劉欣宇1，吳迎霞1，馮麗1，史成鋼1，李長城2，張沛2，劉聰2，王小君2，劉海3，王澍3

 （1．國網重慶市電力公司，重慶  400014;2．北京交通大學電氣工程學院，北京  100044： 3．天津弘源慧能科技有限公司，天津  300080）

摘要：電力系統恢復是十分復雜的決策問題．采用解耦思想，研制了一套在線電力系統恢復智能決策系統  該系統能夠實時獲取國家電網D5000凋度平臺數據，根據電網實際停電狀態，在線輔助調度人員制定恢復供電的詳細決策該系統已經在重慶市電力公司開展了試運行，結果顯示該軟件能夠幫助調度人員有效地制定�；謴筒呗�、該系統的應用能夠提升調度人員恢復系統的能力，減少停電時間，提高供電可靠性。

關鍵詞：電力系統恢復；D5000; CIM/E：停電

中圖分類號：TM73；TM769DOI：10.11930/j．issn．1004-9649.2016.06.137.04

 0引言

 近年來，世界多個圍家或地區相繼發生大停電事故，如2003年世界聞名的美加大停電，2012年影響超過6億人口的印度大停電，使得電力系統恢復問題成為電網運行領域的研究熱點。

 國務院頒布了《電力安全事故應急處置和調查處理條例》（第599號令），明確指示在停電事故發生后，應盡快恢復電網運行和電力供應。

 系統恢復是深度防御系統自愈控制的重要組成部分。目前，電網公司通過預想的大停電場景提前制定恢復方案。事故發生后，調度運行人員根據預先制定的恢復方案和經驗指導恢復過程。河北南網為研究對象開發了基于人工智能自動搜索技術的黑啟動決策支持系統。

基于面向對象技術，設計了由數據庫、圖形界面及分析算法庫組成的電網黑啟動分析輔助

系統。然而，電網的結構、運行方式、特性以及故障類型千變萬化，停電規模難以預計，預先制定好的黑啟動方案難以直接應用，甚至可能導致黑啟動失敗。研究電力系統在線恢復智能決策系統，結合電網實際停電情況、實時運行狀態變化及可利用的資源，及時修正恢復策略，對于電力系統的恢復具有重要意義。同時，國內的D5000調度平臺還未集成系統恢復的相關高級應用，使得系統恢復方案的制訂無法利用電網實時運行數據具有局限性。因此，在D5000調度平臺上研發電力系統恢復輔助決策系統，將有利于調度員根據實時停電情況在線制定系統恢復策略．更加合理、快速地恢復供電。同時提升調度員處理電網停電事故的能力，這對電網的可靠性提升起到了重要的實踐意義、

 本文研發了一套可集成于D5000調度平臺的電力系統在線智能決策恢復工具( powersystem smart restoration，簡稱PSSR)：首先研究與D5000調度平臺集成以實現數據共享的方案，構建高效的在線實時數據庫管理體系；然后根據實際調度運行經驗，運用解耦的思想，將多目標復雜的系統恢復問題分解為多個子問題，并采用不同的算法解決不同的恢復子問題。PSSR包含了基于解耦的系統恢復方法和與D5000集成的數據管理．是實際經驗與理論統一結合。文章最后展示了重慶電網調度系統運用PSSR的實際案例，充分驗證了PSSR的有效性和先進性。

1  智能恢復決策系統

1.1  智能恢復系統理論

 電力系統大停電后的恢復策略與復雜的系統特性密切相關�；�于任務解耦的系統恢復理論總體思想是根據系統恢復所涉及的物理過程和主要關注的問題，將其分解成若干相對獨立的子問題．而后分別進行建模和求解。通常系統恢復過程可以分解為以下幾個子問題。 (1)恢復所有非黑啟動機組。其目標是快速重啟非黑啟動機組，涉及的技術問題有確定發電機組的肩動序列及其最短傳輸路徑，調整發電機組出力和可調負荷接入水平以滿足電力系統操作

安全約束。

 (2)建立輸電網。其目標是建立穩定的輸電網。

 (3)恢復負荷。需要確定負荷恢復的次序及其最短的路徑。

 (4)同步電氣孤島。相鄰孤島滿足電壓、頻率和相角在允許范圍內時，即可進行同步。

 (5)連接外部系統。目的是與外部系統相連，以便帶更多負荷。

 根據實際系統的發電機組特性和網絡結構特點．靈活構建系統恢復的子目標。

1.2  PSSR基礎數據模型與管理

 PSSR基礎數據庫模型包含6類元件：發電機、變壓器、母線、線路、負荷以及無功補償設備。

 結合了潮流基礎數據和恢復特性數據，PSSR構建了一套可用于系統恢復決策的完整數據模型。若網架發生變化或者設備發生更新，可以在PSSR數據庫中做相應修改。

1.3  PSSR與D5000調度平臺集成

 PSSR的在線特性體現在與D5000平臺的數據集成和共享，集成方案是：PSSR從D5000系統I區生成的標準CIM/E格式系統狀態數據QS文件中獲取電網模型和運行方式的實時數據，該數據文件同時被映射到凋度Ⅲ區服務器中。調度人員可以通過PSSR在Ⅲ區的客戶端上操作PSSR系統．實現在線實時制定系統恢復策略。集成方式如圖1所示。

