CN110932335A - 一种基于Petri网的船舶电力系统发电调度管理方法 - Google Patents

Abstract

一种基于Petri网的船舶电力系统发电调度管理方法，采用Petri网对电力系统进行拓扑建模，包括配电子网络和发电调度子网络两部分，能够有效表征系统中各电气元件的连接关系及系统的负荷接入情况，进而根据系统中负荷功率的回溯叠加特性，利用Petri网中配电子网络的动态更新机制，确定各主配电板的总负荷量。在此基础上，结合各主配电板之间的互联情况，动态调整Petri网中发电调度子网络的关联矩阵及权重，进而利用发电调度子网络的动态更新确定系统中各发电机的出力情况，实现系统各投入机组的效率均衡。该船舶电力系统的发电调度管理方法解决了现有潮流程序难以适应船舶电力系统特点且收敛性难以保证的工程性难题，能够高效实现船舶电力系统发电调度管理。

Description

一种基于Petri网的船舶电力系统发电调度管理方法

技术领域

本发明属于船舶电力系统自动化技术领域，具体涉及一种基于Petri网(一种离散并行系统网络)的船舶电力系统发电调度管理方法。

背景技术

船舶电力系统作为一个独立活动的有限电网，在遭受故障时系统部分元件将被切除，使一些负荷甚至重要负荷失去供电。这就需要对船舶电力系统进行网络重构，保证在大范围内维持供电，保证对最重要设备的不间断供电，将电力设备和网络的破坏性影响缩小并限制在最小范围内，提高船舶的电力稳定性。

船舶电力系统发电调度管理是实现船舶电力系统网路重构的重要基础，重构方案是否可行，需要分析重构后的网络结构及其功率流是否合理。一方面，船舶电力系统有别于陆地电力系统，具有特殊的电网结构、负荷比重大、负荷波动大以及发电机之间按照容量均分功率等显著特点。如何根据这些特点对船舶电网进行拓扑分析，并提出合适的功率流分析及发电管理方法，对于快速进行网络重构具有重要意义。另一方面，现在船舶的日趋大型化和自动化，其系统容量日增大，在船舶电力系统的电能质量评估、供电可靠性、运行方式稳定性分析、大型负荷启停、运行方式切换等方面也都需要准确可靠且快捷有效的功率流分析手段。

船舶电力系统拓扑分析是开展系统功率流分析的重要基础。目前船舶电力系统常用的拓扑分析算法有邻接矩阵法和树搜索方法，其中邻接矩阵法是以节点/支路模型为基础，通过对网络的邻接矩阵进行分析确定网络中任意两个节点之间的导通关系；而树搜索法是通过搜索节点的相邻节点的方法来进行拓扑分析，根据搜索方法的不同，分为深度优先搜索法和广度优先搜索法。上述两类拓扑分析算法的数据组织比较简单，适应性强等特点，但是它们的最大缺点是计算量大，计算速度较慢，且难以和系统功率流分析方法进行高效的交互，因此不适于网络的实时分析。

在船舶电力系统的功率流分析方面，当前主要还是基于传统的潮流计算方法，如牛顿拉夫逊法、PQ分解法等。然而，这些方法实际上主要应用于高压输电网络。对于船舶系统的配电网络来说，由于它一般由一个电源构成的辐射状网络，分支和节点数很多，导致网络的雅克比矩阵的条件数增大，呈现出不同程度的病态特征，计算过程很难收敛，而且配电线路的R/X比较大，不满足PQ解耦的条件，使得快速解耦法也不适用。另一方面，由于船舶电力系统的发电机之间需要按照容量均分实现功率分配，因此必须在传统潮流计算基础上构建电能分配目标函数，通过最优潮流程序实现系统的发电管理与分配。这增加了功率流分析的复杂程度，且导致现有功率流分析技术的收敛性难以保证。

