CN105244839A - 基于Petri网的矿井高压电网漏电保护整定计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于Petri网的矿井高压电网漏电保护整定计算方法，主要应用于矿井高压电网漏电保护的自动整定计算。建立了基于有色Petri网的网络拓扑分析模型和基于有色Petri网的漏电保护整定计算模型。在网络拓扑分析模型中包含8个库所，5个变迁，主要完成矿井高压电网的拓扑分析以及对每个开关进行编码；在漏电保护整定计算模型中包含8个库所，7个变迁，主要完成矿井高压电网漏电保护的整定计算。利用有色Petri网对该系统建模降低了建模的难度，简化了模型，层次性强，推理简单，有效地提高了整定计算的准确性和快速性。

Description

基于Petri网的矿井高压电网漏电保护整定计算方法

技术领域

本发明公开了基于Petri网的矿井高压电网漏电保护整定计算方法，属于煤矿高压供电网络漏电保护整定计算领域。

背景技术

Petri网是对于离散事件动态系统非常好的建模工具，可以很有效地描述网络拓扑结构和系统中的同步，并发等行为，已经很好的应用于电力系统故障诊断等电力领域。有色Petri网作为高级Petri网的一种，用颜色表示具有相同特性的资源，通过不同颜色的托肯加以区别，能够很大程度上简化Petri网的结构，增强模型的通用性。在对矿井高压电网进行拓扑分析时，当前主要是采用搜索遍历算法和基于关联矩阵的分析方法，它们均可以有效地对矿井高压电网进行拓扑分析以及对节点编号，但分析过程相对较为繁琐且计算量较大。

本发明公开了基于Petri网的矿井高压电网漏电保护整定计算方法，其利用Petri网精确的数学定义进行建模，利用颜色工具表示同类属性的资源，有效克服了一般Petri网在针对复杂系统时容错性差等问题，能够对矿井高压供电系统漏电保护整定计算过程进行建模分析。在对矿井高压电网进行拓扑分析时，构建了基于有色Petri网的网络拓扑分析模型，对矿井高压电网完成网络拓扑分析；然后以获取的网络拓扑分析模型为基础，针对不同电压等级的中性点不接地矿井高压电网，构建基于有色Petri网的漏电保护整定计算模型，实现漏电保护整定计算功能。

发明内容

根据矿井高压供电系统图，建立基于有色Petri网的网络拓扑分析模型，模型结构如附图1所示，该模型中包含8个库所，5个变迁；模型中所述的有色Petri网是一个七元组，其中为库所的有限集合，库所中存放相应的初始状态信息和中间状态信息；为变迁的有限集合，变迁的作用是发生事件利用托肯产生新的托肯，在Petri网中发生事件称为点火；表示托肯移动的流关系，通过有向弧来表示；表示库所上可存放的托肯的所有颜色的集合；和分别是上的负函数和正函数，对所有有且的充分必要条件是，且的充分必要条件是；表示有色Petri网的初始标识；其中有色Petri网中的库所用圆圈表示，变迁用矩形来表示，库所中的托肯用小黑点来表示。

根据网络拓扑分析模型，针对网络拓扑分析有色Petri网中的单色和复合色进行定义，并且定义了开关相邻规则和编码规则，依据矿井高压供电系统图对库所、和初始标识进行设置；具体步骤如下：

步骤1、在网络拓扑分析有色Petri网模型中，开关类型色为单色，用表示，其中表示电源进线开关，表示出线开关，表示联络开关，表示一般进线开关；电源进线开关和一般进线开关均属于进线开关；开关位置色为复合色，若一个基本单元有个节点、、、…、和个开关、、、…、，则开关位置复合色表示为；开关编码色为复合色，用表示，其中为正整数，；开关复合色表示为，即；

步骤2、定义开关相邻规则；针对两个开关和；如果，其中,，那么开关和开关是相邻的；其中表示提取复合色或集合中的第个颜色或元素，表示提取复合色或集合中的第个颜色或元素；

步骤3、定义编码规则；针对存在直接供电关系的进线开关和出线开关，如果某一进线开关（或出线开关）的编码为，则与此相邻的下一级出线开关（或进线开关）的编码为且；如果某出线开关A与出现开关B相邻，出线开关A的编码为，则出线开关B的编码为；

