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基于Petri网的地铁供电故障应急响应过程建模探析.pdf


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】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。:..研究探讨I研究基于Petri网的地铁供电故障应急响应过程建模探析韩金燕,杨霄(首都经济贸易大学,北京100070)【摘要】地铁供电系统的正常运行对于地铁的安全和稳定至关重要,而应急响应能力则是保障其正常运行的关键。文章基于着色时间Petri网方法,使用CPNtools仿真工具构建了地铁供电故障事故现场中应急疏散组与故障抢修组的应急响应过程模型。通过建模仿真,得出该应急响应过程的时间规律呈正态分布。并且,基于该模型进行同构马尔可夫链定量分析,找出该应急响应过程中存在的瓶颈环节,提出针对性对策建议,以期为地铁供电故障应急响应提供参考。【关键词】地铁供电故障;应急响应过程;着色时间Petri网;马尔可夫链;CPNtools仿真中图分类号:X951文献标识码:A0引言此,本文基于应急疏散小组与故障现场的抢险小供电故障一旦发生,将严重影响地铁的运营效组的协作过程,构建基于着色时间Petri网的供电率和安全性。因此,提高应对供电故障的应急响应故障应急响应过程模型,并利用时间Petri网对应能力,采取及时、有效的措施是地铁管理急需解决的着色Petri网工具集(CPNtools)软件仿真分析应的问题。当前,有许多学者综合探讨了地铁供电故急响应过程的时间规律,结合同构马尔可夫链对应障的原因与分类,侧重给出了发生供电故障时如何急响应过程进行定量分析,以期找出地铁发生供电抢修电力设备及提高电力调度应急处置对策及排查故障时,上述两个小组在事故现场的应急响应过程策略,同时强调了地铁供电系统的复杂性和庞大中协作的瓶颈环节,为保障地铁安全稳定运营提供性,论述了供电设备损坏对地铁正常运行的恶劣影参考。响0-s]0但目前仍未有学者研究发生供电故障时地铁事故现场的应急响应过程,。着色时间Petri网(CTPN)是一种分析工具,佩特里(Petri)网是一种数学工具,可以用于是在传统Petri网中引入时间变量和着色变量,通分析系统的运行和控制,通常用于建模离散事件,过使用特定的颜色和时间信息,可以更好地理解系适用于描述各种复杂的行为和过程,包括应急响应统的行为,并进行准确的建模和分析。过程16】。目前,Petri网被广泛应用在矿山事故灾害、CTPN是一个六元组:建筑火灾、城市轨道交通及化工等研究领域17-141。CTPN=(P,T,A,C,r7’,Mo)着色时间Petri网是在传统Petri网基础上引入式中,P为库所集,库所中的托肯表示消息类时间变量和时间约束的扩展,用于建模和分析具有型或命令,托肯的颜色决定哪个变迁被激活;T为时间约束的系统行为,为系统的时序性质和资源变迁集;AsP×TUTxP,表示有向弧集合,弧利用情况提供了形式化描述和分析的能力11510因连接库所和变迁;C表示颜色集,为相应库所赋予2023年第9期安全与t康I53万方数据:..研究I研究探讨颜色;l"T表示变迁丁的时间集,为相应变迁赋予3)变迁的利用率。U(c)=如甜P[M】的利用时间值;Mo为初始标识,为库所定义初始值【6】。率U(t)等于使t转变为可实施的所有标识的稳定CPNtools是由丹麦奥尔堡大学开发的工具概率和,则有:集,用于建模、模拟和验证着色Petri网,可以在u(t)=如EEP[M](4)Windows、macOS和Linux操作上使用,帮助用户式中,E是使t可实施的所有可达标识集合。构建复杂的Petri网模型,绘制、编辑和调整Petri网的各个元素,包括库所、变迁、边界、时间标2地铁供电故障应急响应过程建模记,也可以使用内置的分析工具,如状态空间生成当地铁供电系统发生故障时,事故现场的应急器、性能分析器等对Petri网模型进行验证和分析响应工作能够保证列车尽快恢复安全运营。为保障笔【l寸06】乘客安全和现场秩序,应尽快启动应急预案,,每个变迁时间可看成一个连续的互协作、明确分工,以便快速、高效地应对紧急服从指数分布的随机变量,则该模型可同构于连续情况。时间的马尔可夫链(MC)【17l,即CTPN模型中的元1)车站应急疏散组需要快速响应,根据应急素(如标识和变迁)可以与马尔可夫链中的状态和预案选取对应的处置方式展开应急疏散行动,并及转移相对应,从而将连续时间的行为转化为离散的时传达给车站所有应急人员(如发生应急预案外的马尔可夫链。情况,须根据现场实际情况进行事态实时分析,判1)计算各个状态的概率分布趋于稳定时的概定突发事件类型)。应急人员按照应急疏散方案组率(即稳定概率)公式如下:织所有乘客安全有序地撤离车站。2)与此同时,故障抢修组迅速响应:电力调j,PQ-I-(1)度员立即检查诊断整个供电系统,确定故障的位I∑}P(Mi)=1,0≤i≤n置、范围、类型和程度,并依据应急预案选定相应2)q口为转移矩阵中的元素,表示从状态M到的抢修方案;技术抢修员则前往故障现场,评估故状态坞的转移速率:障状态,采取安全防护措施,进行故障排除和抢修行动。在抢修过程中,故障抢修组需要注意采取安f孤上标注的运翠i≠j,看Mi从状态到状态M碉一条弧相连qli={0i≠j,若Mi从状态到状态吩无弧相连全措施,如佩戴防护装备、检查电流和电压的状态L一从状态输出的各条弧上标注的速率之和i=i等,确保抢修过程中不发生二次事故。(2)3)故障抢修行动成功后,两个小组应做好后式中,P=(Pf%),P(鸩),…,P(M_n))续的清理、检查、恢复等工作,确认现场安全无误是各标识的稳定状态概率;a为转移速率矩阵;M后结束应急响应,返回各自岗位,列车恢复运营;为第i个标识,即CTPN模型中的一个具体状态。如果抢修行动未能成功则需及时向上级汇报情况,2)库所平均托肯数[181。对于VPi∈P,U。表等待外部救援,其间安排人员对现场进行监测,避示稳定概率下库所P,处于某一可达标记的平均所免出现衍生事故。此外,抢修组可以根据实际情况含的托肯数,则有:及时采取一些临时措施,如切断电源、隔离危险区Ui=EjjxP[M(Pi)=J】(3)域等,以减少风险。式中,P[M(Pi)钥为库所pidPj个托肯的稳本文利用CPNTools软件,对发生供电故障的定概率。地铁车站和抢修现场两个方面的应急响应过程进行建模,如图1。本文通过Petri网模型来呈现应急响54-安全与健康2023年第9期万方数据:..研究探讨I研究应过程中两个小组相互协作的状态和具体响应动作。应结束(T,,)”中的状态是疏散没能成功或抢修没库所P表示可能处于的状态,变迁T代表着的具体能成功的“警告状态”,发生此类情况,不再是车响应动作。在模型中,变迁时间也就是执行响应动站内部人员的应急响应行动了,而是通知上级等待作所需的时间,托肯在Petri网中流动表示状态发生外部支援。上级介入就是下一级别的应急响应了,了变化。同时,为了更好地区分不同类型的托肯,需要重新判定响应等级、响应预案等,不在此次的利用Petri网模型中的颜色集对其进行分类。应急响应行动中,以库所P。,结束本次应急响应。其中,在“通知上级等待指示(T。。)一应急响图1地铁供电故障的应急响应过程CTPN模型图其中,图1中库所和变迁含义见表1,颜色集表2颜色集与变量的含义亦和变量含义见表2。函数funOK(X,Y)=(X<刊)主变量值含义为故障状态诊断函数,X、Y为随机数。Ff故障类型,f为供电故障应急队伍:全体(e)、故障抢修组(e,)包表1CTPN模型中库所与变迁的含义Eqq2’吃q’(1”括电力调度员(e,,)和技术抢修员(e,:)、应急疏散组(e,)痹库所含义耋变迁含义Bb应急方案:b为供电故障应急抢修方案P,供电故障发生T,故障被发现。3。3故障状态:异常状态(u)、正常状态(n)、u,n,w警告状态(w)P2选(制)定行动计划T:启动应急响应行动c(U,e,)组合类型:s与E组合P3应急疏散组抢险准备T3应急疏散组事态分析P。故障抢修组应急抢险准备T。故障抢修组抵达故障现场P;掌握事态信息T;商讨选取应急疏散方案3供电故障应急响应过程的定量分析P。技术抢修员实施安全措施T。评估供电故障情况和范围为确定真实合理的平均变迁时间数据,以某P7电力调度员故障诊断T7确定故障排查方案地铁公司近5年发生的18起供电故障案例为例。疏散方案确定完毕应急疏散组开展乘客疏散P。T。工作本文通过分析案例中应急人员处理故障的应急过P。情况评估完毕T。故障抢修行动程,统计具体响应时间,然后总结归纳案例中不P。。故障抢修方案确定完毕T。。通知上级等待指示P,,乘客疏散完毕T1,安全清理检查同响应过程的变迁时间,得出平均变迁时间分别P。:故障处理结果T,:返回各自岗位为:T1=1,T2=3,T3=3,T4=5,T5=6,T6=8,T7=6,P,,应急响应结束T8=15,T9=12,Tlo=3,T11=5,T12=2。在应急响应2023年第9期安全与健康●55万方数据:..研究I研究探讨的模型中,各响应行动的变迁时间都是随机变量,。由同构马尔可夫链可本文根据前述构建的CTPN模型,确定Petri知,hi=1/ti是变迁ti∈T的平均实施速率,指网模型中存在的可能状态,以及响应过程中的各库在可实施的情况下单位时间内平均实施的次数,因所P的标识状态M,得到描述模型在不同时间点而变迁平均实施速率集合计算如下:可能处于不同状态的可达标识集(见表3),构建A=(A1,A2,…,A】2)=(1,113,1/3,1/5,同构马尔可夫链(见图3o例如,状态M。由库所1/6,1/8,1/6,1/15,1/12,1/3,1/5,1/2)P,、P。、P,标识,表示应急响应进人“(P,)”“故障抢修组技术抢修员本文使用CPNTools软件对CTPN模型进行在实施安全措施(P。)”与“电力调度员在故障诊105次模拟仿真,得出应急响应时间的样本数据,断(P,)”的应急行动状态中。然后通过Python软件绘制该样本数据的频数分布表3可达标识集直方图,并做出拟合曲线(图2),。并且从图中可得出两个小组应急响应过00程的时间规律服从正态分布。00000010O0,0芝鲻器0100,001,0叫0il/min00‰帆№。№№№地№№№M‰¨帆帆帆地00图2应急响应时间直方图及拟合曲线图3应急响应过程的同构马尔可夫链56l安全与健康2023年第9期万方数据:..研究探讨I研究根据地铁供电故障应急响应流程Petri网模型P(M,。))为应急响应流程的稳态概率,由式(1)可同构的马尔可夫链,设P=(P(M0),P(M,),…,得其转移速率矩阵Q:——。,240000000o0——-—-。。。。。。。。。。。。。‰一一。。。。。。。。。。。。。。00。。。舢一。。。。。。。。。。。o。。。。。一一。。。。。。。。。。。。。。一。~。。。。。。。。0000000随后,在Python中计算得出各标识的稳定概抢修组应加强信息共享管理,确定职责分工、协调率,如表4所示:机制和资源调配等事项,以确保应急响应的快速和高效。(3)得出库所的平均托肯数()。其中,U代表库所的繁忙概率,即应急响应过程中各状态的停留情况。表5表明,,。(故障抢修方案确定完毕)表现最为繁根据式(4)计算出变迁利用率(见表6)。其忙,说明消息在该响应状态停留的时间过长,会造中,U(t)表示各应急行动占整个应急响应过程的成应急响应效能变低。时间比率,反映出应急响应行动的效率及熟练程这主要是由于库所前后的应急行动关系变动较度,为应急响应决策提供指导。由表6可知,利用大,造成托肯在库所P,。中停留的时间增加。在故率最高的是变迁TR(应急疏散组开展乘客疏散工障抢修方案确定过程中,电力调度员需要进行故作),其次是变迁T。(故障抢修行动)。应急疏散障诊断、优先级排序、抢修资源调配、通知与沟组根据现场情况开展乘客疏散工作的时间主要受乘通、实时监控与调整及记录等操作,才能确保制定客数量和分布情况、应急人员的响应速度和处理能的方案能够合理高效地完成抢修故障行动。每一个力、疏散方案和设备配备情况、外部环境和交通状应急响应动作都会影响整个响应进度,因此,故障况等因素的共同影响。因此,地铁公司要加强疏散2023年第9期安全与健康I57万方数据:..,。|研究l研究探讨演练、应急物资和设备的储备,以及应急处置队伍参考文献:建设,提高应急处置能力,减少疏散时间。故障抢[1]【『].技术与市场,2018,25(07):198+、运【2】】科技营秩序受到影响。地铁公司需建立健全的故障排查创新与应用,2018(32):58—,提高故障排查的能力和效率,定期进行设备[3],确保地铁供电设备的正常运行;Ⅱ】.科学大众(科学教育),2012(07):160.【4】Ⅱ].加强人员培训,提高其技术水平和应变能力,使其设备管理与维修,2019(20):51—、有效地进行故障抢修。[5]Ⅱ].电子世界,2021(09):54—[6】Ⅱ】.工业安全与环保,2014,40(07):20—(T,)O0315[7]赖祥威,郑万波,吴燕清,等矿山事故应急救援数00422字预案的任务协同流程网络模型及时效分析Ⅱ】.计算机科学,u(T,)2021,48(s1):596-(T,)00315[8】陈月娟,(T。)OO264警服务BPEL建模分析Ⅱ】.地理与地理信息科学,2018,34U(T;)0O264(02):47—52+(T。)0O266【9】(T,)01948估Ⅱ].今日消防,2022,7(07):7-(T。)0408[10]张绪冰,(T。)0340疏散系统建模与仿真U].消防科学与技术,2021,40(08):U(T。。)03置O4741183-(T,.)0017O[11](T12)OO1O2脆弱性分析方法探究Ⅱ】.电子测试,2022,36(20):79—80+65.【12]殷洁,凌攀,Ⅱ】现代职业安全,20224结语(12):47—)本文针对地铁供电故障应急响应过程中应[13】陶钇希,夏登友,,提出基化工火灾情景推演Ⅱ】.消防科学与技术,2019,38(n):1624-,分析了【14],结果表明:在地铁发生供电故估方法Ⅱ].山西化工,2021,41(05):114—115+,上述两个小组的应急响应时间服从正态分[15]李元平,李华,(自然科学布,为地铁供电故障应急响应过程的定量分析提供版),2016,44(S1):35—。【16】张云荣,张志利,)本文基于CPNTools软件仿真,利用同构虚拟维修动态权限分配方法研究Ⅱ].系统仿真学报,2017,29(09):1991—【17】冯润超,李向蔚,陈怡萱,,结果表明:从库所的平均托肯数可知,地铁相科夫链的中老铁路通关模式研究U].综合运输,2023,45关部门应加强故障抢修组之间信息共享、沟通交(04):38—、协调合作机制;从变迁利用率可知,应重点加【18】郑霞忠,余迪,陈述,Ⅱ].水利水运工程学报,2016强应急处置队伍的实操经验和应急物资的储备,以(01):63—(编辑/邓春燕)护供电。58l安全与健康2023年第9期万方数据

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