基于分布Petri网的智能变电站保护运行风险的建模方法及装置

1.一种基于分布Petri网的智能变电站保护运行风险的建模方法，其特征在于，包括：根据智能变电站中各一次设备对应的保护的工作原理，采用Petri网技术，构造各保护的Petri网，根据各保护的Petri网的结构，构造对应的变迁与库所的关联矩阵；利用SCD文件中各保护所在设备的压板配置，将相关压板作为库所添加到已构造的各保护的Petri网的相关变迁的输入库所中；相关压板包括功能压板、SV接收压板和检修压板；从SCD文件中解析出各保护设备的虚回路连接信息，即一个保护设备向智能终端发出的跳闸GOOSE报文、向其它相关保护发出的启失灵GOOSE报文，构造耦合关系结构体，以描述一个保护的Petri网的输出库所与相关保护的Petri网的输入库所之间的耦合关系；根据每个保护输出的各虚回路连接信息，分别构造相应的耦合关系结构体，再将其分别加入到耦合关系结构体数组中，形成耦合关系库；构造耦合状态库，用于存储各一次设备双套保护基于耦合关系结构体传递的状态信息，双套保护为A套保护和B套保护；对应每一个耦合关系结构体，在耦合状态库中有相应的1行，该行的第1列、第2列分别存放A套保护在耦合关系结构体中对应的输出库所的状态值、B套保护在耦合关系结构体中对应输出库所的状态值；设置一次设备发生故障、该一次设备对应保护的Petri网中各压板的投退状态，更新相应保护的Petri网的初始状态，对该保护的Petri网各阶段运行进行推演；在该保护的Petri网运行结束后，获得该保护对应Petri网的变迁累计触发向量；分析该一次设备对应的保护动作是否完成；如果该保护动作未完成，由变迁累计触发向量找到该保护的Petri网中未被触发的变迁，依次检查该变迁的各个输入库所，如果一个没有抑制弧的输入库所的状态值为0，则判断由该输入库所导致该变迁未被触发，Petri网对应的保护行为未能完成，Petri网发生阻塞；再利用耦合关系库，找到与当前Petri网相关的后续保护的Petri网，将当前Petri网输出库所的状态值，赋值给后续保护的Petri网相关输入库所的状态值，更新后续保护的Petri网的初始状态，以便使后续保护的Petri网能够被启动。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据智能变电站中各一次设备对应的保护的工作原理，采用Petri网技术，构造各保护的Petri网，根据各保护的Petri网的结构，构造对应的变迁与库所的关联矩阵，包括：步骤11：针对一个智能变电站，分别对高压侧、中压侧、低压侧的线路保护，构造相应的线路保护的Petri网；针对母线，建立母线保护的Petri网；建立各断路器保护的Petri网；建立主变保护的Petri网；步骤12：根据步骤11得到的所有保护的Petri 网的结构，构造对应的变迁与库所的关联矩阵 W ，关联矩阵 W 用于表示各变迁与各库所之间的连接关系。 3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤12包括：一个输入库所与其指向的变迁在关联矩阵中对应的元素为-1；一个变迁与其指向的一个输出库所在关联矩阵中对应的元素为1；若一个库所与其它变迁没有关联，则该库所与该其它变迁在关联矩阵中对应的元素为0；关联矩阵 W 中各元素定义为： （2）式中， 表示为从变迁 t 到库所 p 的有向弧， 表示为从库所 p 到变迁 t 的有向弧；当一个库所是多个变迁的输入库所时，导致该库所的状态只能触发一个变迁，对该库所到后续的所有变迁进行加权，使该库所在一次推演中能够同时触发多个后续变迁；加权的权重表示为： （5）式中， 表示为有向弧 的权重；该库所是 k 个变迁的输入库所时，则 值为1/ k 。 4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用SCD文件中各保护所在设备的压板配置，将相关压板作为库所添加到已构造的各保护的Petri网的相关变迁的输入库所中，包括：在各一次设备对应的保护的Petri网中，合并单元采样值SV信息上传到保护设备；保护设备接收SV信息后发出跳闸命令和启失灵信号；跳闸命令传递到智能终端，启失灵信号传递给相邻的保护设备，则在保护的Petri网中，将对应SV接收压板作为合并单元信息上传的条件，即一个输入库所，完成第一轮变迁的触发；功能压板及检修压板作为保护设备动作的条件，和合并单元信息上传共同触发第二轮变迁；第三轮变迁的触发则需满足跳闸命令、启失灵信息及其对应的GOOSE发送软压板为投入状态。 