基于D5000调度平台的在线智能恢复决策系统

刘欣宇1，吴迎霞1，冯丽1，史成钢1，李长城2，张沛2，刘聪2，王小君2，刘海3，王澍3

 （1．国网重庆市电力公司，重庆  400014;2．北京交通大学电气工程学院，北京  100044： 3．天津弘源慧能科技有限公司，天津  300080）

摘要：电力系统恢复是十分复杂的决策问题．采用解耦思想，研制了一套在线电力系统恢复智能决策系统  该系统能够实时获取国家电网D5000凋度平台数据，根据电网实际停电状态，在线辅助调度人员制定恢复供电的详细决策该系统已经在重庆市电力公司开展了试运行，结果显示该软件能够帮助调度人员有效地制定。恢复策略、该系统的应用能够提升调度人员恢复系统的能力，减少停电时间，提高供电可靠性。

关键词：电力系统恢复；D5000; CIM/E：停电

中图分类号：TM73；TM769DOI：10.11930/j．issn．1004-9649.2016.06.137.04

 0引言

 近年来，世界多个围家或地区相继发生大停电事故，如2003年世界闻名的美加大停电，2012年影响超过6亿人口的印度大停电，使得电力系统恢复问题成为电网运行领域的研究热点。

 国务院颁布了《电力安全事故应急处置和调查处理条例》（第599号令），明确指示在停电事故发生后，应尽快恢复电网运行和电力供应。

 系统恢复是深度防御系统自愈控制的重要组成部分。目前，电网公司通过预想的大停电场景提前制定恢复方案。事故发生后，调度运行人员根据预先制定的恢复方案和经验指导恢复过程。河北南网为研究对象开发了基于人工智能自动搜索技术的黑启动决策支持系统。

基于面向对象技术，设计了由数据库、图形界面及分析算法库组成的电网黑启动分析辅助

系统。然而，电网的结构、运行方式、特性以及故障类型千变万化，停电规模难以预计，预先制定好的黑启动方案难以直接应用，甚至可能导致黑启动失败。研究电力系统在线恢复智能决策系统，结合电网实际停电情况、实时运行状态变化及可利用的资源，及时修正恢复策略，对于电力系统的恢复具有重要意义。同时，国内的D5000调度平台还未集成系统恢复的相关高级应用，使得系统恢复方案的制订无法利用电网实时运行数据具有局限性。因此，在D5000调度平台上研发电力系统恢复辅助决策系统，将有利于调度员根据实时停电情况在线制定系统恢复策略．更加合理、快速地恢复供电。同时提升调度员处理电网停电事故的能力，这对电网的可靠性提升起到了重要的实践意义、

 本文研发了一套可集成于D5000调度平台的电力系统在线智能决策恢复工具( powersystem smart restoration，简称PSSR)：首先研究与D5000调度平台集成以实现数据共享的方案，构建高效的在线实时数据库管理体系；然后根据实际调度运行经验，运用解耦的思想，将多目标复杂的系统恢复问题分解为多个子问题，并采用不同的算法解决不同的恢复子问题。PSSR包含了基于解耦的系统恢复方法和与D5000集成的数据管理．是实际经验与理论统一结合。文章最后展示了重庆电网调度系统运用PSSR的实际案例，充分验证了PSSR的有效性和先进性。

1  智能恢复决策系统

1.1  智能恢复系统理论

 电力系统大停电后的恢复策略与复杂的系统特性密切相关。基于任务解耦的系统恢复理论总体思想是根据系统恢复所涉及的物理过程和主要关注的问题，将其分解成若干相对独立的子问题．而后分别进行建模和求解。通常系统恢复过程可以分解为以下几个子问题。 (1)恢复所有非黑启动机组。其目标是快速重启非黑启动机组，涉及的技术问题有确定发电机组的肩动序列及其最短传输路径，调整发电机组出力和可调负荷接入水平以满足电力系统操作

安全约束。

 (2)建立输电网。其目标是建立稳定的输电网。

 (3)恢复负荷。需要确定负荷恢复的次序及其最短的路径。

 (4)同步电气孤岛。相邻孤岛满足电压、频率和相角在允许范围内时，即可进行同步。

 (5)连接外部系统。目的是与外部系统相连，以便带更多负荷。

 根据实际系统的发电机组特性和网络结构特点．灵活构建系统恢复的子目标。

1.2  PSSR基础数据模型与管理

 PSSR基础数据库模型包含6类元件：发电机、变压器、母线、线路、负荷以及无功补偿设备。

 结合了潮流基础数据和恢复特性数据，PSSR构建了一套可用于系统恢复决策的完整数据模型。若网架发生变化或者设备发生更新，可以在PSSR数据库中做相应修改。

1.3  PSSR与D5000调度平台集成

 PSSR的在线特性体现在与D5000平台的数据集成和共享，集成方案是：PSSR从D5000系统I区生成的标准CIM/E格式系统状态数据QS文件中获取电网模型和运行方式的实时数据，该数据文件同时被映射到凋度Ⅲ区服务器中。调度人员可以通过PSSR在Ⅲ区的客户端上操作PSSR系统．实现在线实时制定系统恢复策略。集成方式如图1所示。

