CN109583026A - 一种基于Petri网出现序列的继电保护业务建模方法及系统 - Google Patents
一种基于Petri网出现序列的继电保护业务建模方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于Petri网出现序列的继电保护业务建模方法，所述方法包括：分析继电保护业务建模需求；根据所述继电保护业务建模需求，使用UML语言活动图建立继电保护业务模型；将所述使用UML语言活动图建立的继电保护业务模型映射成Petri网继电保护业务模型；构造所述Petri网出现序列图，对所述Petri网出现序列进行验证；当所述Petri网出现序列通过验证后，将所述Petri网转化成继电保护业务模型。
Description
技术领域
本发明涉及继电保护技术领域，更具体地，涉及一种基于Petri网出现序列的继电保护业务建模方法及系统。
背景技术
目前，继电保护数据建模方面已经开展了研究和应用。应用结构化的数据建模方法，完成了对继电保护装置台账、配置等基础信息，电网事件、保护动作、装置缺陷、检修、技改等运行信息的建模，并开发了继电保护统计分析等应用系统，实现了对保护装置信息的管理。IEC 61850实现了对变电站内部智能电子装置的能力和服务建模，CIM采用UML(Unified Modeling Language,统一建模语言)实现电力系统一次设备建模，由于UML语言属于半形式化语言，故对其语法分析及正确性检验不易实现。目前有文献开展了融合IEC61850及CIM模型的研究，但通用性不强、未取得广泛的推广应用。与此同时，保护装置全寿命周期信息管理等业务在保证继电保护全寿命周期信息管理的高效性、准确性发挥关键性作用，然而业务模型研究相对匮乏，并且不具备验证其准确性、有效性的技术手段，不利于继电保护业务的高效开展。文献应用UML状态图描述特定对象在其生命周期内所有可能发生的状态以及引起状态转移的事件，但难以对生成的状态图进行语义分析和校验。
因此，需要一种技术，以实现对继电保护业务进行建模。
发明内容
本发明技术方案提供了一种基于Petri网出现序列的继电保护业务建模方法及系统，以解决如何对继电保护业务进行建模的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于Petri网出现序列的继电保护业务建模方法，所述方法包括：
分析继电保护业务建模需求；
根据所述继电保护业务建模需求，使用UML语言活动图建立继电保护业务模型；
将所述使用UML语言活动图建立的继电保护业务模型映射成Petri网继电保护业务模型；
构造所述Petri网出现序列图，对所述Petri网出现序列进行验证；
当所述Petri网出现序列通过验证后，将所述Petri网转化成继电保护业务模型。
优选地，所述分析继电保护业务建模需求，包括：
对继电保护装置状态监视及预警、定值计算及校核、生命画像、故障分析及预测、缺陷管理、检修反措、技术监督、继电保护装置设计、制造、投运、动作、检修、消缺、反措、退役全寿命周期管理的各个环节。
优选地，所述根据所述继电保护业务建模需求，使用UML语言活动图建立继电保护业务模型，包括：
根据继电保护业务的详细流程，使用UML语言活动图建立继电保护业务模型；
所述UML语言活动图是UML语言的一种形式，通过流程化模型表现；所述UML语言活动图包括决策、条件，以及特定状态下的并发行为，能够描绘系统工作的过程以及活动的顺序。
优选地，所述UML语言活动图不需要明显的触发器事件，而是通过执行完活动来触发；当一个活动结束之后，自动转变成另外一个活动状态。
优选地，所述将所述使用UML语言活动图建立的继电保护业务模型映射成Petri网继电保护业务模型，包括：
将基于UML语言活动图映射成Petri网，所述Petri网是一个四元组PN＝(P,T,F,M0)，其中：
(1)P＝{p1,…,pn}是库所place的有限集合，用于存储标记token，p1,…,pn为第1至n个库所，库所表示媒介、缓冲器、地理位置、子状态、阶段或条件：；
(2)T＝{t1,…,tm}是变迁transition的有限集合，t1,…,tm为：第1至m个变迁，变迁包括表示事件、操作、转换或传输；
(3)是库所与变迁之间的流关系，其中“×”为笛卡尔积；
(4)M：P→Z非负整数集为标识函数，指库所place中存储标记token的个数，M0是初始标识；
继电保护业务中，所述库所place表示对象的状态，所述变迁transition则表示对对象实施的某种操作；
设x∈X为PN的任一元素，°x＝{y|(y,x)∈F}为x的前集，x°＝{z|(x,z)∈F}为x的后集；
如果M0(p)≥1(记作M0[t>)，则称变迁t∈T在标识M0下是使能的，经过变迁t的引发得到的后续标识M可以有以下形态：
记作M0[t>M，含义为M是M0的后继,t为1个变迁，°t为t的前集或输入集，t°为t的后集或输出集，p为1个库所，M0(p)为库所p的初始标识；
通过将待验证的活动图中的元素映射转化成Petri网中的元素，生成与UML语言活动图对应的Petri网继电保护模型。
优选地，所述构造所述Petri网出现序列图，对所述Petri网出现序列进行验证，包括：