综上，对于船舶电力系统而言，不管是系统拓扑分析还是系统功率流分析，现有技术方案都有明显的局限性。在船舶电力系统对于自动化要求越来越高的背景下，提出高效的船舶电力系统发电调度管理方法，对于快速实现网络重构，保障系统的安全可靠运行具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供的是一种基于Petri网的船舶电力系统发电调度管理方法。从船舶电力系统的辐射状网络结构出发，采用Petri网对电力系统进行拓扑建模，有效分析系统中各电气元件的拓扑连接关系及系统的负荷接入情况。在此基础上根据负荷功率的实际情况，利用Petri网的动态更新机制，确定系统中各发电机的出力情况，实现系统各投入机组的电能均衡调度。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于Petri网的船舶电力系统发电调度管理方法，该方法具体包括以下步骤：

(1)从船舶电力系统的辐射状网络结构出发，采用Petri网对电力系统进行拓扑建模，有效表征系统中各电气元件的连接关系，并将建立的Petri网模型分为配电子网络和发电调度子网络两个部分。

(2)在Petri网的配电子网络中，根据负荷功率的实际情况，并结合系统各可切换开关的状态调整Petri网中配电子网络的库所中的托肯数和关联矩阵的状态。

(3)执行Petri网中配电子网络部分的动态更新，达到稳定状态后即可得到各主配电板所带的总负荷量。

(4)在Petri网的发电调度子网络中，结合各主配电板之间的连接情况及相关发电机的容量大小，调整发电调度子网络的关联矩阵及其输出弧的权重状态。

(5)执行Petri网中发电调度子网络的动态更新，达到稳定状态后即可确定各发电机的出力情况。

(6)根据发电机出力是否超标、联络线是否过负荷等指标判断该运行方式是否可行。若不可行，则需调整系统运行方式，并返回步骤(2)；否则，执行所确定的发电调度管理方法。

优选地，上述基于Petri网的船舶电力系统发电调度管理方法，其采用Petri网对电力系统进行拓扑建模的方法具体如下：

(1.1)一个基本Petri网的结构可用一个5元组表示，即N＝(P，R，K_p，I，O)，其中P＝{P₁,P₂,...,P_m}为库所节点集合(1×m维),每个库所用一个圆圈表示；R＝{R₁,R₂,...,R_n}为变迁节点集合(1×n维)，每个变迁用一根竖线表示；K_P＝[k_P1,k_P2,...,k_Pm]为库所的托肯集合(1×m维)，代表各库所拥有的资源数量。I：P→R，为模型中变迁的输入关联矩阵(m×n维)，若存在由库所P_i指向变迁R_j的输入弧时，I_ij＝1；否则，I_ij＝0。O：R→P，为模型中变迁的输出关联矩阵(n×m维)，若存在由变迁R_i指向库所P_j的输出弧时，O_ij＝1；否则，O_ij＝0。另外，在有特定需求的情况，可以为模型中的输出弧赋予不同的权重系数。

(1.2)在根据系统中各元件的电气连接关系建立船舶电力系统的Petri网模型时，将电力系统中的负荷、负荷配电板、主配电板以及发电机等元件对应为Petri网模型中的库所；除主配电板之间的联络开关以外，将电力系统中的普通开关、自动切换开关和手动切换开关对应为Petri网模型中的变迁。此外，与可切换开关具有两条供电路径相似，与自动切换开关和手动切换开关相对应的变迁也拥有两条输出弧，在模型中也分别用实线输出弧和虚线输出弧表示。

(1.3)建立的Petri网模型可以分为配电子网络Net₁和发电调度子网络Net₂两个部分。其中配电子网络包含从主配电板向下一直延伸到系统末端负荷的部分，表征系统的配电网络；发电调度子网络包括主配电板向上延伸到系统发电机的部分，表征电力系统的发电调度分配单元。在此条件下，根据Petri网中库所和变迁的连接关系，可以分别建立Petri网模型配电子网络和发电调度子网络的输入和输出关联矩阵，即根据前述Petri网中关联矩阵的定义确定I_Net1,I_Net2,O_Net1,O_Net2。应当注意的是，在初始建立输出关联矩阵时，仅考虑普通开关处于闭合状态，可切换开关也选择常规供电路径，因此仅计及模型中的实线输出弧。