 D5000的狀態估計可通過SCADA量測數據，每5 min 自動計算生成斷面數據文件。數據和模型均采用國網公司標準的CIM/E格式，數據保存于以QS為后綴的文本文件中。PSSR通過QS文件提供的實時運行狀況更新數據庫信息：(1)發電機的有功、無功出力值；(2)母線電壓的幅值、相位值；(3)所有發電、變壓器、母線、線路、負荷的狀態。

1.4  PSSR系統特點

 PSSR在系統恢復決策過程中，具有智能化的特點。

 (1)搜索過程深入化。PSSR以各恢復元件為基點，依照電網拓撲結構和網架聯絡關系，自動搜索指定深度范國內所有可恢復的元件，并提示關鍵的目標元件。

 (2)路徑選擇智能化。PSSR以線路充電電容大小為權值，采用修正的Dijkstra算法，通過路徑長度與風險等級等多因素的權衡，篩選出從已恢復元件到待恢復元件的最優路徑，以規避線路充電過電壓問題。

 (3)狀態分析精細化。根據電網運行狀態，自動計算每一步恢復操作前后的系統運行方式，同時根據電網當前狀態，優化計算各發電機組有功、無功的最佳出力水平。

 (4)恢復過程可視化。制定恢復方案的過程中．可從網架狀態、恢復元件狀態、系統恢復情況等3個角度展現系統實時狀態。恢復完成后，還可以動畫形式，重演系統的詳細恢復過程。如圖2所示。

 (5)結果展現通用化�；謴瓦^程完成后，PSSR會根據發電機組的啟動爬坡特性，以及各類電網元件的充電操作耗時，自動計算單步驟的恢復時問和累計恢復時間，以滿足各種場景下的應用要求。如圖3所示。

2運行實例

 重慶電網在規模急劇擴張的發展形勢下，系統的動態行為愈加復雜，運行條件要求變得更加苛刻，由局部故障引發電力災難的風險逐漸增加。將PSSR應用于重慶電網調度系統，有利于在線制定切實可行的恢復策略，保障電網的可靠運行。

 重慶電網分別與四川、湖北聯網運行。假設某時刻重慶電網發生大停電事故，導致重慶電網與四川、湖北等外部電網解列形成孤網，并且孤網內所有發電機停止了運行，整個重慶電網失去電能供應。

 PSSR通過與D5000系統的集成，可直接獲取事故前后系統狀態數據，如圖4所示。其中，事故前一刻的系統狀態數據作為系統恢復各元件的目標狀態，事故后一刻的系統狀態數據作為PSSR數據庫中各元件的初始狀態。

 四川的電源點具備供電能力強、輸出穩定、保護配置合理等特點，因此將它們設置為黑啟動電源點。本文結合重慶電網的特點和解耦的思想．利用PSSR制定了由外向內恢復策略的里程碑．軟件設置如圖5所示。

 里程碑1為恢復核心城區的負荷。里程碑2為肩動城區的發電機組，包括核心城區的發電機組和臨近核心城區的水電機組。里程碑3為建立主十輸電網，建立完整的500 kV網絡架構。里程碑4為恢復非核心城區的發電機，按照發電廠并網點電壓等級從500 kV到220 kV順序恢復。里程碑5為恢復非城區負荷關鍵部分。里程碑6為與外部系統相連，與湖北電網重新聯網運行。

 運用PSSR制定系統恢復策略，結果通過261步恢復操作步驟，最終完成了系統恢復的任務。本文展示部分PSSR的恢復過程，如表1所示．其中，表2顯示為第30步后，重慶電網的恢復效果。此時，恢復工作進入到里程碑2的階段。通過四川的黑啟動電源，恢復了核心城區的發電機組和少數負荷。按照恢復里程碑思路，PSSR將繼續恢復核心城區的負荷。表3展示了第215步重慶電網的恢復效果。

3結語

 系統恢復的研究和應用對現代電力系統的安全運行具有非常重要的意義。目前，系統恢復的研究正在廣泛開展并取得一定成果，但是仍然需要進一步提升。本文開發的在線系統恢復智能決策軟件與罔網公司的調度平臺D5000系統集成，能輔助調度員在線制定合理的系統恢復策略并實現恢復全程可視化，是系統恢復研究在線化的新進展。目前該系統已經在重慶電網公司應用，經過實際數據的測試，效果良好。

 本系統有利于提高電網在故障情況下系統恢復的自動化水平，縮短故障恢復時問，提高電網運行的可靠性。同時幫助調度人員進行日常事故恢復模擬培訓，從理論知識到操作水平層面全面提高調度人員處理事故恢復的能力。