σ＝M0t1M1t2…tnMn为PN的一个有限出现序列的充分必要条件是：对所有i,i＝1,2,…,n,Mi-1[ti>Mi,n称为σ的长度，则τ＝t1t2…tn为PN的对应σ的变迁序列；其中M0为初始标识，M1为M0经t1取得的标识，Mn为终止标识；t1,…,tm为m个变迁，i为整数，对于一个Petri网，构造其出现序列的方法是：
第一步：初始状态取初始标识M0，并为M0添加记号new，初始化可达状态集S为{M0}，可达变迁集T为可达状态集是出现序列中出现的M的集合；
第二步：若S中存在记号为new的状态：
a)取出其中任意一个记号为new的状态Mk；首先删除Mk的记号，然后搜索从M0到Mk的路径上，是否存在状态Mi＝Mk，如果存在则说明已有循环存在，为Mk添加记号again，重新执行此步骤；
b)检查目前的出现序列，若存在Mi＝Mk，说明两个状态的执行情况相同，所以为Mi添加记号again，返回步骤a)；
c)若Petri网在状态Mk下没有可激发的变迁，表示在状态Mk下发生了死锁，为Mk添加记号dead，回到步骤a)；
d)若Petri网在Mk下存在使能的变迁，变迁激发后状态变为Mj，则将此标识加入到可达变迁集T中；
如果Mj＝Mn，则出现正常终止，为Mj添加记号end，返回步骤a)；否则，为Mj添加记号new，将Mj及连接弧MkMj添加至出现序列图中，并将Mj加入可达状态集S中；
第三步：出现序列构造结束：
当有且仅存在一个正确终止标识Mn，但不存在其他死标识，同时满足对任何M∈[M0>，当M＝Mn时，结束库所o的M(o)＝0，并且所有变迁t∈T均位于某个从M0到Mn的变迁序列上，则可判断Petri网正确。
基于本发明的另一方面，提供一种基于Petri网出现序列的继电保护业务建模系统，所述系统包括：
分析单元，用于分析继电保护业务建模需求；
建立单元，用于根据所述继电保护业务建模需求，使用UML语言活动图建立继电保护业务模型；
映射单元，用于将所述使用UML语言活动图建立的继电保护业务模型映射成Petri网继电保护业务模型；
验证单元，用于构造所述Petri网出现序列图，对所述Petri网出现序列进行验证；
转化单元，用于当所述Petri网出现序列通过验证后，将所述Petri网转化成继电保护业务模型。
优选地，所述分析单元用于分析继电保护业务建模需求，还用于：
对继电保护装置状态监视及预警、定值计算及校核、生命画像、故障分析及预测、缺陷管理、检修反措、技术监督、继电保护装置设计、制造、投运、动作、检修、消缺、反措、退役全寿命周期管理的各个环节。
优选地，所述建立单元用于根据所述继电保护业务建模需求，使用UML语言活动图建立继电保护业务模型，还用于：
根据继电保护业务的详细流程，使用UML语言活动图建立继电保护业务模型；
所述UML语言活动图是UML语言的一种形式，通过流程化模型表现；所述UML语言活动图包括决策、条件，以及特定状态下的并发行为，能够描绘系统工作的过程以及活动的顺序。
优选地，所述UML语言活动图不需要明显的触发器事件，而是通过执行完活动来触发；当一个活动结束之后，自动转变成另外一个活动状态。
优选地，所述映射单元用于将所述使用UML语言活动图建立的继电保护业务模型映射成Petri网继电保护业务模型，包括：
将基于UML语言活动图映射成Petri网，所述Petri网是一个四元组PN＝(P,T,F,M0)，其中：
(1)P＝{p1,…,pn}是库所place的有限集合，用于存储标记token，p1,…,pn为第1至n个库所，库所表示媒介、缓冲器、地理位置、子状态、阶段或条件：；
(2)T＝{t1,…,tm}是变迁transition的有限集合，t1,…,tm为：第1至m个变迁，变迁包括表示事件、操作、转换或传输；
(3)是库所与变迁之间的流关系，其中“×”为笛卡尔积；
(4)M：P→Z非负整数集为标识函数，指库所place中存储标记token的个数，M0是初始标识；
继电保护业务中，所述库所place表示对象的状态，所述变迁transition则表示对对象实施的某种操作；
设x∈X为PN的任一元素，°x＝{y|(y,x)∈F}为x的前集，x°＝{z|(x,z)∈F}为x的后集；
如果M0(p)≥1(记作M0[t>)，则称变迁t∈T在标识M0下是使能的，经过变迁t的引发得到的后续标识M可以有以下形态：
记作M0[t>M，含义为M是M0的后继,t为1个变迁，°t为t的前集或输入集，t°为t的后集或输出集，p为1个库所，M0(p)为库所p的初始标识；
通过将待验证的活动图中的元素映射转化成Petri网中的元素，生成与UML语言活动图对应的Petri网继电保护模型。
优选地，所述验证单元用于构造所述Petri网出现序列图，对所述Petri网出现序列进行验证，还用于：
σ＝M0t1M1t2…tnMn为PN的一个有限出现序列的充分必要条件是：对所有i,i＝1,2,…,n,Mi-1[ti>Mi,n称为σ的长度，则τ＝t1t2…tn为PN的对应σ的变迁序列；其中M0为初始标识，M1为M0经t1取得的标识，Mn为终止标识；t1,…,tm为m个变迁，i为整数，对于一个Petri网，构造其出现序列的方法是：
第一步：初始状态取初始标识M0，并为M0添加记号new，初始化可达状态集S为{M0}，可达变迁集T为可达状态集是出现序列中出现的M的集合；
第二步：若S中存在记号为new的状态：