优选地，上述基于Petri网的船舶电力系统发电调度管理方法，其配电子网络的动态更新的方法具体如下：

(3.1)根据步骤(1)和步骤(2)所确定的配电子网络的托肯初始向量

和输入及输出关联矩阵I_Net1,O_Net1，即可执行Petri网中配电子网络部分的动态更新，动态更新的迭代公式为

首先令i＝0，代入上述迭代公式进行计算，并判断是否满足

若

表示动态过程尚未达到稳定，则令i＝i+1，并重复上述迭代过程，直到满足

时表示模型进入稳定状态，停止迭代过程。

根据稳定状态的

可以得到与主配电板所对应库所拥有的资源数目，也即对应为各主配电板所带的总负荷量。

优选地，上述基于Petri网的船舶电力系统发电调度管理方法，其发电调度子网络的动态更新的方法具体如下：

(5.1)根据步骤(4)所确定的发电调度子网络的托肯初始向量

和输入及输出关联矩阵I_Net2,O_Net2，即可执行Petri网中发电调度子网络部分的动态更新，动态更新的迭代公式为

首先令i＝0，代入上述迭代公式进行计算，并判断是否满足

若

表示动态过程尚未达到稳定，则令i＝i+1，并重复上述迭代过程，直到满足

时表示模型进入稳定状态，停止迭代过程。

根据稳定状态的

可以得到与发电机库所拥有的资源数目，也即对应为各发电机的出力情况。

对于步骤(6)中当出现发电机出力超标、联络线过负荷等情况时，表明当前方式不可行，需调整系统运行方式(即调整Petri网中的初始托肯数和关联矩阵的状态)，调整的方向如下：

当出现某台发电机出力超标的情况时，首先考虑调整该发电机所连主配电板上的可切换开关状态，更改其供电路径以消除发电机出力超标；其次是考虑合上该发电机所连主配电板的相邻配电板之间的联络开关，通过借助其它发电机的出力裕度消除该发电机的出力超标情况。

当出现联络线过负荷的情况时，其原因为该联络线受电端配电板负荷过重导致的。因此首先在发电机出力范围内增加受电端的发电机出力消除联络线过负荷；其次考虑合上受电端发电机另一侧的联络开关，借助另一侧发电机的出力裕度消除联络线过负荷。最后考虑调整受电端主配电板上的可切换开关状态，更改其供电路径以消除联络线过负荷。

若同时出现发电机出力超标和联络线过负荷的情况，则关联前述方向进行方式调整，调整过程中的开关状态切换即对应为Petri网的关联矩阵状态改变。若通过调整系统的切换开关机联络开关均不能消除发电机出力超标或联络线过载的情况，则需要切除系统中的部分负荷，切除的顺序同样是有限考虑切除出力超标发电机所连主配电板上所带的负荷或者受电端配电板上所连的负荷，负荷的切除即对应为Petri网中托肯数的调整。

总体而言，按照本发明的上述技术构思与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1、基于船舶电力系统网络结构建立系统的Petri网模型，并通过关联矩阵建立模型的数学描述，在此基础上可以通过矩阵运算高效分析系统的拓扑连接关系；

2、根据负荷功率的实际情况并结合系统所投入发电机之间按照容量均分功率的特性，通过Petri网模型的动态更新机制，高效实现船舶电力系统的功率流分析及电能的调度管理。

附图说明

图1是基于Petri网的船舶电力系统发电调度管理流程图；

图2是示例船舶电力系统的接线示意图；

图3是示例船舶电力系统所对应的Petri网模型。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明实施例所提供的基于Petri网的船舶电力系统发电调度管理方法，其流程如图1所示，包括如下步骤：

