基于D5000調(diào)度平臺的在線智能恢復決策系統(tǒng)
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(wǎng)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(tǒng)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(tǒng)恢復智能決策系統(tǒng) 該系統(tǒng)能夠?qū)崟r獲取國家電網(wǎng)D5000凋度平臺數(shù)據(jù)，根據(jù)電網(wǎng)實際停電狀態(tài)，在線輔助調(diào)度人員制定恢復供電的詳細決策該系統(tǒng)已經(jīng)在重慶市電力公司開展了試運行，結(jié)果顯示該軟件能夠幫助調(diào)度人員有效地制定�；謴筒呗�、該系統(tǒng)的應用能夠提升調(diào)度人員恢復系統(tǒng)的能力，減少停電時間，提高供電可靠性。
關鍵詞：電力系統(tǒng)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(qū)相繼發(fā)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(tǒng)恢復問題成為電網(wǎng)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(diào)查處理條例》（第599號令），明確指示在停電事故發(fā)生后，應盡快恢復電網(wǎng)運行和電力供應。
系統(tǒng)恢復是深度防御系統(tǒng)自愈控制的重要組成部分。目前，電網(wǎng)公司通過預想的大停電場景提前制定恢復方案。事故發(fā)生后，調(diào)度運行人員根據(jù)預先制定的恢復方案和經(jīng)驗指導恢復過程。河北南網(wǎng)為研究對象開發(fā)了基于人工智能自動搜索技術的黑啟動決策支持系統(tǒng)。
基于面向?qū)ο蠹夹g，設計了由數(shù)據(jù)庫、圖形界面及分析算法庫組成的電網(wǎng)黑啟動分析輔助
系統(tǒng)。然而，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、運行方式、特性以及故障類型千變?nèi)f化，停電規(guī)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(tǒng)在線恢復智能決策系統(tǒng)，結(jié)合電網(wǎng)實際停電情況、實時運行狀態(tài)變化及可利用的資源，及時修正恢復策略，對于電力系統(tǒng)的恢復具有重要意義。同時，國內(nèi)的D5000調(diào)度平臺還未集成系統(tǒng)恢復的相關高級應用，使得系統(tǒng)恢復方案的制訂無法利用電網(wǎng)實時運行數(shù)據(jù)具有局限性。因此，在D5000調(diào)度平臺上研發(fā)電力系統(tǒng)恢復輔助決策系統(tǒng)，將有利于調(diào)度員根據(jù)實時停電情況在線制定系統(tǒng)恢復策略．更加合理、快速地恢復供電。同時提升調(diào)度員處理電網(wǎng)停電事故的能力，這對電網(wǎng)的可靠性提升起到了重要的實踐意義、
本文研發(fā)了一套可集成于D5000調(diào)度平臺的電力系統(tǒng)在線智能決策恢復工具( powersystem smart restoration，簡稱PSSR)：首先研究與D5000調(diào)度平臺集成以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的方案，構(gòu)建高效的在線實時數(shù)據(jù)庫管理體系；然后根據(jù)實際調(diào)度運行經(jīng)驗，運用解耦的思想，將多目標復雜的系統(tǒng)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(tǒng)恢復方法和與D5000集成的數(shù)據(jù)管理．是實際經(jīng)驗與理論統(tǒng)一結(jié)合。文章最后展示了重慶電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)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(tǒng)
1.1 智能恢復系統(tǒng)理論
電力系統(tǒng)大停電后的恢復策略與復雜的系統(tǒng)特性密切相關�；谌蝿战怦畹南到y(tǒng)恢復理論總體思想是根據(jù)系統(tǒng)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(tǒng)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(fā)電機組的肩動序列及其最短傳輸路徑，調(diào)整發(fā)電機組出力和可調(diào)負荷接入水平以滿足電力系統(tǒng)操作
安全約束。
(2)建立輸電網(wǎng)。其目標是建立穩(wěn)定的輸電網(wǎng)。
(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(nèi)時，即可進行同步。
(5)連接外部系統(tǒng)。目的是與外部系統(tǒng)相連，以便帶更多負荷。
根據(jù)實際系統(tǒng)的發(fā)電機組特性和網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)特點．靈活構(gòu)建系統(tǒng)恢復的子目標。
1.2 PSSR基礎數(shù)據(jù)模型與管理
PSSR基礎數(shù)據(jù)庫模型包含6類元件：發(fā)電機、變壓器、母線、線路、負荷以及無功補償設備。
結(jié)合了潮流基礎數(shù)據(jù)和恢復特性數(shù)據(jù)，PSSR構(gòu)建了一套可用于系統(tǒng)恢復決策的完整數(shù)據(jù)模型。若網(wǎng)架發(fā)生變化或者設備發(fā)生更新，可以在PSSR數(shù)據(jù)庫中做相應修改。
1.3 PSSR與D5000調(diào)度平臺集成