a)取出其中任意一个记号为new的状态Mk；首先删除Mk的记号，然后搜索从M0到Mk的路径上，是否存在状态Mi＝Mk，如果存在则说明已有循环存在，为Mk添加记号again，重新执行此步骤；
b)检查目前的出现序列，若存在Mi＝Mk，说明两个状态的执行情况相同，所以为Mi添加记号again，返回步骤a)；
c)若Petri网在状态Mk下没有可激发的变迁，表示在状态Mk下发生了死锁，为Mk添加记号dead，回到步骤a)；
d)若Petri网在Mk下存在使能的变迁，变迁激发后状态变为Mj，则将此标识加入到可达变迁集T中；
如果Mj＝Mn，则出现正常终止，为Mj添加记号end，返回步骤a)；否则，为Mj添加记号new，将Mj及连接弧MkMj添加至出现序列图中，并将Mj加入可达状态集S中；
第三步：出现序列构造结束：
当有且仅存在一个正确终止标识Mn，但不存在其他死标识，同时满足对任何M∈[M0>，当M＝Mn时，结束库所o的M(o)＝0，并且所有变迁t∈T均位于某个从M0到Mn的变迁序列上，则可判断Petri网正确。
本发明技术方案提供一种基于Petri网出现序列的继电保护业务建模方法及系统，其中方法提出了一种基于Petri网出现序列的继电保护业务建模方法，步骤包括：在全面了解继电保护业务需求的基础上，使用UML语言活动图初步建立继电保护业务模型；再根据Petri网的定义，将基于UML语言描述的活动图映射成Petri网；并将该Petri网进一步转化成出现序列，进而对出现序列的结构和语义进行验证，发现Petri网中的错误并进行修正，直到该Petri网对应的出现序列的结构和语义通过验证，最后，将Petri网转化成继电保护业务模型。继电保护全业务数据模型是继电保护业务支撑平台的重要数据基础，是利用大数据技术支撑继电保护全业务开展的必备条件，继电保护业务模型是其中的重要组成部分。良好的继电保护业务模型不仅有效促进继电保护业务协调运转，更有利于开展基于大数据技术的深入数据挖掘，实现对继电保护装置运行及管理的高效支撑，同时为继电保护专业多源数据的高效融合及分析利用创造良好的技术条件。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明优选实施方式的基于Petri网出现序列的继电保护业务建模方法流程图；
图2为根据本发明优选实施方式的基于Petri网出现序列的继电保护业务建模方法流程图；
图3为根据本发明优选实施方式的生成继电保护装置台帐的活动示意图；
图4为根据本发明优选实施方式的继电保护装置台账生成活动图对应的Petri网；
图5为根据本发明优选实施方式的继电保护装置台账生成业务的Petri网出现序列图；
图6为根据本发明优选实施方式的修改后的继电保护装置台账生成业务的Petri网；
图7为根据本发明优选实施方式的重新生成的Petri网出现序列图；
图8为根据本发明优选实施方式的修正后的继电保护装置台账生成活动示意图；以及
图9为根据本发明优选实施方式的基于Petri网出现序列的继电保护业务建模系统结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明优选实施方式的基于Petri网出现序列的继电保护业务建模方法流程图。继电保护全业务数据模型是继电保护业务支撑平台的重要数据基础，是利用大数据技术支撑继电保护全业务开展的必备条件，继电保护业务模型是其中的重要组成部分。良好的继电保护业务模型不仅有效促进继电保护业务协调运转，更有利于开展基于大数据技术的深入数据挖掘，实现对继电保护装置运行及管理的高效支撑，同时为继电保护专业多源数据的高效融合及分析利用创造良好的技术条件。本申请提出的一种基于Petri网出现序列的继电保护业务建模方法，在全面了解继电保护业务需求的基础上，使用UML语言活动图初步建立继电保护业务模型；根据Petri网的定义，将基于UML语言描述的活动图映射成Petri网；以及将该Petri网进一步转化成出现序列，进而对出现序列的结构和语义进行验证，发现Petri网中的错误并进行修正，直到该Petri网对应的出现序列的结构和语义通过验证，最后，将Petri网转化成继电保护业务模型。如图1所示，一种基于Petri网出现序列的继电保护业务建模方法，方法包括：
优选地，在步骤101：分析继电保护业务建模需求。优选地，分析继电保护业务建模需求，包括：对继电保护装置状态监视及预警、定值计算及校核、生命画像、故障分析及预测、缺陷管理、检修反措、技术监督、继电保护装置设计、制造、投运、动作、检修、消缺、反措、退役全寿命周期管理的各个环节。
本申请通过掌握继电保护业务开展的详细流程，为建立继电保护业务建模打下良好的基础。继电保护全业务数据模型涵盖对继电保护装置状态监视及预警、定值计算及校核、生命画像、故障分析及预测、缺陷管理、检修反措、技术监督等，涉及继电保护装置设计、制造、投运、动作、检修、消缺、反措、退役等全寿命周期管理的各个环节。数据模型集中反映了继电保护全业务数据的组织方式，为继电保护专业全业务的高效开展提供优化的数据结构。业务模型作为数据模型的一个重要分支，反映了继电保护全业务开展的具体流程和步骤，并与相关核心算法相结合，是对数据的高效管理手段。