(1)采用Petri网对电力系统进行拓扑建模，并将建立的Petri网模型分为配电子网络和发电调度子网络两个部分。

(2)根据负荷功率的实际情况，并结合系统各可切换开关的状态调整Petri网中配电子网络的库所中的托肯数和关联矩阵的状态。

(3)执行Petri网中配电子网络部分的动态更新，确定各主配电板所带的总负荷量。

(4)结合各主配电板之间的连接情况及相关发电机的容量大小，调整发电调度子网络的关联矩阵及其输出弧的权重状态。

(5)执行Petri网中发电调度子网络的动态更新，确定各发电机的出力情况。

(6)判断该运行方式是否可行。若不可行，则需调整系统运行方式，并返回步骤(2)；否则，执行所确定的发电调度管理方法。

以下结合图2所示的典型船舶电力系统来阐述本发明所提供的船舶电力系统发电调度管理方法。图2所示的电力系统包括4台发电机G₁～G₄、4条主配电板B₁～B₄、8个负荷配电板LCP₁～LCP₈、24个常规负荷L₁～L₂₄、2台推进电机负荷M₁～M₂、30个普通开关S₁～S₃₀和16个可切换开关，分别对应为8个自动切换开关ABT₁～ABT₈和8个手动切换开关MBT₁～MBT₈。其中的自动切换开关和手动切换开关均具有两条供电路径，其所连接的实线表示常规供电路径，虚线表示备用供电路径。系统中各负荷和发电机的功率参数如表1所示，其中功率参数为标幺值，功率基准为1号发电机G₁的功率容量。

表1负荷和发电机的功率参数

编号	功率	编号	功率	编号	功率
						M<sub>1</sub>	4.5	L<sub>9</sub>	0.062	L<sub>19</sub>	0.135
M<sub>2</sub>	4.5	L<sub>10</sub>	0.030	L<sub>20</sub>	0.217
						L<sub>1</sub>	0.168	L<sub>11</sub>	0.081	L<sub>21</sub>	0.069
L<sub>2</sub>	0.208	L<sub>12</sub>	0.021	L<sub>22</sub>	0.027
						L<sub>3</sub>	0.067	L<sub>13</sub>	0.123	L<sub>23</sub>	0.023
L<sub>4</sub>	0.061	L<sub>14</sub>	0.225	L<sub>24</sub>	0.031
						L<sub>5</sub>	0.052	L<sub>15</sub>	0.077	G<sub>1</sub>	1.0
L<sub>6</sub>	0.063	L<sub>16</sub>	0.022	G<sub>2</sub>	6.0
						L<sub>7</sub>	0.163	L<sub>17</sub>	0.075	G<sub>3</sub>	1.0
L<sub>8</sub>	0.163	L<sub>18</sub>	0.068	G<sub>4</sub>	6.0

以下结合该电力系统，具体阐述实施例所提供的基于Petri网的船舶电力系统发电调度管理方法；该方法具体如下：

(1)从船舶电力系统的辐射状网络结构出发，采用Petri网对电力系统进行拓扑建模，有效表征系统中各电气元件的连接关系，并将建立的Petri网模型分为配电子网络和发电调度子网络两个部分；

一个基本Petri网的结构可用一个5元组表示，即N＝(P，R，K_p，I，O)，其中P＝{P₁,P₂,...,P_m}为库所节点集合(1×m维),每个库所用一个圆圈表示；R＝{R₁,R₂,...,R_n}为变迁节点集合(1×n维)，每个变迁用一根竖线表示；K_P＝[k_P1,k_P2,...,k_Pm]为库所的托肯集合(1×m维)，代表各库所拥有的资源数量。I：P→R，为模型中变迁的输入关联矩阵(m×n维)，若存在由库所P_i指向变迁R_j的输入弧时，I_ij＝1；否则，I_ij＝0。O：R→P，为模型中变迁的输出关联矩阵(n×m维)，若存在由变迁R_i指向库所P_j的输出弧时，O_ij＝1；否则，O_ij＝0。

