面向对象Petri网的输电网线路保护仿真方法技术

本发明专利技术公开一种面向对象Petri网的输电网线路保护仿真方法，包括以下步骤：利用Petri网建模方法及面向对象技术的封装特性，将断路器装置及其上装设的保护元件、重合闸装置封装为保护仿真单元；构建时间决策单元解决保护装置延时变迁的局部时钟，在仿真过程中会不停更改状态的问题，统一处理各种事件的时间配合关系；利用时间决策单元与故障计算单元的消息传递，控制保护仿真过程的前进。通过构建故障计算单元，并利用故障计算单元，时间决策单元和仿真单元对象间的消息传递来模拟各种保护之间的相互配合关系，解决传统Petri网难以描述保护之间的相互影响行为的问题。通过对一典型输电网线路保护系统进行仿真，验证了模型的有效性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的输电网继电保护领域和电网仿真领域，具体是一种面向对象Petri网的输电网线路保护仿真方法。
技术介绍
作为调度员培训仿真系统(DTS)建设和定值在线校核系统研发的一部分，研究继电保护仿真模块的建模方法，对评估全网定值性能，校验保护动作逻辑具有重要的实际意义。离线整定的保护定值，在系统某些特殊运行方式下，可能会出现选择性或灵敏度不满足要求的情形。需要有效的仿真手段来模拟故障后保护的动作行为。Petri网(PN)具有直观清晰的图形化表示方法和形式化的数学定义，已被广泛用于保护仿真的研究中。现有的研究丰富了基于PN的继电保护仿真方法，但仍有下述问题仍需解决：1)保护装置与重合闸装置，断路器装置间的配合关系较为复杂。若通过传统PN模型进行建模，则导致模型变得复杂；2)现有PN模型多专注于描述单个继电保护装置的动态性能，未体现不同保护装置之间的配合关系。简单的PN模型作为无输入/无输出的封闭系统，难以描述保护之间的相互影响行为；3)保护定值仿真系统中，存在着大量不同原理不同类型的保护，对模型的可扩展性有一定要求。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种面向对象Petri网的输电网线路保护仿真方法，针对于该方法的具体
技术实现思路
如下：一种面向对象Petri网的输电网线路保护仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)利用Petri网建模方法及面向对象技术的封装特性，将断路器装置及其上装设的保护元件、重合闸装置封装为一个保护仿真单元；(2)构建时间决策单元用于解决保护装置延时变迁的局部时钟，在仿真过程中会不停更改状态的问题，统一处理各种事件的时间配合关系。(3)利用时间决策单元与故障计算单元的消息传递，控制保护仿真过程的前进。其中，所述步骤(1)中的每个保护仿真单元由断路器、断路器上配置的继电保护及重合闸构成。其中，所述Petri网模型定义为一个四元组：S＝(Pu,Td,Fc,R)1)其中，Pu＝(Pu1,Pu2……Pun)是保护仿真单元的有限集合，n＞0为保护仿真单元的个数，Pui为第i个保护仿真单元的PN模型；Td是时间决策单元，负责处理仿真过程中的时间配合关系并推动仿真进程的前进；Fc是故障计算单元，负责进行系统的故障计算并传递计算结果；R＝(Rij,i,j∈N)为对象间的消息传递。Rij表示对象i和对象j间的消息传递关系。保护仿真单元的PN模型为一个十一元组：Pui＝(IM,OM,P,T,Pre,Post,C,M0,E,ST,*p)2)其中，IM、OM是保护仿真单元PN的输入输出库所集合，实现仿真单元与外界的信息交互。；P是对象内部库所的集合；T是对象内部变迁的集合；C是与变迁和库所关联的色彩集合；Pre与Post是与触发颜色相关的函数，建立了变迁颜色与库所颜色间的对应关系。颜色和色彩指的是对PN网中的每类Token进行赋值，用来区分同一系统中的不同个体；M0为保护仿真单元的初始标识；E＝(e1,e2……en)T为受控变迁对应的外部事件向量，如果事件i为真，则ei为1，反之为0。用于描述仿真时用户预设的保护拒动行为以及断路器的拒动、误动行为；ST＝(St1,St2……Stn)T为约束变迁的约束条件集合。约束变迁对输入信息进行计算处理，如果约束条件Sti满足条件，则变迁可激发。ST用于描述保护的动作判据；*P为一个指针类，用于控制对象之间的信息传递及各Pu的同步推进。*P是一个三元组(t_next,bConnTd,bNeedFc)，其中t_next记录Pu的后续将要触发的变迁集，当t_next为True时，对象内部没有变迁可激发，此时本Pu处于暂时“稳定”状态，bConnTd置为True。本Pu可接收来自时间决策单元Td的消息。当本Pu接收到Td传来的消息后，bConnTd重置为False；bNeedFc表示本Pu是否发生了引起系统拓扑变更的事件，如果发生则bNeedFc为True，当本Pu接收到外界传来的消息后，bNeedFc重置为False。其中，所述步骤(2)中时间决策单元中定义一个时序控制器TC来负责处理时序逻辑关系，TC为一个三元组TC＝(cltTs,cltEvents,TGlobal)。其中，cltTs为动态时间序列，保存从各Pu和Fc接收到的时序逻辑信息；cltEvents为时间序列中时间节点的事件集；TGlobal为当前仿真时间。