5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其特征在于，所述利用SCD文件中各保护所在设备的压板配置，将相关压板作为库所添加到已构造的各保护的Petri网的相关变迁的输入库所中，具体包括：对于500kV线路保护的Petri网，在其“SV接收”变迁上，加入两个断路器5021SV接收压板、5022SV接收压板、线路SV接收压板，作为其输入库所；在“保护功能触发”变迁上，加入保护功能压板、检修压板，作为其输入库所，其中，检修压板库所具有抑制弧，即当它的状态值为0时才能参与该变迁的触发；在“发5021跳闸令到智能终端”、“发5022跳闸令到智能终端”变迁上，分别加入5021跳闸出口压板、5022跳闸出口压板，作为它们的输入库所；在“发5021失灵信号出口”、“发5022失灵信号出口”变迁上，分别加入启5021失灵压板、启5022失灵压板，作为它们的输入库所；在该保护的SV接收、保护动作、发跳闸信号、启失灵GOOSE信号各环节，设置相应的压板，以表达各压板对500kV线路保护动作的不同作用。 6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，调用该保护的Petri网，基于关联矩阵，对该保护的Petri网的各阶段分别进行推演和分析，包括：步骤401：设置一次设备发生故障、该一次设备对应保护的Petri网中各压板的投退状态，并对该一次设备对应保护的Petri网的库所状态矢量 M 进行设置，步骤402：根据各变迁的库所状态矢量 M ，判断各变迁是否满足触发条件，对当前保护的Petri网进行本轮次的行为推演，计算得到本轮次的变迁触发矢量 X ；步骤403：若变迁触发矢量 X 中有不为0的值，即有新的变迁被触发，则利用关联矩阵 W 、本轮次的库所状态矢量 、变迁触发矢量 X ，计算得到本轮推演后的库所状态矢量 ，重复步骤402；当变迁触发矢量 X 中全为0，即没有新的变迁被触发，此时本轮推演后的库所状态矢量 为库所的最终状态值，本次Petri网的运行推演结束； 为正整数；步骤404：在当前保护的Petri网运行推演结束后，将各轮次的变迁触发矢量 X 的各列元素分别进行累加，获得该Petri网的变迁累计触发向量 ；根据向量 ，检查保护需要发出的跳闸指令、启失灵信号的各变迁是否被触发，如果各变迁都被触发，则保护动作完成；否则，保护动作未完成；步骤405：利用耦合关系库，找到与当前保护的Petri网相关的后续各保护的Petri网，将当前Petri网的输出库所的状态值，存入耦合状态库中，并赋值给后续Petri网相关的输入库所的状态值，以便于后续各保护的Petri网接收到上级发送的状态值而被启动和进行推演；步骤406：对于智能变电站中其它保护，重复步骤402至步骤405，分别实现对各保护的Petri网的推演和分析，并传递指令给相关保护的Petri网。 7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤401包括：如果一个压板投入，则设置对应的压板库所的状态值为1；将一次故障设备对应保护的Petri网作为当前保护的Petri网；根据该一次设备对应的保护正常工作需要的库所状态、以及单个压板的投退状态，设置该Petri网中各库所的初始状态 M 0 。 