对于图2所示的船舶电力系统，根据系统中各元件的电气连接关系，建立如图3所示的Petri网模型。其中，电力系统中的负荷、负荷配电板、主配电板以及发电机等元件对应为Petri网模型中的库所；除主配电板之间的联络开关以外，电力系统中的普通开关、自动切换开关和手动切换开关对应为Petri网模型中的变迁。与可切换开关具有两条供电路径相似，与自动切换开关和手动切换开关相对应的变迁也拥有两条输出弧，在模型中也分别用实线输出弧和虚线输出弧表示。

图3中的Petri网模型可以分为配电子网络Net₁和发电调度子网络Net₂两个部分。其中配电子网络包含从主配电板向下一直延伸到系统末端负荷的部分，即图3中绿色框以外的模型部分，表征系统的配电网络；发电调度子网络包括主配电板向上延伸到系统发电机的部分，即图3中绿色框以内的模型部分，表征电力系统的发电调度分配单元。另外，图3中的红色线条表示主配电板之间的联络情况及对应的联络开关。

在此条件下，根据Petri网中库所和变迁的连接关系，可以分别建立Petri网模型配电子网络和发电调度子网络的输入和输出关联矩阵，即根据前述Petri网中关联矩阵的定义确定I_Net1,I_Net2,O_Net1,O_Net2。应当注意的是，在初始建立输出关联矩阵时，仅考虑普通开关处于闭合状态，可切换开关也选择常规供电路径，因此仅计及图3模型中的实线输出弧。

(2)在Petri网的配电子网络中，根据负荷功率的实际情况，并结合系统各可切换开关的状态调整Petri网中配电子网络的初始库所和输出关联矩阵的状态。

针对图3中的配电子网络，查找表1中的负荷参数，为其中与负荷相关的库所赋予相应的托肯值。如对于图3中的M₁库所，为其托肯赋值为4.5。对于其他负荷对应的库所可同样查表1确定。对于模型中其他并非与负荷相对应的库所，其托肯赋初值为0。如此可以确定配电子网络的托肯初始向量

另外，由于负荷功率需要通过开关建立流通回路。因此，需要根据当前运行方式下各开关的开断状态调整Petri网输出关联矩阵里相关元素的状态。如对于普通开关，若其状态为开断，则将其对应变迁的输出弧删除，即将输出关联矩阵中与其输出弧对应的元素置零。对于可切换开关，若其状态为开断，则同样将其对应变迁的输出弧删除，即将输出关联矩阵中与其输出弧对应的元素置零；若其状态为备用供电路径，则需将其对应变迁的实线输出弧删除，虚线输出弧修改为实线输出弧，即将输出关联矩阵中与其实线输出弧对应的元素置零，与虚线输出弧对应的元素置1。对所有开关对应的变迁进行调整后，即可得到更新后输出关联矩阵O_Net1,O_Net2。

(3)执行Petri网中配电子网络部分的动态更新，达到稳定状态后即可得到各主配电板所带的总负荷量。

根据步骤(1)和步骤(2)所确定的配电子网络的托肯初始向量

和输入及输出关联矩阵I_Net1,O_Net1，即可执行Petri网中配电子网络部分的动态更新，动态更新的迭代公式为

首先令i＝0，代入上述迭代公式进行计算，并判断是否满足

若

表示动态过程尚未达到稳定，则令i＝i+1，并重复上述迭代过程，直到满足

时表示模型进入稳定状态，停止迭代过程。

根据稳定状态的

可以得到与主配电板所对应库所拥有的资源数目，也即对应为各主配电板所带的总负荷量。

(4)在Petri网的发电调度子网络中，结合各主配电板之间的连接情况及相关发电机的容量大小，调整发电调度子网络的关联矩阵及其输出弧的权重状态。

由于配电子网络和发电调度子网络两个部分的部分为主配电板所对应的库所。因此，将步骤(3)中配电子网络动态更新的稳态结果作为发电调度子网络中主配电板的初始托肯，对于发电机所对应的库所，则将其托肯值置零。由此可以确定发电调度子网络托肯初始向量

