基于Petri网的变电站故障自动诊断方法及系统与流程

本发明涉及一种基于petri网的变电站故障自动诊断方法及系统。

背景技术：

目前，无论是智能变电站，还是经过数字化改造的传统变电站，都配备了众多监控系统，以便对保护装置、断路器设备、通信设备进行监控。例如，单个变电站公用信号分类图中包含的画面索引包含全站测控检修、全站测控检修异常报警、逆变电源柜故障报警、时间同步系统主机柜告警、网络报文分析和mms记录仪报警、同步相量测量主柜pmu装置报警、站控层网络交换机柜交换机报警、消防装置火灾告警、i-iv区数据通信网装置报警、tmu装置电源失电告警、局放在线监测pdm等多达60个报警窗。

如此众多的报警窗，每秒提供的设备报警或者自检信息可达10余条，每天约86万条。如此海量的报警信息，目前仍然靠值班员进行人工分析，工作量巨大。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于petri网的变电站故障自动诊断方法及系统，本发明能够极大的节省人力成本，而且达到对故障的快速诊断，取得事半功倍的效果，解决目前变电站仅靠人工进行故障诊断的弊端，能够自动检测出故障元件。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于petri网的变电站故障自动诊断方法，包括以下步骤：

截取变电站内所有报警信息；

将报警信息转换为与之对应的托肯，布入对应所属petri网结构；

判断是否有petri网算法的最终节点布入托肯，如果有，则确定有故障，否则继续截取变电站内所有报警信息。

作为进一步的限定，利用winpcap软件抓取物理线路上的数据包。

作为进一步的限定，将数据包与petri网诊断算法的末端库所对比，若对比成功，将一个托肯布入对应的库所内。

作为进一步的限定，每个库所仅布入一次托肯。

作为进一步的限定，布入托肯后的petri网开始启动，经过多次变迁到达最终的诊断库所。

作为进一步的限定，petri网结构包括信号通道故障诊断petri网，其结构包括互感器一次侧绝缘故障库所集、ct/pt断线报警库所集、ct/pt采样异常库所集、互感器固件故障报警库所集、供电电源开断及抖动报警库所集、保护电压/电流采样无效库所集、goose链路断链库所集、对端goose信号异常库所集和goose信号抖动或畸变库所集形成的末端库所，各个库所集经过变迁后进行归类，形成sv采样异常库所集和goose报文异常库所集，再次进行变迁后，形成信号通道故障库所集。

作为进一步的限定，petri网结构包括保护拒动故障诊断petri网，其结构包括多个末端库所，其中第一末端库所包括直流供电电源故障报告库所集、ram故障信号库所集、定值区内容损坏信号库所集、定值区内容损坏信号库所集、保护a/d故障信号库所集和dsp故障信号库所集，第一末端库所经过变迁后形成保护闭锁库所集；

第二末端库所包括保护软压板未投入库所集、采样数据异常或无效告警库所集和对端保护装置告警库所集，第二末端库所经过变迁后形成保护未启动库所集；

第三末端库所包括保护内部通讯异常库所集和保护出口故障告警库所集，第三末端库所经过变迁后形成外围硬件故障库所集；

保护未启动库所集和保护闭锁库所集经过变迁后形成主元件故障库所集，与外围硬件故障库所集经过变迁后，形成保护拒动故障库所集。

作为进一步的限定，petri网结构包括断路器拒动故障诊断petri网，其结构包括多个末端库所，第一末端库所包括控制回路断线报警库所集、储能回路断线报警库所集、继电器切换不良报警库所集和跳闸线圈断线库所集，第一末端库所经过变迁后形成机械故障库所集；

第二末端库所包括控制电源失电报警库所集、低气压闭锁信号库所集、局放在线检测报警和六氟化硫微水在线检测报警库所集，第二末端库所经过变迁后形成电气故障库所集；

机械故障库所集和电气故障库所集经过变迁后，形成断路器拒动库所集。

作为进一步的限定，每一个诊断petri网的末端库所，布入相应的故障信号对应的托肯，若此时变迁满足与条件，托肯向下传递进入下一个库所，若继续满足变迁条件，还要继续传递，直到不能传递为止。

作为进一步的限定，当信号通道故障诊断petri网、保护拒动故障诊断petri网和断路器拒动故障诊断petri网的根部库所布入托肯后，断定发生相应故障。

基于petri网的变电站故障自动诊断系统，运行于处理器或存储器，被配置为执行以下指令：

截取变电站内所有报警信息；

将报警信息转换为与之对应的托肯，布入对应所属petri网结构；

判断是否有petri网算法的最终节点布入托肯，如果有，则确定有故障，否则继续截取变电站内所有报警信息。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

目前变电站监控都是值班员24小时值守监控屏幕，人工判断故障元件，而本发明能够在自动检测出故障元件，仅仅将故障结果提供给值班人员，大大减少了人力，并且提高了诊断精度。

本公开利用petri网来进行故障诊断,还具有以下优点：

运行速度快。petri网的变迁可以用矩阵来计算，通常一个petri网诊断算法运行速度不大于100ms。

petri诊断算法模型的建立可控。如果有新的监测系统上线，能够提供新的故障报警信息，则可以直接在原有的petri网模型上直接加入对应的末端节点，适应性强。

能直观的反应信号通道、保护拒动、断路器拒动原因，逻辑性强。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为petri网的图形表示示例图；