步骤4、依据矿井高压供电系统图对库所、和初始标识进行设置。

依据网络拓扑分析模型定义的变迁点火规则，对矿井高压供电系统图进行拓扑分析，针对每个高压开关完成拓扑编码；在拓扑分析模型中，库所存放编码后的所有电源进线开关信息；存放所有的未编码的出线开关信息；存放与进线开关相邻的编码后的出线开关信息；存放与相邻的编码后的出线开关信息；存放已经完成编码的出线开关信息；存放未编码的一般进线开关信息；存放编码完成的进线开关和出线开关信息；存放编码后的进线开关信息；具体步骤如下：

步骤1、如果库所中存在托肯，则变迁点火，点火后库所中消耗一个托肯，将库所中消耗的一个编码的电源进线开关托肯分别加入到库所和库所中；假设中的开关复合色为，中的开关复合色为，中的开关复合色为，则，，；

步骤2、如果库所和库所中存在托肯，假设中的开关复合色为，中的开关复合色为，、和中的开关复合色为，若，或者，或者，或者，则库所和中对应的两个开关相邻，变迁点火，点火后库所和各消耗一个托肯，针对中消耗的托肯按照编码规则进行编码，编码生成的托肯分别加入到库所、和中，假设，则，，且；

步骤3、如果库所和库所中存在托肯，假设中的开关复合色为，中的开关复合色为，，和中的开关复合色为，若，或者，或者，或者，则库所和中对应的两个开关相邻，变迁点火，点火后库所和中各消耗一个托肯，针对库所中消耗的托肯按照编码规则进行编码，将编码后的托肯分别加入到库所、和中，假设，则，，；

步骤4、如果库所和库所中存在托肯，假设中的开关复合色为，中的开关复合色为，和中的开关复合色为，若，或者，或者，或者，则库所和中对应的两个开关相邻，变迁点火，点火后库所中消耗一个托肯，针对库所消耗的托肯按照编码规则进行编码，将编码后的托肯加入到库所和中，假设，则，，且；

步骤5、如果库所中存在托肯，变迁点火，点火后库所消耗一个托肯，将库所中消耗的一个编码的出线开关托肯加入到库所中；假设中的开关复合色为，中的开关复合色为，则，；

步骤6、重复执行步骤1~5，如果变迁~变迁均不能被触发，拓扑编码完成；所有完成编码的进线开关和出线开关信息均存入到了库所中。

基于有色Petri网网络拓扑分析模型的编码结果，建立漏电保护整定计算模型，该模型包含8个库所，7个变迁；其中，库所存放编码完成的进线开关和出线开关信息，库所存放编码后的所有电源进线开关信息，库所存放编码后的出线开关信息，库所存放完成对地电容计算的电源进线开关信息，库所存放完成漏电保护整定计算后的电源进线开关信息，库所存放完成漏电保护整定设置后的出线开关信息，库所存放编码后的出线开关信息；库所存放完成漏电保护初始化设置的进线开关和出线开关信息；在漏电保护整定计算的有色Petri网模型中，开关状态色为单色，取值为0或1，0表示分闸，1表示合闸；开关对地电容色为单色，取值为实数，单位为，出线开关对地电容色初始值为其直接控制的供电线路对地电容之和，所有进线开关对地电容色初始值为0；开关漏电保护整定色为复合色为；开关漏电保护复合色表示为；具体步骤如下：

步骤1、如果库所中存在编码完成的开关托肯，变迁点火，库所中消耗一个托肯，在库所中生成一个托肯，假设库所中的托肯用表示，库所中的托肯用表示，则，，；如果该托肯对应的高压开关在高压供电系统中为分闸，则，如果为合闸，则；

步骤2、如果库所中存在开关类别色为出线开关类别的托肯，变迁点火，库所中所有开关类别色为出线开关类别的托肯均将被消耗，将库所中消耗的出线开关托肯分别加入到库所和中；假设中的开关漏电保护复合色用表示，中的开关漏电复合色用表示，中的开关漏电保护复合色用表示，则，，；

步骤3、如果库所中存在开关类别色为电源进线开关类别的托肯，则变迁点火，库所中消耗一个托肯，将库所中消耗的一个电源进线开关托肯加入到库所中；假设中的开关漏电保护复合色用表示，中的开关漏电复合色用表示，则，；