另外，由于系统中各主配电板之间可能通过联络线并联运行。因此，需要结合各主配电板之间的连接情况及相关发电机的容量大小对发电调度子网络的输入及输出关联矩阵进行调整。其调整为采用深度搜索的顺序，如对于图3模型的发电调度子网络而言，其调整过程如下：

从主配电板B₁所对应的库所开始，若S₂₃和S₂₄均处于闭合状态，则表示主配电板B₁和B₂并列运行，此时对于输入关联矩阵I_Net2，将主配电板B₁所关联的列在原来基础上叠加主配电板B₂所关联的列元素，并同时将主配电板B₂所关联的列元素置零；对于输出关联矩阵O_Net2，将主配电板B₁所关联的行在原来基础上叠加主配电板B₂所关联的行元素，并同时将主配电板B₂所关联的行元素置零。

若S₂₉和S₃₀均处于闭合状态，则表示主配电板B₁和B₄并列运行，此时对于输入关联矩阵I_Net2，将主配电板B₁所关联的列在原来基础上叠加主配电板B₄所关联的列元素，并同时将主配电板B₄所关联的列元素置零；对于输出关联矩阵O_Net2，将主配电板B₁所关联的行在原来基础上叠加主配电板B₄所关联的行元素，并同时将主配电板B₄所关联的行元素置零。

若S₂₅和S₃₆均处于闭合状态，则表示主配电板B₂和B₃并列运行。此时若同时满足S₂₃和S₂₄均处于闭合状态，则对于输入关联矩阵I_Net2，将主配电板B₁所关联的列在原来基础上叠加主配电板B₃所关联的列元素，并同时将主配电板B₃所关联的列元素置零；对于输出关联矩阵O_Net2，将主配电板B₁所关联的行在原来基础上叠加主配电板B₃所关联的行元素，并同时将主配电板B₃所关联的行元素置零。若不同时满足S₂₃和S₂₄均处于闭合状态，则对于输入关联矩阵I_Net2，将主配电板B₃所关联的列在原来基础上叠加主配电板B₂所关联的列元素，并同时将主配电板B₂所关联的列元素置零；对于输出关联矩阵O_Net2，将主配电板B₃所关联的行在原来基础上叠加主配电板B₂所关联的行元素，并同时将主配电板B₂所关联的行元素置零。

若S₂₇和S₂₈均处于闭合状态，则表示主配电板B₃和B₄并列运行。此时若同时满足S₂₉和S₃₀均处于闭合状态，则对于输入关联矩阵I_Net2，将主配电板B₁所关联的列在原来基础上叠加主配电板B₃所关联的列元素，并同时将主配电板B₃所关联的列元素置零；对于输出关联矩阵O_Net2，将主配电板B₁所关联的行在原来基础上叠加主配电板B₃所关联的行元素，并同时将主配电板B₃所关联的行元素置零。若不同时满足S₂₉和S₃₀均处于闭合状态，则对于输入关联矩阵I_Net2，将主配电板B₃所关联的列在原来基础上叠加主配电板B₄所关联的列元素，并同时将主配电板B₄所关联的列元素置零；对于输出关联矩阵O_Net2，将主配电板B₃所关联的行在原来基础上叠加主配电板B₄所关联的行元素，并同时将主配电板B₄所关联的行元素置零。