图2为决策树分类步骤图；

图3为信号通道故障诊断petri网示意图；

图4为保护拒动故障诊断petri网示意图；

图5为断路器拒动故障诊断petri网示意图；

图6为布入托肯后的诊断petri网示意图；

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

petri网是一种借助图形来进行系统描述和建模的数学工具，其定义如下：

三元组n＝(p，t；f)是一个petri网当且仅当：

(1)p∪t≠φ；

(2)p∩t＝φ；

(3)

(4)dom(f)∪cod(f)＝p∪t，其中

其中p为库所集，t为变迁集，f的元素叫做弧，φ表示空集合，×表示笛卡尔乘积。dom(f)是f所含有序偶的第一个元素所成的集合，cod(f)则是第二个元素的集合。

网的图形表示是指将库所节点、变迁节点和有向弧用图形的方法表示出来。在图形中用圆圈“○”表示库所，用竖线“|”表示变迁，用从x到y的有向弧表示有序偶(x，y)。若n＝(p，t；f)，其中库所集p＝{p1，p2，p3，p4}，变迁集t＝{t1，t2，t3}，流关系f＝{(p1，t1)，(t1，p2)，(t1，p3)，(p2，t2)，(p3，t3)，(t2，p4)，(t3，p5)}。则n的图形表示如图1所示。布入托肯的过程：如果一个库所“○”内布入托肯，形成则托肯经过变迁“|”，到达下一个库所,即：初始状态为经过变迁后的状态为：

在进行故障诊断时，将具体保护类实例化后的对象封装成托肯的形式并布入关联断路器库所中，布入托肯后的库所用表示。若变迁满足“与”的条件，托肯向下传递，一直到不能传递为止。

基于petri网的变电站故障诊断流程如图2所示。系统采用winpcap软件对变电站内的报警数据包进行抓取。winpcap软件是windows平台下一个免费，公共的网络访问系统，能够抓取到物理线路上的数据包。winpcap抓取到报警数据包之后，将数据包与petri网诊断算法的末端库所对比，若对比成功，则将一个托肯布入对应的库所内。为了不重复诊断，每个库所仅布入一次托肯。布入托肯后的petri网开始启动，经过n次变迁到达最终的诊断库所。将托肯经过的库所记录下来，形成报警信息传递给值班人员，提醒值班人员进行故障排除。

变电站故障通常有3大类故障：信号通道故障、保护拒动故障、断路器拒动故障。根据故障信号分析，信号通道故障诊断petri网如图3所示，petri网结构包括信号通道故障诊断petri网，其结构包括互感器一次侧绝缘故障库所集、ct/pt断线报警库所集、ct/pt采样异常库所集、互感器固件故障报警库所集、供电电源开断及抖动报警库所集、保护电压/电流采样无效库所集、goose链路断链库所集、对端goose信号异常库所集和goose信号抖动或畸变库所集形成的末端库所，各个库所集经过变迁后进行归类，形成sv采样异常库所集和goose报文异常库所集，再次进行变迁后，形成信号通道故障库所集。

保护拒动故障诊断petri网如图4所示，petri网结构包括保护拒动故障诊断petri网，其结构包括多个末端库所，其中第一末端库所包括直流供电电源故障报告库所集、ram故障信号库所集、定值区内容损坏信号库所集、定值区内容损坏信号库所集、保护a/d故障信号库所集和dsp故障信号库所集，第一末端库所经过变迁后形成保护闭锁库所集；

第二末端库所包括保护软压板未投入库所集、采样数据异常或无效告警库所集和对端保护装置告警库所集，第二末端库所经过变迁后形成保护未启动库所集；

第三末端库所包括保护内部通讯异常库所集和保护出口故障告警库所集，第三末端库所经过变迁后形成外围硬件故障库所集；

保护未启动库所集和保护闭锁库所集经过变迁后形成主元件故障库所集，与外围硬件故障库所集经过变迁后，形成保护拒动故障库所集。

断路器拒动故障诊断petri网如图5所示，petri网结构包括断路器拒动故障诊断petri网，其结构包括多个末端库所，第一末端库所包括控制回路断线报警库所集、储能回路断线报警库所集、继电器切换不良报警库所集和跳闸线圈断线库所集，第一末端库所经过变迁后形成机械故障库所集；

第二末端库所包括控制电源失电报警库所集、低气压闭锁信号库所集、局放在线检测报警和六氟化硫微水在线检测报警库所集，第二末端库所经过变迁后形成电气故障库所集；

机械故障库所集和电气故障库所集经过变迁后，形成断路器拒动库所集。

每一个诊断petri网的最右侧库所，即末端库所，可以布入相应的故障信号对应的托肯。此时变迁满足“与”条件，托肯向下传递进入下一个库所，若继续满足变迁条件，还要继续传递，直到不能传递为止。当诊断petri网的最左边一个库所，即根部库所布入托肯后，可以断定会发生相应故障，因此将托肯经过的各库所名称依次按顺序提供给值班人员，即可形成故障报告。

例如，变电站调度监控系统收到控制电源失电报警信号，该信号会被winpcap捕捉，并转化成相应的托肯，经比对成功后布入相应的诊断petri网。布入托肯后的诊断petri网如图6所示。该托肯会经过“电气故障”库所最终布入“断路器拒动”库所。因此值班人员收到的最后结果为：控制电源失电→电气故障→断路器拒动。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。