优选地，在步骤102：根据继电保护业务建模需求，使用UML语言活动图建立继电保护业务模型。优选地，根据继电保护业务建模需求，使用UML语言活动图建立继电保护业务模型，包括：根据继电保护业务的详细流程，使用UML语言活动图建立继电保护业务模型；UML语言活动图是UML语言的一种形式，通过流程化模型表现；UML语言活动图包括决策、条件，以及特定状态下的并发行为，能够描绘系统工作的过程以及活动的顺序。优选地，UML语言活动图不需要明显的触发器事件，而是通过执行完活动来触发；当一个活动结束之后，自动转变成另外一个活动状态。
本申请根据继电保护业务的详细流程，使用UML语言活动图初步建立继电保护业务模型。活动图是UML语言的一种形式，通过流程化模型表现。活动图由决策、条件，以及特定状态下的并发行为构成，可以描绘系统工作的过程以及活动的顺序。活动图的一个比较明显的特征是它不需要明显的触发器事件，而是通过执行完活动来触发，当一个活动结束之后，自动转变成另外一个活动状态。所以非常适合于继电保护业务建模。
优选地，在步骤103：将使用UML语言活动图建立的继电保护业务模型映射成Petri网继电保护业务模型。优选地，将使用UML语言活动图建立的继电保护业务模型映射成Petri网继电保护业务模型，包括：
将基于UML语言活动图映射成Petri网，Petri网是一个四元组PN＝(P,T,F,M0)，其中：
(1)P＝{p1,…,pn}是库所place的有限集合，用于存储标记token，p1,…,pn为第1至n个库所，库所表示媒介、缓冲器、地理位置、子状态、阶段或条件：；
(2)T＝{t1,…,tm}是变迁transition的有限集合，t1,…,tm为：第1至m个变迁，变迁包括表示事件、操作、转换或传输；
(3)是库所与变迁之间的流关系，其中“×”为笛卡尔积；
(4)M：P→Z非负整数集为标识函数，指库所place中存储标记token的个数，M0是初始标识；
继电保护业务中，库所place表示对象的状态，变迁transition则表示对对象实施的某种操作。因此，Petri网是严格依托集合理论定义的对象转化模型，数学基础扎实。
设x∈X为PN的任一元素，°x＝{y|(y,x)∈F}为x的前集，x°＝{z|(x,z)∈F}为x的后集；
如果M0(p)≥1(记作M0[t>)，则称变迁t∈T在标识M0下是使能的，经过变迁t的引发得到的后续标识M可以有以下形态：
记作M0[t>M，含义为M是M0的后继,t为1个变迁，°t为t的前集或输入集，t°为t的后集或输出集，p为1个库所，M0(p)为库所p的初始标识；
通过将待验证的活动图中的元素映射转化成Petri网中的元素，生成与UML语言活动图对应的Petri网继电保护模型。
本申请根据掌握继电保护业务建模需求，并使用UML语言活动图初步建立继电保护业务模型，将基于UML语言描述的活动图映射成Petri网。Petri网是对离散并行系统的数学表示，由德国的C·A·Petri在1962年提出。Petri网在许多领域都获得了广泛的应用，如计算机、物理、金融等。Petri网是一种非常成熟的形式化理论，可对系统有界性、安全性、可达性等一系列性质进行定性定量分析，因而利用Petri网的优势可以完全弥补现有模型语言缺乏形式化的缺点，能够成为业务模型验证的有效工具。通过将待验证的活动图中的元素映射转化成Petri网中的元素，可生成与活动图对应的Petri网模型。表1为活动图到Petri网的映射规则。
表1
| UML活动图元素 | Petri网元素 |
| 处理活动 | 变迁 |
| 不同部门之间的消息交换 | 库所1一变迁一库所2 |
| 处理活动之间的关系 | 弧一库所一弧 |
| 条件分支 | 含一个Token的库所 |
优选地，在步骤104：构造Petri网出现序列图，对Petri网出现序列进行验证。本申请依据Petri网构造Petri网出现序列，对Petri网的结构及语义进行验证。为了验证继电保护业务模型与实际的继电保护业务操作是否统一，可通过验证Petri网的出现序列实现。优选地，构造Petri网出现序列图，对Petri网出现序列进行验证，包括：
σ＝M0t1M1t2…tnMn为PN的一个有限出现序列的充分必要条件是：对所有i,i＝1,2,…,n,Mi-1[ti>Mi,n称为σ的长度，则τ＝t1t2…tn为PN的对应σ的变迁序列；其中M0为初始标识，M1为M0经t1取得的标识，Mn为终止标识；t1,…,tm为m个变迁，i为整数，对于一个Petri网，构造其出现序列的方法是：
第一步：初始状态取初始标识M0，并为M0添加记号new，初始化可达状态集S为{M0}，可达变迁集T为可达状态集是出现序列中出现的M的集合；
第二步：若S中存在记号为new的状态：
a)取出其中任意一个记号为new的状态Mk；首先删除Mk的记号，然后搜索从M0到Mk的路径上，是否存在状态Mi＝Mk，如果存在则说明已有循环存在，为Mk添加记号again，重新执行此步骤；
b)检查目前的出现序列，若存在Mi＝Mk，说明两个状态的执行情况相同，所以为Mi添加记号again，返回步骤a)；
c)若Petri网在状态Mk下没有可激发的变迁，表示在状态Mk下发生了死锁，为Mk添加记号dead，回到步骤a)；
d)若Petri网在Mk下存在使能的变迁，变迁激发后状态变为Mj，则将此标识加入到可达变迁集T中；
如果Mj＝Mn，则出现正常终止，为Mj添加记号end，返回步骤a)；否则，为Mj添加记号new，将Mj及连接弧MkMj添加至出现序列图中，并将Mj加入可达状态集S中；