步骤4、如果库所和中存在托肯，假设中的开关漏电保护复合色用表示，中的开关漏电保护复合色用表示，中的开关编码复合色用表示，的开关编码复合色用表示。若，并且，变迁点火，点火后库所和各消耗一个托肯，在库所中生成一个托肯，假设中的开关漏电保护复合色用表示，则，，；如果变迁没有点火，则判断库所是否存在托肯，如果存在，变迁触发，假设的开关漏电保护复合色用表示，的开关漏电保护复合色用表示，在库所生成的托肯中，，针对中性点不接地矿井高压电网，当时，；当，；当时，；当时，。针对中性点不接地矿井高压电网，当时，；当时，；当时，。在中性点不接地矿井高压电网中，当时，；当时，；当时，；当时，。在中性点不接地高压电网中，当时，；当时，；当时，。当时，；

步骤5、如果库所中存在一个托肯，变迁点火，点火后库所中消耗一个托肯，将消耗的一个完成对地电容计算的电源进线开关托肯加入到库所中；假设中的开关漏电保护复合色为，中的开关漏电保护复合色为，将的值用替换；

步骤6、如果库所和中存在托肯，假设中的开关漏电保护复合色用表示，中的开关漏电复合色用表示，中的开关编码复合色用表示，的开关编码复合色用表示。若，变迁点火，点火后库所消耗一个完成漏电保护整定计算的电源进线开关托肯，库所中满足条件的所有出线开关托肯（假定为个）将全部被消耗，在库所中生成个托肯，假设中生成的每个托肯对应的开关漏电保护复合色用表示，则，这样对每一个出线开关都可以完成漏电保护整定计算；

步骤7、重复执行上述步骤1~6，如果变迁~变迁均不能被触发，则完成了矿井高压电网漏电保护整定的计算和设置。

附图说明

图1是基于有色Petri网的网络拓扑分析模型图；图2是漏电保护整定计算模型图；图3是矿井高压供电系统图；图4是网络拓扑分析模型的初始状态托肯标识图；图5是网络拓扑分析模型的最终状态托肯标识图；图6是漏电保护整定模型的初始状态托肯标识图；图7是漏电保护整定模型的最终状态托肯标识图。

具体实施方式

本发明是一种基于有色Petri网的矿井高压电网漏电保护整定计算方法，主要应用于矿井高压电网漏电保护的自动整定计算。主要建模步骤包括建立基于有色Petri网的网络拓扑分析模型和建立漏电保护整定计算模型。在网络拓扑分析模型中，定义相关变迁规则，完成整个矿井高压电网的拓扑分析，根据所定义的编码规则，完成每个开关的编码，进而可以得知开关间的相互关系；在漏电保护整定计算模型中，将网络拓扑分析模型得到的结论库所作为漏电保护整定计算模型的初始库所，定义变迁规则，完成矿井高压电网漏电保护的整定计算。利用有色Petri网对该系统建模降低了建模的难度，简化了模型，层次性强，推理简单，提高了整定计算的准确性和快速性。

本发明所提出方法的具体步骤如下：

步骤1、针对附图3所示的矿井高压供电系统图，在网络拓扑分析模型中对库所进行初始化。其中初始库所中存入电源进线开关和，并赋予开关的编码，；中存入所有的出线开关~，~，但开关并未编码；中存入其他进线开关和，开关未编码。初始状态下托肯标识如附图4所示；

步骤2、如果库所中存在托肯，则变迁点火，点火后库所中消耗一个托肯，库所和库所中增加一个托肯；

步骤3、如果库所中的某一出线开关与库所中的某一进线开关是相邻的，则变迁点火，点火后库所中消耗一个托肯，针对中消耗的托肯按照编码规则进行编码，编码生成的托肯分别加入到库所、和中；

步骤4、如果库所和库所中存在托肯，并且库所中的某一出线开关与库所中的某一出线开关是相邻的，则变迁点火；点火后库所和中各消耗一个托肯，针对库所中消耗的托肯按照编码规则进行编码，将编码后的托肯分别加入到库所、和中；

步骤5、如果库所和库所中存在托肯，并且库所中的某一出线开关与库所中的某一进线开关是相邻的，则变迁点火；点火后库所中消耗一个托肯，针对库所消耗的托肯按照编码规则进行编码，将编码后的托肯加入到库所和中；

步骤6、库所中有托肯，变迁点火，将库所中的一个托肯传递给库所；

步骤7、重复执行步骤2~6，如果变迁~变迁均不能被触发，拓扑编码完成；所有完成编码的进线开关和出线开关信息均存入到了库所中。最后所有进出线开关的编码完成，开关~的编码分别为：、、、、、、、、、、、；最终状态下托肯标识如附图5所示；

