值来确定 对应库所的初始标志，这样在实际应用中，只要根据统计数据更新模糊petri网的初始库 所的可信度就可以将诊断推理顺利的进行下去，扩大了模型的适用范围；
[0031] (3)本发明采用矩阵的正向推理能充分利用模糊Petri网的数学理论基础和描述 并发系统的能力，具有并行推理能力，可以同时得到推理后系统的全部状态值，非常适合数 据不完备、不确定、模糊情况下的在线诊断。
【附图说明】
[0032] 图1是本发明复合模糊Petri网络结构图；
[0033] 图2是本发明基于模糊Petri的GIS故障诊断模型示意图；
[0034] 图3是本发明的流程图；
[0035] 图4是本发明以GIS绝缘缺陷为例构建的基于模糊Petri的GIS故障诊断模型示 意图。
【具体实施方式】
[0036] 以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
[0037] 基于模糊Pet