第三步：出现序列构造结束：
当有且仅存在一个正确终止标识Mn，但不存在其他死标识，同时满足对任何M∈[M0>，当M＝Mn时，结束库所o的M(o)＝0，并且所有变迁t∈T均位于某个从M0到Mn的变迁序列上，则可判断Petri网正确。
优选地，在步骤105：当Petri网出现序列通过验证后，将Petri网转化成继电保护业务模型。本申请将Petri网转化成继电保护业务模型依据修改后的Petri网，应用表1逆向映射生成继电保护业务模型。
继电保护全业务数据模型是继电保护业务支撑平台的重要数据基础，是利用大数据技术支撑继电保护全业务开展的必备条件，继电保护业务模型是其中的重要组成部分。良好的继电保护业务模型不仅有效促进继电保护业务协调运转，更有利于开展基于大数据技术的深入数据挖掘，实现对继电保护装置运行及管理的高效支撑，同时为继电保护专业多源数据的高效融合及分析利用创造良好的技术条件。
以下对本申请提供的一种基于Petri网出现序列的继电保护业务建模方法进行详细说明，以继电保护装置台账信息生成业务模型为例。继电保护装置台账信息生成业务模型既是继电保护全业务数据模型的基础环节，在建模方法上也具有代表性。具体实施步骤为：
步骤1：掌握继电保护装置台账生成业务的建模需求
继电保护装置台账的生成的过程是：
①继电保护装置台账基础信息录入继电保护业务支撑平台。如表1所示，检测机构录入检测数据，厂家提供出厂数据，收集继电保护装置相关的标准数据、图档文档资料等录入继电保护业务支撑平台，通过将具体的继电保护装置与这些数据关联，这些数据的属性字段将赋予继电保护装置从而生成台账数据。
②将继电保护装置台账基础信息下装台账APP；
③当新有继电保护装置入网，现场运行人员手持台账APP扫描装置二维码，将扫描装置与继电保护业务支撑平台中的基础数据相关联(平台信息已下装到台账APP)，如果关联成功，则为该继电保护装置生成台账数据，若关联失败，则由现场运行人员手动添加继电保护装置台账信息，最后，将继电保护装置台账回存继电保护业务支撑平台；
④专责审核新录入的继电保护装置台账数据，对于错误的台账信息需要重新扫码关联基础数据、生成台账。
步骤2：使用UML语言活动图初步建立继电保护装置台账生成业务模型
由步骤1继电保护设备台账的生成过程，可设计出继电保护设备台账生成活动图模型，如图3所示。图3中的增量基础数据指检测数据、出厂信息、标准数据、图档文档资料、调控云提供的基础信息是否有更新；数据更新子系统是指更新检测数据等基础信息的一系列操作。
步骤3：将基于UML语言描述的活动图映射成Petri网。图4继电保护装置台账生成活动图对应的Petri网。
步骤4：构造Petri网出现序列图，对Petri网的结构及语义进行验证。依据Petri网出现序列构造方法，构造出继电保护装置台账生成对应的出现序列图，如图5所示。
对图5的继电保护装置台账生成服务的出现序列进行分析，检查对应的Petri网是否存在错误。分析过程如下：
图5中有一个标识为[p4,p3]，设其为M1，由于任何变迁都不能使M1发生变化，即产生了死锁，以M1为最终状态推演Petri出现序列，可见如下出现序列都在M1终止：t1t2t3t4t6、t1t2t3t5t6、t1t9。以变迁序列t1t2t3t4t6为例，其执行过程是：根据继电保护装置台账基础数据的录入需求，将基础数据录入继电保护业务支撑平台，并将数据下装到台账APP，现场运行人员手持台账APP完成扫码和关联操作，生成继电保护装置台账回存继电保护业务支撑平台。专责审核新录入的台账数据并发现错误，要求现场运行人员重新扫码和关联。现场运行人员重新扫码和关联期间需p3和p5各付出一个token，而此刻p5里面不存在token，导致模型死锁。实际业务中，继电保护台账基础数据更新后一次下装台账APP即可满足后期应用需求，不必在每次扫码关联保护装置台账信息时持续下装。
再分析非正常终止的标识M2＝[o,p5]，观察得知M2是通过变迁序列t1t10t2t8发生的，其演变过程是：根据继电保护装置台账基础数据的录入需求，将基础数据录入继电保护业务支撑平台，并将基础数据下装到台账APP，然而当前没有新增继电保护装置台账的需求。该情况下应当在基础数据下装到台账APP后结束继电保护装置台账生成服务，但在Petri网的p5里还存在一个token，不能够正常终止。这是因为最初设计时p4和p5是并发执行。
根据上面的分析发现，继电保护装置台账基础信息的更新和继电保护装置台账信息的生成为相互独立的过程，考虑到基础信息的更新及基础信息下装台账APP是继电保护装置台账信息生成的必要基础，对Petri网进行调整，修改后的继电保护装置台账生成服务的Petri网如图6所示。
可见，将继电保护装置台账基础信息的更新和继电保护装置台账信息的生成之间调整为先后关系，在基础信息的更新及基础信息下装台账APP之后再进行扫描装置二维码、与基础数据相关联和专责审核继电保护装置台账数据等操作。根据图6重新生成Petri网序列图，如图7所示。
新生成的出现序列图中，典型变迁序列对应的实际含义是：
(1)t1t3t4t5t7表示根据需求完成继电保护装置台账基础信息的更新和下装APP操作，现场运行人员手持台账APP扫描装置二维码，成功关联到继电保护业务支撑平台中的继电保护装置台账基础信息，生成继电保护装置台账，专责审核通过；