步骤8、将步骤7得到的结论库所作为漏电保护整定模型的初始库所；如附图6所示；

步骤9、如果库所中存在编码完成的开关托肯，变迁点火，库所中消耗一个托肯，在库所中生成一个托肯；

步骤10、如果库所中存在开关类别色为出线开关类别的托肯，变迁点火，库所中所有开关类别色为出线开关类别的托肯均将被消耗，将库所中消耗的托肯分别传递给库所和；

步骤11、如果库所中存在开关类别色为电源进线开关类别的托肯，变迁点火，库所中消耗一个托肯，将库所中消耗的托肯传递给库所；

步骤12、库所和中存在托肯，假设中的开关漏电保护复合色用表示，中的开关漏电复合色用表示，中的开关编码复合色用表示，的开关编码复合色用表示。若，并且，变迁点火，点火后库所和各消耗一个托肯，在库所中生成一个托肯，假设中的开关漏电保护复合色用表示，则，，；如果变迁没有点火，则判断库所是否存在托肯，如果存在，变迁触发，假设的开关漏电保护复合色用表示，的开关漏电保护复合色用表示，在库所生成的托肯中，，针对中性点不接地矿井高压电网，当时，；当，；当时，；当时，。针对中性点不接地矿井高压电网，当时，；当时，；当时，。在中性点不接地矿井高压电网中，当时，；当时，；当时，；当时，。在中性点不接地高压电网中，当时，；当时，；当时，。当时，；

步骤13、库所中存在一个托肯，变迁点火，点火后库所中消耗一个托肯，并将消耗的托肯传递给库所；

步骤14、库所和中存在托肯，假设中的开关漏电保护复合色用表示，中的开关漏电复合色用表示，中的开关编码复合色用表示，的开关编码复合色用表示。若，变迁点火，点火后库所消耗一个托肯，中所有满足条件的托肯都将被消耗，各在库所中生成一个托肯，假设中的开关漏电保护复合色用表示，则，这样对每一个出线开关都可以完成漏电保护整定计算；如附图7所示；

步骤15、重复执行上述步骤9~14，如果变迁~变迁均不能被触发，则完成了矿井高压电网漏电保护整定的计算和设置。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.基于Petri网的矿井高压电网漏电保护整定计算方法，其特征在于，所描述的漏电保护整定计算方法包括如下步骤：

步骤11，根据矿井高压供电系统图，建立基于有色Petri网的网络拓扑分析模型，该模型中包含8个库所，5个变迁；

步骤12，根据网络拓扑分析模型，针对网络拓扑分析有色Petri网中的单色和复合色进行定义，并且定义了开关相邻规则和编码规则，依据矿井高压供电系统图对库所、和初始标识进行设置；

步骤13，依据网络拓扑分析模型定义的变迁点火规则，对矿井高压供电系统图进行拓扑分析，针对每个高压开关完成拓扑编码；

步骤14，基于有色Petri网网络拓扑分析模型的编码结果，建立漏电保护整定计算模型，该模型包含8个库所，7个变迁；依据漏电保护整定计算模型，网络拓扑分析模型的输出库所作为漏电保护整定计算模型的输入库所，针对矿井高压电网完成漏电保护整定计算。

2.根据权利要求1所述的基于Petri网的矿井高压电网漏电保护整定计算方法，其特征在于，所述步骤11中所述的有色Petri网是一个七元组，其中为库所的有限集合，库所中存放相应的初始状态信息和中间状态信息；为变迁的有限集合，变迁的作用是发生事件利用托肯产生新的托肯，在Petri网中发生事件称为点火；表示托肯移动的流关系，通过有向弧来表示；表示库所上可存放的托肯的所有颜色的集合；和分别是上的负函数和正函数，对所有有且的充分必要条件是，且的充分必要条件是；表示有色Petri网的初始标识；其中有色Petri网中的库所用圆圈表示，变迁用矩形来表示，库所中的托肯用小黑点来表示。

3.根据权利要求1所述的基于Petri网的矿井高压电网漏电保护整定计算方法，其特征在于，在步骤12中，主要进行如下步骤：

步骤31、在网络拓扑分析有色Petri网模型中，开关类型色为单色，开关位置复合色和开关编码复合色为复合色；开关复合色表示为；

步骤32、定义开关相邻规则；针对两个开关和；如果，或者，或者，或者，那么开关和开关是相邻的；其中表示提取复合色或集合中的第一个颜色或元素，表示提取复合色或集合中的第二个颜色或元素；