8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤402包括：若第 个变迁的输入库所不含抑制弧，则第 个变迁的触发状态 计算如下： （3）式中， n 表示第 个变迁的输入库所的数量； 是第 n 个输入库所的状态值； 是变迁触发矢量 X 中的第 个元素；只有当所有不含抑制弧的输入库所的状态值都大于0，才能触发第 个变迁，变迁触发矢量中对应的第 个元素的值为1；否则为0，即第 个不能被触发；若第 个变迁的输入库所含抑制弧，则仅当所有不含抑制弧的输入库所的状态值都大于0、同时含抑制弧的输入库所的状态值都小于0，才能触发第 个变迁，第 个变迁的触发状态 计算如下： （4）式中， 为第 n 个不含抑制弧的输入库所的状态值， 为第 k 个含抑制弧的输入库所的状态值， 是含抑制弧的输入库所的编号； 是变迁触发矢量 X 中的第 个元素；当一个库所是多个变迁的输入库所时，假设该库所的初始状态值为1，在该库所输出指向的一个变迁触发后，经过该变迁的推演，该库所的状态值变成1-1/ k ，若这个库所的状态值仍大于0，则继续触发其它变迁；所述步骤403包括：第 j 轮次的库所的状态计算公式为： （6）式中， 为第 轮推演前各库所的状态矢量； 为第 轮推演后各库所的状态矢量； 为变迁触发矢量； 为库所与变迁的关联矩阵。 9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤404之后，所述步骤405之前，还包括：如果保护动作完成，则转到步骤405，利用最终的库所状态矢量 更新耦合状态库；如果该保护动作未完成，则找到异常的变迁及导致该异常变迁未触发的原因；若变迁累计触发向量 中元素值为0，则找到Petri网中各未被触发的变迁；首先对该变迁进行判断，如果该未被触发的变迁的上级变迁也未被触发，则无需检查当前这个变迁的输入库所；如果该变迁的一个并列变迁已被触发，则无需检查当前这个变迁的输入库所；对于筛选后未被触发的变迁，依次检查该变迁的各输入库所的状态值，若一个不含抑制弧的输入库所的状态值为0，则说明该输入库所是异常的；若含抑制弧的输入库所的状态值为1时，则判断该输入库所是异常的，此时的异常库所即为该一次设备的保护在该变迁被阻塞的原因。 10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，所述保护的Petri网的结构表示为： （1）式中， 表示库所的有限集， 表示变迁的有限集， 表示库所与变迁之间的有向弧集合； 表示抑制弧， 表示变迁触发矢量， 表示库所与变迁的关联矩阵， 为Petri网中库所状态矢量。 11.一种基于分布Petri网的智能变电站保护运行风险的建模装置，其特征在于，包括：第一构造模块，用于根据智能变电站中各一次设备对应的保护的工作原理，采用Petri网技术，构造各保护的Petri网，根据各保护的Petri网的结构，构造对应的变迁与库所的关联矩阵；添加模块，用于利用SCD文件中各保护所在设备的压板配置，将相关压板作为库所添加到已构造的各保护的Petri网的相关变迁的输入库所中；相关压板包括功能压板、SV接收压板和检修压板；第二构造模块，用于：从SCD文件中解析出各保护设备的虚回路连接信息，即一个保护设备向智能终端发出的跳闸GOOSE报文、向其它相关保护发出的启失灵GOOSE报文，构造耦合关系结构体，以描述一个保护的Petri网的输出库所与相关保护的Petri网的输入库所之间的耦合关系；根据每个保护输出的各虚回路连接信息，分别构造相应的耦合关系结构体，再将其分别加入到耦合关系结构体数组中，形成耦合关系库；构造耦合状态库，用于存储各一次设备双套保护基于耦合关系结构体传递的状态信息，双套保护为A套保护和B套保护；对应每一个耦合关系结构体，在耦合状态库中有相应的1行，该行的第1列、第2列分别存放A套保护、B套保护在耦合关系结构体中对应的输出库所的状态值；阻塞发生模块，用于：设置一次设备发生故障、该一次设备对应保护的Petri网中各压板的投退状态，更新相应保护的Petri网的初始状态，对该保护的Petri网各阶段运行进行推演；在该保护的Petri网运行结束后，获得该保护对应Petri网的变迁累计触发向量；分析该一次设备对应的保护动作是否完成；如果该保护动作未完成，由变迁累计触发向量找到该保护的Petri网中未被触发的变迁，依次检查该变迁的各个输入库所，如果一个没有抑制弧的输入库所的状态值为0，则判断由该输入库所导致该变迁未被触发，Petri网对应的保护行为未能完成，Petri网发生阻塞；再利用耦合关系库，找到与当前Petri网相关的后续保护的Petri网，将当前Petri网输出库所的状态值，赋值给后续保护的Petri网相关输入库所的状态值，更新后续保护的Petri网的初始状态，以便使后续保护的Petri网能够被启动。 