(2)t1t3t4t6t8t4t6t7表示根据需求完成继电保护装置台账基础信息的更新和下装APP操作，现场运行人员手持台账APP扫描装置二维码，未关联到继电保护装置台账基础信息，通过手动添加完成继电保护装置台账的录入，专责审核发现错误，现场运行人员再次扫描装置二维码手动修改继电保护装置台账，专责审核通过；
(3)t2t9t10表示既没有继电保护装置台账基础信息更新需求，也没有继电保护装置台账的录入需求。
可见，修正后的Petri网出现序列的实际意义与继电保护装置台账录入的流程一致，满足继电保护装置台账生成业务的建模需求。
步骤5：将Petri网转化成继电保护设备台账生成业务模型。
本申请提供了一种基于Petri网出现序列的继电保护业务建模方法。本发明针对现有UML等建模语言不具备校验功能的不足，以及保护装置全寿命周期管理业务建模的迫切需求，依托Petri网具备的能够定量分析系统有界性、安全性、可达性等特性，建立基于UML活动图和Petri网的继电保护业务模型，通过验证Petri网出现序列来校验继电保护业务模型的准确性，为继电保护业务开展提供准确的模型。
图9为根据本发明优选实施方式的基于Petri网出现序列的继电保护业务建模系统结构图。如图9所示，一种基于Petri网出现序列的继电保护业务建模系统，系统包括：
分析单元901，用于分析继电保护业务建模需求。优选地，分析单元901用于分析继电保护业务建模需求，还用于：
对继电保护装置状态监视及预警、定值计算及校核、生命画像、故障分析及预测、缺陷管理、检修反措、技术监督、继电保护装置设计、制造、投运、动作、检修、消缺、反措、退役全寿命周期管理的各个环节。
建立单元902，用于根据继电保护业务建模需求，使用UML语言活动图建立继电保护业务模型。优选地，建立单元902用于根据继电保护业务建模需求，使用UML语言活动图建立继电保护业务模型，还用于：根据继电保护业务的详细流程，使用UML语言活动图建立继电保护业务模型；UML语言活动图是UML语言的一种形式，通过流程化模型表现；UML语言活动图包括决策、条件，以及特定状态下的并发行为，能够描绘系统工作的过程以及活动的顺序。优选地，UML语言活动图不需要明显的触发器事件，而是通过执行完活动来触发；当一个活动结束之后，自动转变成另外一个活动状态。
映射单元903，用于将使用UML语言活动图建立的继电保护业务模型映射成Petri网继电保护业务模型。优选地，映射单元903用于将使用UML语言活动图建立的继电保护业务模型映射成Petri网继电保护业务模型，包括：
将基于UML语言活动图映射成Petri网，Petri网是一个四元组PN＝(P,T,F,M0)，其中：
(1)P＝{p1,…,pn}是库所place的有限集合，用于存储标记token，p1,…,pn为第1至n个库所，库所表示媒介、缓冲器、地理位置、子状态、阶段或条件：；
(2)T＝{t1,…,tm}是变迁transition的有限集合，t1,…,tm为：第1至m个变迁，变迁包括表示事件、操作、转换或传输；
(3)是库所与变迁之间的流关系，其中“×”为笛卡尔积；
(4)M：P→Z非负整数集为标识函数，指库所place中存储标记token的个数，M0是初始标识；
继电保护业务中，库所place表示对象的状态，变迁transition则表示对对象实施的某种操作；
设x∈X为PN的任一元素，°x＝{y|(y,x)∈F}为x的前集，x°＝{z|(x,z)∈F}为x的后集；
如果M0(p)≥1(记作M0[t>)，则称变迁t∈T在标识M0下是使能的，经过变迁t的引发得到的后续标识M可以有以下形态：
记作M0[t>M，含义为M是M0的后继,t为1个变迁，°t为t的前集或输入集，t°为t的后集或输出集，p为1个库所，M0(p)为库所p的初始标识；
通过将待验证的活动图中的元素映射转化成Petri网中的元素，生成与UML语言活动图对应的Petri网继电保护模型。
验证单元904，用于构造Petri网出现序列图，对Petri网出现序列进行验证。优选地，验证单元用于构造Petri网出现序列图，对Petri网出现序列进行验证，还用于：
σ＝M0t1M1t2…tnMn为PN的一个有限出现序列的充分必要条件是：对所有i,i＝1,2,…,n,Mi-1[ti>Mi,n称为σ的长度，则τ＝t1t2…tn为PN的对应σ的变迁序列；其中M0为初始标识，M1为M0经t1取得的标识，Mn为终止标识；t1,…,tm为m个变迁，i为整数，对于一个Petri网，构造其出现序列的方法是：
第一步：初始状态取初始标识M0，并为M0添加记号new，初始化可达状态集S为{M0}，可达变迁集T为可达状态集是出现序列中出现的M的集合；
第二步：若S中存在记号为new的状态：
a)取出其中任意一个记号为new的状态Mk；首先删除Mk的记号，然后搜索从M0到Mk的路径上，是否存在状态Mi＝Mk，如果存在则说明已有循环存在，为Mk添加记号again，重新执行此步骤；
b)检查目前的出现序列，若存在Mi＝Mk，说明两个状态的执行情况相同，所以为Mi添加记号again，返回步骤a)；
c)若Petri网在状态Mk下没有可激发的变迁，表示在状态Mk下发生了死锁，为Mk添加记号dead，回到步骤a)；
d)若Petri网在Mk下存在使能的变迁，变迁激发后状态变为Mj，则将此标识加入到可达变迁集T中；