步骤33、定义编码规则；针对存在直接供电关系的进线开关和出线开关，如果某一进线开关（或出线开关）的编码为，则与此相邻的下一级出线开关（或进线开关）的编码为且；如果某出线开关A与出现开关B相邻，出线开关A的编码为，则出线开关B的编码为；

步骤34、依据矿井高压供电系统图对库所、和初始标识进行设置。

4.根据权利要求1所述的基于Petri网的矿井高压电网漏电保护整定计算方法，其中，库所存放编码后的所有电源进线开关信息；存放所有的未编码的出线开关信息；存放与进线开关相邻的编码后的出线开关信息；存放与相邻的编码后的出线开关信息；存放已经完成编码的出线开关信息；存放未编码的一般进线开关信息；存放编码完成的进线开关和出线开关信息；存放编码后的进线开关信息；其特征在于在步骤13中，主要进行如下步骤：

步骤41、如果库所中存在托肯，则变迁点火，点火后库所中消耗一个托肯，库所和库所中各增加一个托肯；

步骤42、如果库所中的某一出线开关与库所中的某一进线开关是相邻的，则变迁点火，点火后库所中消耗一个托肯，针对中消耗的托肯按照编码规则进行编码，编码生成的托肯分别加入到库所、和中；

步骤43、如果库所和库所中存在托肯，并且库所中的某一出线开关与库所中的某一出线开关是相邻的，则变迁点火；点火后库所和中各消耗一个托肯，针对库所中消耗的托肯按照编码规则进行编码，将编码后的托肯分别加入到库所、和中；

步骤44、如果库所和库所中存在托肯，并且库所中的某一出线开关与库所中的某一进线开关是相邻的，则变迁点火；点火后库所中消耗一个托肯，针对库所消耗的托肯按照编码规则进行编码，将编码后的托肯加入到库所和中；

步骤45、如果库所中存在托肯，变迁点火；将库所中的一个托肯传递给；

步骤46、重复执行步骤41~步骤45，如果变迁~变迁均不能被触发，拓扑编码完成；所有完成编码的进线开关和出线开关信息均存入到了库所中。

5.根据权利要求1所述的的基于Petri网的矿井高压电网漏电保护整定计算方法，其中，存放编码完成的进线开关和出线开关信息，库所存放编码后的所有电源进线开关信息，库所存放编码后的出线开关信息，库所存放完成对地电容计算的电源进线开关信息，库所存放完成漏电保护整定计算后的电源进线开关信息，库所存放完成漏电保护整定设置后的出线开关信息，库所存放编码后的出线开关信息；其特征在于在步骤14中，主要进行如下步骤：

步骤51、如果库所中存在编码完成的开关托肯，变迁点火，库所中消耗一个托肯，在库所中生成一个托肯；

步骤52、如果库所中存在开关类别色为出线开关类别的托肯，则变迁点火，点火后库所中所有开关类别色为出线开关类别的托肯均将被消耗，将库所中消耗的托肯分别传递给库所和；

步骤53、如果库所中存在开关类别色为电源进线开关类别的托肯，则变迁点火，点火后库所中消耗一个托肯，将库所中消耗的托肯传递给库所；

步骤54、如果库所和中存在托肯（和中托肯对应的开关编码复合色分别用和表示），并且，则变迁点火，点火后库所和各消耗一个托肯，针对中消耗的托肯在库所中生成一个托肯；如果变迁没有点火，则判断库所是否存在托肯，如果存在，变迁点火，点火后在库所中增加一个托肯；

步骤55、如果库所中存在一个托肯，变迁点火，点火后库所中消耗一个托肯，将消耗的托肯传递给库所；

步骤56、如果库所和中存在托肯（和中托肯对应的开关编码复合色分别用和表示），并且，则变迁点火，点火后库所消耗一个托肯，中所有满足条件的托肯（假定为个）都将被消耗，在库所中生成个托肯；在库所中的每一个托肯都对应了完成漏电保护整定设置后的出线开关信息；

步骤57、重复执行步骤51~步骤56，如果变迁~变迁均不能被触发，则完成了矿井高压电网漏电保护整定的计算和设置。