在上述调整基础上，考虑到船舶电力系统中各投入的发电机之间按照容量均分功率，因此需要根据各发电机的投入情况确定发电调度子网络的输出弧权重。如对于图3中网络而言，其调整过程为：对于输出关联矩阵O_Net2的每一行元素，找到其中的非零元素，其所在的列即对应为变迁的各输出发电机库所，求取这些输出发电机库所的机组容量占该行所有输出发电机库所的总机组容量的占比作为输出弧的权重，并赋予输出关联矩阵中该行对应的元素位置。如此即可实现发电调度子网络的输出弧权重调整。

经过上述调整过程后，即可得到更新后的输入输出关联矩阵I_Net2,O_Net2。

(5)执行Petri网中发电调度子网络的动态更新，达到稳定状态后即可确定各发电机的出力情况。

根据步骤(4)所确定的发电调度子网络的托肯初始向量

和输入及输出关联矩阵I_Net2,O_Net2，即可执行Petri网中发电调度子网络部分的动态更新，动态更新的迭代公式为

首先令i＝0，代入上述迭代公式进行计算，并判断是否满足

若

表示动态过程尚未达到稳定，则令i＝i+1，并重复上述迭代过程，直到满足

时表示模型进入稳定状态，停止迭代过程。

根据稳定状态的

可以得到与发电机库所拥有的资源数目，也即对应为各发电机的出力情况。

(6)根据发电机出力是否超标、联络线是否过负荷情况判断该运行方式是否可行。若不可行，则需调整系统运行方式，并返回步骤(2)；否则，执行所确定的发电调度管理方法。

经过上述模型的动态更新过程，所有发电机的处理以及各主配电板上所带的负荷情况均可以确定。此时根据各主配电板之间的连接关系可以得到配电板间联络线的功率。在此基础上，可以将发电机实际出力情况与发电机处理限制进行对比从而判断发电机出力是否超标，并将联络线上的传输功率与该联络线的功率极限进行比较，从而判断联络线是否过负荷。若确实存在发电机出力超标或联络线过负荷情况，则表明当前运行方式不可行，需重新调整系统运行方式，并返回步骤(2)；否则，执行Petri网更新所确定的发电机出力调度方案。

例如，对于图2所示系统，其联络线的功率上限为3.0p.u.。此时考虑系统运行状态为G₁，G₃，G₄通过联络线并联运行，发电机G₂停机，推进负荷M₂按满额定功率投入运行，M₁退出运行，图2系统中主网络除开关S₆，S₇，S₂₃断开外，其余开关全部闭合，配网侧所有负荷按常规路径供电。此时通过本发明方法分析的结果如下：四个主配电板上的所带的总负荷分别为：0.6190p.u.，0.5200p.u.，0.5900p.u.，5.5020p.u.。四台发电机的出力分别为：0.9039p.u.，0p.u.，0.9039p.u.，5.4232p.u.。四条联络线上的输送功率分别为：0p.u.，-0.5200p.u.，-0.2061p.u.，-0.2849p.u.。Petri网更新的平均运算时间约为5ms。可见通过本发明的分析方法，能够快速实现船舶电力系统的发电调度。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于Petri网的船舶电力系统发电调度管理方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

(1)从船舶电力系统的辐射状网络结构出发，采用Petri网对电力系统进行拓扑建模，用于表征系统中各电气元件的连接关系，并将建立的Petri网模型分为配电子网络和发电调度子网络两个部分；

(2)在Petri网的配电子网络中，根据负荷功率的实际接入情况，并结合系统各可切换开关的状态调整Petri网中配电子网络的库所中的托肯数和关联矩阵的状态；

(3)执行Petri网中配电子网络部分的动态更新，达到稳定状态后即可得到各主配电板所带的总负荷量；

(4)在Petri网的发电调度子网络中，结合各主配电板之间的连接情况及相关发电机的容量大小，调整发电调度子网络的关联矩阵及其输出弧的权重状态；

(5)执行Petri网中发电调度子网络的动态更新，达到稳定状态后即可达到稳定状态后即可确定各发电机的出力情况；

(6)根据发电机出力是否超标、联络线是否过负荷等指标判断该运行方式是否可行；若不可行，则需调整系统运行方式，并返回步骤(2)；否则，执行所确定的发电调度管理方法。