如果Mj＝Mn，则出现正常终止，为Mj添加记号end，返回步骤a)；否则，为Mj添加记号new，将Mj及连接弧MkMj添加至出现序列图中，并将Mj加入可达状态集S中；
第三步：出现序列构造结束：
当有且仅存在一个正确终止标识Mn，但不存在其他死标识，同时满足对任何M∈[M0>，当M＝Mn时，结束库所o的M(o)＝0，并且所有变迁t∈T均位于某个从M0到Mn的变迁序列上，则可判断Petri网正确。
转化单元905，用于当Petri网出现序列通过验证后，将Petri网转化成继电保护业务模型。
本发明优选实施方式的基于Petri网出现序列的继电保护业务建模系统900与本发明另一实施方式的基于Petri网出现序列的继电保护业务建模方法100相对应，在此不再进行赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
Claims (12)
1.一种基于Petri网出现序列的继电保护业务建模方法，所述方法包括：
分析继电保护业务建模需求；
根据所述继电保护业务建模需求，使用UML语言活动图建立继电保护业务模型；
将所述使用UML语言活动图建立的继电保护业务模型映射成Petri网继电保护业务模型；
构造所述Petri网出现序列图，对所述Petri网出现序列进行验证；
当所述Petri网出现序列通过验证后，将所述Petri网转化成继电保护业务模型。
2.根据权利要求1所述的方法，所述分析继电保护业务建模需求，包括：
对继电保护装置状态监视及预警、定值计算及校核、生命画像、故障分析及预测、缺陷管理、检修反措、技术监督、继电保护装置设计、制造、投运、动作、检修、消缺、反措、退役全寿命周期管理的各个环节。
3.根据权利要求1所述的方法，所述根据所述继电保护业务建模需求，使用UML语言活动图建立继电保护业务模型，包括：
根据继电保护业务的详细流程，使用UML语言活动图建立继电保护业务模型；
所述UML语言活动图是UML语言的一种形式，通过流程化模型表现；所述UML语言活动图包括决策、条件，以及特定状态下的并发行为，能够描绘系统工作的过程以及活动的顺序。
4.根据权利要求3所述的方法，所述UML语言活动图不需要明显的触发器事件，而是通过执行完活动来触发；当一个活动结束之后，自动转变成另外一个活动状态。
5.根据权利要求1所述的方法，所述将所述使用UML语言活动图建立的继电保护业务模型映射成Petri网继电保护业务模型，包括：
将基于UML语言活动图映射成Petri网，所述Petri网是一个四元组PN＝(P,T,F,M0)，其中：
(1)P＝{p1,…,pn}是库所place的有限集合，用于存储标记token，p1,…,pn为：第1至n个库所，库所表示媒介、缓冲器、地理位置、子状态、阶段或条件；
(2)T＝{t1,…,tm}是变迁transition的有限集合，t1,…,tm为：第1至m个变迁，变迁包括表示事件、操作、转换或传输；
(3)是库所与变迁之间的流关系，其中“×”为笛卡尔积；
(4)M：P→Z非负整数集为标识函数，指库所place中存储标记token的个数，M0是初始标识；
继电保护业务中，所述库所place表示对象的状态，所述变迁transition则表示对对象实施的某种操作；
设x∈X为PN的任一元素，ox＝{y|(y,x)∈F}为x的前集，xo＝{z|(x,z)∈F}为x的后集；
如果(记作M0[t>)，则称变迁t∈T在标识M0下是使能的，经过变迁t的引发得到的后续标识M可以有以下形态：
记作M0[t>M，含义为M是M0的后继,t为1个变迁，0t为t的前集或输入集，t0为t的后集或输出集，p为1个库所，M0(p)为库所p的初始标识；
通过将待验证的活动图中的元素映射转化成Petri网中的元素，生成与UML语言活动图对应的Petri网继电保护模型。
6.根据权利要求1所述的方法，所述构造所述Petri网出现序列图，对所述Petri网出现序列进行验证，包括：
σ＝M0t1M1t2…tnMn为PN的一个有限出现序列的充分必要条件是：对所有i,i＝1,2,…,n,Mi-1[ti>Mi,n称为σ的长度，则τ＝t1t2…tn为PN的对应σ的变迁序列；其中M0为初始标识，M1为M0经t1取得的标识，Mn为终止标识；t1,…,tm为m个变迁，i为整数，对于一个Petri网，构造其出现序列的方法是：
第一步：初始状态取初始标识M0，并为M0添加记号new，初始化可达状态集S为{M0}，可达变迁集T为可达状态集是出现序列中出现的M的集合；
第二步：若S中存在记号为new的状态：
a)取出其中任意一个记号为new的状态Mk；首先删除Mk的记号，然后搜索从M0到Mk的路径上，是否存在状态Mi＝Mk，如果存在则说明已有循环存在，为Mk添加记号again，重新执行此步骤；
b)检查目前的出现序列，若存在Mi＝Mk，说明两个状态的执行情况相同，所以为Mi添加记号again，返回步骤a)；
c)若Petri网在状态Mk下没有可激发的变迁，表示在状态Mk下发生了死锁，为Mk添加记号dead，回到步骤a)；
d)若Petri网在Mk下存在使能的变迁，变迁激发后状态变为Mj，则将此标识加入到可达变迁集T中；
如果Mj＝Mn，则出现正常终止，为Mj添加记号end，返回步骤a)；否则，为Mj添加记号new，将Mj及连接弧MkMj添加至出现序列图中，并将Mj加入可达状态集S中；