12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第一构造模块，包括：Petri网建立模块，用于针对一个智能变电站，分别对高压侧、中压侧、低压侧的线路保护，构造相应的线路保护的Petri网；针对母线，建立母线保护的Petri网；建立各断路器保护的Petri网；建立主变保护的Petri网；关联矩阵构造模块，用于根据Petri网建立模块得到的所有保护的Petri 网的结构，构造对应的变迁与库所的关联矩阵 W ，关联矩阵 W 用于表示各变迁与各库所之间的连接关系。 13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述关联矩阵构造模块用于：令一个输入库所与其指向的变迁在关联矩阵中对应的元素为-1；一个变迁与其指向的一个输出库所在关联矩阵中对应的元素为1；若一个库所与其它变迁没有关联，则该库所与该其它变迁在关联矩阵中对应的元素为0；关联矩阵 W 中各元素定义为： （2）式中， 表示为从变迁 t 到库所 p 的有向弧， 表示为从库所 p 到变迁 t 的有向弧；当一个库所是多个变迁的输入库所时，导致该库所的状态只能触发一个变迁，对该库所到后续的所有变迁进行加权，使该库所在一次推演中能够同时触发多个后续变迁；加权的权重表示为： （5）式中， 表示为有向弧 的权重；该库所是 k 个变迁的输入库所时，则 值为1/ k 。 14.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述添加模块用于：在各一次设备对应的保护的Petri网中，合并单元采样值SV信息上传到保护设备；保护设备接收SV信息后发出跳闸命令和启失灵信号；跳闸命令传递到智能终端，启失灵信号传递给相邻的保护设备，则在保护的Petri网中，将对应SV接收压板作为合并单元信息上传的条件，即一个输入库所，完成第一轮变迁的触发；功能压板及检修压板作为保护设备动作的条件，和合并单元信息上传共同触发第二轮变迁；第三轮变迁的触发则需满足跳闸命令、启失灵信息及其对应的GOOSE发送软压板为投入状态。 15.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述添加模块具体用于：对于500kV线路保护的Petri网，在其“SV接收”变迁上，加入两个断路器5021SV接收压板、5022SV接收压板、线路SV接收压板，作为其输入库所；在“保护功能触发”变迁上，加入保护功能压板、检修压板，作为其输入库所，其中，检修压板库所具有抑制弧，即当它的状态值为0时才能参与该变迁的触发；在“发5021跳闸令到智能终端”、“发5022跳闸令到智能终端”变迁上，分别加入5021跳闸出口压板、5022跳闸出口压板，作为它们的输入库所；在“发5021失灵信号出口”、“发5022失灵信号出口”变迁上，分别加入启5021失灵压板、启5022失灵压板，作为它们的输入库所；在该保护的SV接收、保护动作、发跳闸信号、启失灵GOOSE信号各环节，设置相应的压板，以表达各压板对500kV线路保护动作的不同作用。 16.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述阻塞发生模块包括推演和分析单元；所述推演和分析单元用于调用该保护的Petri网，基于关联矩阵，对该保护的Petri网的各阶段分别进行推演和分析。 17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述推演和分析单元包括：设置子单元，用于设置一次设备发生故障、该一次设备对应保护的Petri网中各压板的投退状态，并对该一次设备对应保护的Petri网的库所状态矢量 M 进行设置；计算子单元，用于根据各变迁的库所状态矢量 M ，判断各变迁是否满足触发条件，对当前保护的Petri网进行本轮次的行为推演，计算得到本轮次的变迁触发矢量 X ；推演子单元，用于若变迁触发矢量 X 中有不为0的值，即有新的变迁被触发，则利用关联矩阵 W 、本轮次的库所状态矢量 、变迁触发矢量 X ，计算得到本轮推演后的库所状态矢量 ，重复执行计算子单元；当变迁触发矢量 X 中全为0，即没有新的变迁被触发，此时本轮推演后的库所状态矢量 为库所的最终状态值，本次Petri网的运行推演结束； 为正整数；检查子单元，用于在当前保护的Petri网运行推演结束后，将各轮次的变迁触发矢量 X 的各列元素分别进行累加，获得该Petri网的变迁累计触发向量 ；根据向量 ，检查保护需要发出的跳闸指令、启失灵信号的各变迁是否被触发，如果各变迁都被触发，则保护动作完成；否则，保护动作未完成；赋值子单元，用于利用耦合关系库，找到与当前保护的Petri网相关的后续各保护的Petri网，将当前Petri网的输出库所的状态值，存入耦合状态库中，并赋值给后续Petri网相关的输入库所的状态值，以便于后续各保护的Petri网接收到上级发送的状态值而被启动和进行推演；迭代子单元，用于对于智能变电站中其它保护，重复依次调用计算子单元、推演子单元、检查子单元和赋值子单元，分别实现对各保护的Petri网的推演和分析，并传递指令给相关保护的Petri网。 18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述设置子单元用于：如果一个压板投入，则设置对应的压板库所的状态值为1；将一次故障设备对应保护的Petri网作为当前保护的Petri网；根据该一次设备对应的保护的Petri网需要的库所状态矢量、及单个压板的投退状态，设置该Petri网的库所状态矢量 M 为初始状态矢量 M 0 。 19.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述计算子单元用于：若第 个变迁的输入库所不含抑制弧，则第 个变迁的触发状态 计算如下： （3）式中， n 表示第 个变迁的输入库所的数量； 是第 n 个输入库所的状态值； 是变迁触发矢量 X 中的第 个元素；只有当所有不含抑制弧的输入库所的状态值都大于0，才能触发第 个变迁，变迁触发矢量 X 中对应的第 个元素的值为1；否则为0，即第 个不能被触发；若第 个变迁的输入库所含抑制弧，则仅当所有不含抑制弧的输入库所的状态值都大于0、同时含抑制弧的输入库所的状态值都小于0，才能触发第 个变迁，第 个变迁的触发状态 计算如下： （4）式中， 为第 n 个不含抑制弧的输入库所的状态值， 为第 k 个含抑制弧的输入库所的状态值， 是含抑制弧的输入库所的编号； 是变迁触发矢量 X 中的第 个元素；当一个库所是多个变迁的输入库所时，假设该库所的初始状态值为1，在该库所输出指向的一个变迁触发后，经过该变迁的推演，该库所的状态值变成1-1/k，若该库所的状态值仍然大于0，则继续触发其它变迁；所述推演子单元用于：令第 j 轮次的库所的状态矢量计算公式为： （6）式中， 为第 轮推演前各库所的状态矢量； 为第 轮推演后各库所的状态矢量； 为变迁触发矢量； 为库所与变迁的关联矩阵。 20.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述检查子单元和所述赋值子单元之间设置风险点识别单元，所述风险点识别单元用于：如果保护动作完成，则转到赋值子单元，利用最终的库所状态矢量 更新耦合状态库；如果该保护动作未完成，则找到异常的变迁、及导致该异常变迁未触发的原因；若变迁累计触发向量 中元素值为0，则找到Petri网中未被触发的变迁；首先对该变迁进行判断，如果该未被触发的变迁的上级变迁也未被触发，则无需检查当前变迁的输入库所；如果该变迁的一个并列变迁已被触发，则无需检查当前变迁的输入库所；对于筛选后未被触发的变迁，依次检查该变迁的各输入库所的状态值，若一个不含抑制弧的输入库所的状态值为0，则说明该输入库所是异常的；若含抑制弧的输入库所的状态值为1时，则判断该输入库所是异常的，此时的异常库所即为该一次设备的保护在该变迁被阻塞的原因。 21.根据权利要求11-20任一项所述的装置，其特征在于，所述保护的Petri网的结构表示为： （1）式中， 表示库所的有限集， 表示变迁的有限集， F 表示库所与变迁之间的有向弧集合； 表示抑制弧， X 表示变迁触发矢量， W 表示库所与变迁的关联矩阵， M 为Petri网中库所状态矢量。