2.如权利要求1所述的基于Petri网的船舶电力系统发电调度管理方法，其特征在于，所述步骤(1)采用Petri网对电力系统进行拓扑建模的方法具体如下：

(1.1)采用5元组构建所述Petri网的结构，即N＝(P，R，K_p，I，O)，其中P＝{P₁,P₂,...,P_m}为库所节点集合(1×m维),每个库所用一个圆圈表示；R＝{R₁,R₂,...,R_n}为变迁节点集合(1×n维)，每个变迁用一根竖线表示；K_P＝[k_P1,k_P2,...,k_Pm]为库所的托肯集合(1×m维)，代表各库所拥有的资源数量；I：P→R，为模型中变迁的输入关联矩阵(m×n维)，若存在由库所P_i指向变迁R_j的输入弧时，I_ij＝1；否则，I_ij＝0；O：R→P，为模型中变迁的输出关联矩阵(n×m维)，若存在由变迁R_i指向库所P_j的输出弧时，O_ij＝1；否则，O_ij＝0；

(1.2)将电力系统中的负荷、负荷配电板、主配电板以及发电机等元件对应为Petri网模型中的库所；除主配电板之间的联络开关以外，将电力系统中的普通开关、自动切换开关和手动切换开关对应为Petri网模型中的变迁；考虑到自动切换开关和手动切换开关能够进行状态切换，为其对应的变迁设置两条输出弧，分别用实线输出弧和虚线输出弧表示；

(1.3)采用Petri网的配电子网络表征电力系统的配电网络，所述配电子网络包含从主配电板向下一直延伸到系统末端负荷的部分；采用发电调度子网络表征电力系统的发电调度分配单元，所述发电调度子网络包括主配电板向上延伸到系统发电机的部分；根据Petri网中库所和变迁的连接关系，分别建立Petri网模型配电子网络和发电调度子网络的输入和输出关联矩阵，即根据步骤(1.1)中所述Petri网的关联矩阵的定义确定I_Net1,I_Net2,O_Net1,O_Net2；其中I_Net1,O_Net1分别为配电子网络的输入及输出关联矩阵；I_Net2,O_Net2分别为发电调度子网络的输入和输出关联矩阵。

3.如权利要求1所述的基于Petri网的船舶电力系统发电调度管理方法，其特征在于，所述步骤(3)配电子网络的动态更新的方法具体如下：

(3.1)根据步骤(1)和步骤(2)所确定的配电子网络的托肯初始向量

和输入及输出关联矩阵I_Net1,O_Net1，执行Petri网中配电子网络部分的动态更新，动态更新的迭代公式为

首先令i＝0，代入上述迭代公式进行计算，并判断是否满足

若

表示动态过程尚未达到稳定，则令i＝i+1，并重复上述迭代过程，直到满足

时表示模型进入稳定状态，停止迭代过程；

根据稳定状态的

得到与主配电板所对应库所拥有的资源数目，也即对应为各主配电板所带的总负荷量。

4.如权利要求1所述的基于Petri网的船舶电力系统发电调度管理方法，其特征在于，所述步骤(5)发电调度子网络的动态更新的方法具体如下：

(5.1)根据步骤(4)所确定的发电调度子网络的托肯初始向量

和输入及输出关联矩阵I_Net2,O_Net2，执行Petri网中发电调度子网络部分的动态更新，动态更新的迭代公式为

首先令i＝0，代入上述迭代公式进行计算，并判断是否满足

若

表示动态过程尚未达到稳定，则令i＝i+1，并重复上述迭代过程，直到满足

时表示模型进入稳定状态，停止迭代过程；

根据稳定状态的

得到与发电机库所拥有的资源数目，也即对应为各发电机的出力情况。

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