其中，所述的时间决策单元Td接收保护的启动信息后，通过变迁t1来实现对保护的启动信息的更新，所有的信息存储在cltTs和cltEvents中。其更新规则如下：1)如果IMTP1中不含某保护的启动信息，P1含有该保护的启动信息，则该保护处于返回状态，库所P2中删除该保护的应动作信息；2)如果IMTP1中含有某保护的启动信息，P1中不含有该保护的启动信息，则该保护启动，库所P2中新增保护的应动作信息，其应动作时间为当前仿真时间+动作时延。3)如果IMTP1中含有某保护的启动信息，P1中也含有该保护的启动信息，则该保护处于时延等待状态，库所P2中有保护的应动作信息，其应动作时间保持与P1中记录的一致。其中所述步骤(3)中通过将重合闸启动信息、后加速保护启动信息与库所P2中信息进行综合，更新cltTs及cltEvents，来控制仿真过程的前进。通过将重合闸启动信息、后加速保护启动信息与库所P2中信息进行综合，更新cltTs及cltEvents。如果IMTF中有Token，则变迁t4激发，进行故障计算，所有保护重新进行动作判断；如果IMTF中无Token，则变迁t3激发，t3的作用是选择出离当前仿真时间TGlobal最近的时间节点，触发其对应的事件，并发送消息至各保护仿真单元或故障计算单元，同时推进TGlobal至对应时间节点。本专利技术将断路器及其上装设的保护、重合闸封装为一个保护仿真单元，大大的减少了整体模型的复杂程度，同时利用时间决策单元和保护仿真单元的消息传递来模拟保护的延时动作过程，并统一处理各种事件的时间配合关系，使得整个系统结构更清晰明了。另外本专利技术利用对象间的消息传递关系来模拟各种保护之间的相互配合关系，解决了传统Petri网难以描述保护之间的相互影响行为的缺点。该模型具有一定的可扩展性，对于新原理的线路保护，只需要给出其动作判据，就可以很方便的加入到保护仿真单元中。附图说明下面结合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向对象Petri网的输电网线路保护仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)利用Petri网建模方法及面向对象技术的封装特性，将断路器装置及其上装设的保护元件、重合闸装置封装为一个保护仿真单元；(2)构建时间决策单元用于解决保护装置延时变迁的局部时钟，在仿真过程中会不停更改状态的问题，统一处理各种事件的时间配合关系。(3)利用时间决策单元与故障计算单元的消息传递，控制保护仿真过程的前进。

【技术特征摘要】
1.一种面向对象Petri网的输电网线路保护仿真方法，其特征在于，包
括以下步骤：
(1)利用Petri网建模方法及面向对象技术的封装特性，将断路器装置及
其上装设的保护元件、重合闸装置封装为一个保护仿真单元；
(2)构建时间决策单元用于解决保护装置延时变迁的局部时钟，在仿真
过程中会不停更改状态的问题，统一处理各种事件的时间配合关系。
(3)利用时间决策单元与故障计算单元的消息传递，控制保护仿真过程
的前进。
2.如权利要求1所述的一种面向对象Petri网的输电网线路保护仿真方
法，其特征在于，所述步骤(1)中的每个保护仿真单元由断路器、断路器上
配置的继电保护元件及重合闸装置构成。
3.如权利要求1所述的一种面向对象Petri网的输电网线路保护仿真方
法，其特征在于，所述Petri网模型定义为一个四元组：
S＝(Pu,Td,Fc,R)1)
其中，Pu＝(Pu1,Pu2……Pun)是保护仿真单元的有限集合，n＞0为保护仿
真单元的个数，Pui为第i个保护仿真单元的PN模型；
Td是时间决策单元，负责处理仿真过程中的时间配合关系并推动仿真进程
的前进；
Fc是故障计算单元，负责进行系统的故障计算并传递计算结果；
R＝(Rij,i,j∈N)为对象间的消息传递。Rij表示对象i和对象j间的消息传
递关系。
其中，保护仿真单元的PN模型为一个十一元组：
Pui＝(IM,OM,P,T,Pre,Post,C,M0,E,ST,*p)2)
IM、OM是保护仿真单元PN的输入输出库所集合，实现仿真单元与外界
的信息交互。；
P是对象内部库所的集合；
T是对象内部变迁的集合；
C是与变迁和库所关联的色彩集合；
Pre与Post是与触发颜色相关的函数，建立了变迁颜色与库所颜色间的对
应关系。颜色和色彩指的是对PN网中的每类Token进行赋值，用来区分同一
系统中的不同个体；
M0为保护仿真单元的初始标识；
E＝(e1,e2……en)T为受控变迁对应的外部事件向量，如果事件i为真，则
ei为1，反之为0。用于描述仿真时用户预设的保护拒动行为以及断路器的拒动、
误动行为；
ST＝(St1,St2……Stn)T为约束变迁的约束条件集合。约束变迁对输入信息进
行计算处理，如果约束条件Sti满足条件，则变迁可激发。ST用于描述保护的
动作判据；
*P为一个指针类，用于控制对象之间的信息传递及各Pu的同步推进。*P
是一个三元组(t_next,...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙光，李超群，何仲，王熙俊，叶军，陈俊琰，
申请(专利权)人：上海电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31