 D5000的状态估计可通过SCADA量测数据，每5 min 自动计算生成断面数据文件。数据和模型均采用国网公司标准的CIM/E格式，数据保存于以QS为后缀的文本文件中。PSSR通过QS文件提供的实时运行状况更新数据库信息：(1)发电机的有功、无功出力值；(2)母线电压的幅值、相位值；(3)所有发电、变压器、母线、线路、负荷的状态。

1.4  PSSR系统特点

 PSSR在系统恢复决策过程中，具有智能化的特点。

 (1)搜索过程深入化。PSSR以各恢复元件为基点，依照电网拓扑结构和网架联络关系，自动搜索指定深度范国内所有可恢复的元件，并提示关键的目标元件。

 (2)路径选择智能化。PSSR以线路充电电容大小为权值，采用修正的Dijkstra算法，通过路径长度与风险等级等多因素的权衡，筛选出从已恢复元件到待恢复元件的最优路径，以规避线路充电过电压问题。

 (3)状态分析精细化。根据电网运行状态，自动计算每一步恢复操作前后的系统运行方式，同时根据电网当前状态，优化计算各发电机组有功、无功的最佳出力水平。

 (4)恢复过程可视化。制定恢复方案的过程中．可从网架状态、恢复元件状态、系统恢复情况等3个角度展现系统实时状态。恢复完成后，还可以动画形式，重演系统的详细恢复过程。如图2所示。

 (5)结果展现通用化。恢复过程完成后，PSSR会根据发电机组的启动爬坡特性，以及各类电网元件的充电操作耗时，自动计算单步骤的恢复时问和累计恢复时间，以满足各种场景下的应用要求。如图3所示。

2运行实例

 重庆电网在规模急剧扩张的发展形势下，系统的动态行为愈加复杂，运行条件要求变得更加苛刻，由局部故障引发电力灾难的风险逐渐增加。将PSSR应用于重庆电网调度系统，有利于在线制定切实可行的恢复策略，保障电网的可靠运行。

 重庆电网分别与四川、湖北联网运行。假设某时刻重庆电网发生大停电事故，导致重庆电网与四川、湖北等外部电网解列形成孤网，并且孤网内所有发电机停止了运行，整个重庆电网失去电能供应。

 PSSR通过与D5000系统的集成，可直接获取事故前后系统状态数据，如图4所示。其中，事故前一刻的系统状态数据作为系统恢复各元件的目标状态，事故后一刻的系统状态数据作为PSSR数据库中各元件的初始状态。

 四川的电源点具备供电能力强、输出稳定、保护配置合理等特点，因此将它们设置为黑启动电源点。本文结合重庆电网的特点和解耦的思想．利用PSSR制定了由外向内恢复策略的里程碑．软件设置如图5所示。

 里程碑1为恢复核心城区的负荷。里程碑2为肩动城区的发电机组，包括核心城区的发电机组和临近核心城区的水电机组。里程碑3为建立主十输电网，建立完整的500 kV网络架构。里程碑4为恢复非核心城区的发电机，按照发电厂并网点电压等级从500 kV到220 kV顺序恢复。里程碑5为恢复非城区负荷关键部分。里程碑6为与外部系统相连，与湖北电网重新联网运行。

 运用PSSR制定系统恢复策略，结果通过261步恢复操作步骤，最终完成了系统恢复的任务。本文展示部分PSSR的恢复过程，如表1所示．其中，表2显示为第30步后，重庆电网的恢复效果。此时，恢复工作进入到里程碑2的阶段。通过四川的黑启动电源，恢复了核心城区的发电机组和少数负荷。按照恢复里程碑思路，PSSR将继续恢复核心城区的负荷。表3展示了第215步重庆电网的恢复效果。

3结语

 系统恢复的研究和应用对现代电力系统的安全运行具有非常重要的意义。目前，系统恢复的研究正在广泛开展并取得一定成果，但是仍然需要进一步提升。本文开发的在线系统恢复智能决策软件与罔网公司的调度平台D5000系统集成，能辅助调度员在线制定合理的系统恢复策略并实现恢复全程可视化，是系统恢复研究在线化的新进展。目前该系统已经在重庆电网公司应用，经过实际数据的测试，效果良好。

 本系统有利于提高电网在故障情况下系统恢复的自动化水平，缩短故障恢复时问，提高电网运行的可靠性。同时帮助调度人员进行日常事故恢复模拟培训，从理论知识到操作水平层面全面提高调度人员处理事故恢复的能力。