第三步：出现序列构造结束：
当有且仅存在一个正确终止标识Mn，但不存在其他死标识，同时满足对任何M∈[M0>，当M＝Mn时，结束库所o的M(o)＝0，并且所有变迁t∈T均位于某个从M0到Mn的变迁序列上，则可判断Petri网正确。
7.一种基于Petri网出现序列的继电保护业务建模系统，所述系统包括：
分析单元，用于分析继电保护业务建模需求；
建立单元，用于根据所述继电保护业务建模需求，使用UML语言活动图建立继电保护业务模型；
映射单元，用于将所述使用UML语言活动图建立的继电保护业务模型映射成Petri网继电保护业务模型；
验证单元，用于构造所述Petri网出现序列图，对所述Petri网出现序列进行验证；
转化单元，用于当所述Petri网出现序列通过验证后，将所述Petri网转化成继电保护业务模型。
8.根据权利要求7所述的系统，所述分析单元用于分析继电保护业务建模需求，还用于：
对继电保护装置状态监视及预警、定值计算及校核、生命画像、故障分析及预测、缺陷管理、检修反措、技术监督、继电保护装置设计、制造、投运、动作、检修、消缺、反措、退役全寿命周期管理的各个环节。
9.根据权利要求7所述的系统，所述建立单元用于根据所述继电保护业务建模需求，使用UML语言活动图建立继电保护业务模型，还用于：
根据继电保护业务的详细流程，使用UML语言活动图建立继电保护业务模型；
所述UML语言活动图是UML语言的一种形式，通过流程化模型表现；所述UML语言活动图包括决策、条件，以及特定状态下的并发行为，能够描绘系统工作的过程以及活动的顺序。
10.根据权利要求9所述的系统，所述UML语言活动图不需要明显的触发器事件，而是通过执行完活动来触发；当一个活动结束之后，自动转变成另外一个活动状态。
11.根据权利要求7所述的系统，所述映射单元用于将所述使用UML语言活动图建立的继电保护业务模型映射成Petri网继电保护业务模型，包括：
将基于UML语言活动图映射成Petri网，所述Petri网是一个四元组PN＝(P,T,F,M0)，其中：
(1)P＝{p1,…,pn}是库所place的有限集合，用于存储标记token，p1,…,pn为第1至n个库所，库所表示媒介、缓冲器、地理位置、子状态、阶段或条件：；
(2)T＝{t1,…,tm}是变迁transition的有限集合，t1,…,tm为：第1至m个变迁，变迁包括表示事件、操作、转换或传输；
(3)是库所与变迁之间的流关系，其中“×”为笛卡尔积；
(4)M：P→Z非负整数集为标识函数，指库所place中存储标记token的个数，M0是初始标识；
继电保护业务中，所述库所place表示对象的状态，所述变迁transition则表示对对象实施的某种操作；
设x∈X为PN的任一元素，ox＝{y|(y,x)∈F}为x的前集，xo＝{z|(x,z)∈F}为x的后集；
如果(记作M0[t>)，则称变迁t∈T在标识M0下是使能的，经过变迁t的引发得到的后续标识M可以有以下形态：
记作M0[t>M，含义为M是M0的后继,t为1个变迁，0t为t的前集或输入集，t0为t的后集或输出集，p为1个库所，M0(p)为库所p的初始标识；
通过将待验证的活动图中的元素映射转化成Petri网中的元素，生成与UML语言活动图对应的Petri网继电保护模型。
12.根据权利要求7所述的系统，所述验证单元用于构造所述Petri网出现序列图，对所述Petri网出现序列进行验证，还用于：
σ＝M0t1M1t2…tnMn为PN的一个有限出现序列的充分必要条件是：对所有i,i＝1,2,…,n,Mi-1[ti>Mi,n称为σ的长度，则τ＝t1t2…tn为PN的对应σ的变迁序列；其中M0为初始标识，M1为M0经t1取得的标识，Mn为终止标识；t1,…,tm为m个变迁，i为整数，对于一个Petri网，构造其出现序列的方法是：
第一步：初始状态取初始标识M0，并为M0添加记号new，初始化可达状态集S为{M0}，可达变迁集T为可达状态集是出现序列中出现的M的集合；
第二步：若S中存在记号为new的状态：
a)取出其中任意一个记号为new的状态Mk；首先删除Mk的记号，然后搜索从M0到Mk的路径上，是否存在状态Mi＝Mk，如果存在则说明已有循环存在，为Mk添加记号again，重新执行此步骤；
b)检查目前的出现序列，若存在Mi＝Mk，说明两个状态的执行情况相同，所以为Mi添加记号again，返回步骤a)；
c)若Petri网在状态Mk下没有可激发的变迁，表示在状态Mk下发生了死锁，为Mk添加记号dead，回到步骤a)；
d)若Petri网在Mk下存在使能的变迁，变迁激发后状态变为Mj，则将此标识加入到可达变迁集T中；
如果Mj＝Mn，则出现正常终止，为Mj添加记号end，返回步骤a)；否则，为Mj添加记号new，将Mj及连接弧MkMj添加至出现序列图中，并将Mj加入可达状态集S中；
第三步：出现序列构造结束：
当有且仅存在一个正确终止标识Mn，但不存在其他死标识，同时满足对任何M∈[M0>，当M＝Mn时，结束库所o的M(o)＝0，并且所有变迁t∈T均位于某个从M0到Mn的变迁序列上，则可判断Petri网正确。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant |