Bei den UCI-Bahn-Weltmeisterschaften 1990 in Maebashi wurde Petersen Dritter im Punktefahren, 1991 in Stuttgart jeweils Dritter in der Einerverfolgung und im Punktefahren, 1993 mit dem dänischen Team WM-Dritter in der Mannschaftsverfolgung, und 1994 in Palermo wurde er Vize-Weltmeister im Punktefahren.