PSSR的在線特性體現(xiàn)在與D5000平臺的數(shù)據(jù)集成和共享，集成方案是：PSSR從D5000系統(tǒng)I區(qū)生成的標準CIM/E格式系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)QS文件中獲取電網(wǎng)模型和運行方式的實時數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)文件同時被映射到凋度Ⅲ區(qū)服務器中。調(diào)度人員可以通過PSSR在Ⅲ區(qū)的客戶端上操作PSSR系統(tǒng)．實現(xiàn)在線實時制定系統(tǒng)恢復策略。集成方式如圖1所示。
D5000的狀態(tài)估計可通過SCADA量測數(shù)據(jù)，每5 min 自動計算生成斷面數(shù)據(jù)文件。數(shù)據(jù)和模型均采用國網(wǎng)公司標準的CIM/E格式，數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫信息：(1)發(fā)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(fā)電、變壓器、母線、線路、負荷的狀態(tài)。
1.4 PSSR系統(tǒng)特點
PSSR在系統(tǒng)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(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)和網(wǎng)架聯(lián)絡關系，自動搜索指定深度范國內(nèi)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(quán)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(quán)衡，篩選出從已恢復元件到待恢復元件的最優(yōu)路徑，以規(guī)避線路充電過電壓問題。
(3)狀態(tài)分析精細化。根據(jù)電網(wǎng)運行狀態(tài)，自動計算每一步恢復操作前后的系統(tǒng)運行方式，同時根據(jù)電網(wǎng)當前狀態(tài)，優(yōu)化計算各發(fā)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(wǎng)架狀態(tài)、恢復元件狀態(tài)、系統(tǒng)恢復情況等3個角度展現(xiàn)系統(tǒng)實時狀態(tài)。恢復完成后，還可以動畫形式，重演系統(tǒng)的詳細恢復過程。如圖2所示。
(5)結(jié)果展現(xiàn)通用化�；謴瓦^程完成后，PSSR會根據(jù)發(fā)電機組的啟動爬坡特性，以及各類電網(wǎng)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(wǎng)在規(guī)模急劇擴張的發(fā)展形勢下，系統(tǒng)的動態(tài)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(fā)電力災難的風險逐漸增加。將PSSR應用于重慶電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，有利于在線制定切實可行的恢復策略，保障電網(wǎng)的可靠運行。
重慶電網(wǎng)分別與四川、湖北聯(lián)網(wǎng)運行。假設某時刻重慶電網(wǎng)發(fā)生大停電事故，導致重慶電網(wǎng)與四川、湖北等外部電網(wǎng)解列形成孤網(wǎng)，并且孤網(wǎng)內(nèi)所有發(fā)電機停止了運行，整個重慶電網(wǎng)失去電能供應。
PSSR通過與D5000系統(tǒng)的集成，可直接獲取事故前后系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)，如圖4所示。其中，事故前一刻的系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)恢復各元件的目標狀態(tài)，事故后一刻的系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)作為PSSR數(shù)據(jù)庫中各元件的初始狀態(tài)。
四川的電源點具備供電能力強、輸出穩(wěn)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(jié)合重慶電網(wǎng)的特點和解耦的思想．利用PSSR制定了由外向內(nèi)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(qū)的負荷。里程碑2為肩動城區(qū)的發(fā)電機組，包括核心城區(qū)的發(fā)電機組和臨近核心城區(qū)的水電機組。里程碑3為建立主十輸電網(wǎng)，建立完整的500 kV網(wǎng)絡架構(gòu)。里程碑4為恢復非核心城區(qū)的發(fā)電機，按照發(fā)電廠并網(wǎng)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(qū)負荷關鍵部分。里程碑6為與外部系統(tǒng)相連，與湖北電網(wǎng)重新聯(lián)網(wǎng)運行。
運用PSSR制定系統(tǒng)恢復策略，結(jié)果通過261步恢復操作步驟，最終完成了系統(tǒng)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(wǎng)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(qū)的發(fā)電機組和少數(shù)負荷。按照恢復里程碑思路，PSSR將繼續(xù)恢復核心城區(qū)的負荷。表3展示了第215步重慶電網(wǎng)的恢復效果。
3結(jié)語
系統(tǒng)恢復的研究和應用對現(xiàn)代電力系統(tǒng)的安全運行具有非常重要的意義。目前，系統(tǒng)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(fā)的在線系統(tǒng)恢復智能決策軟件與罔網(wǎng)公司的調(diào)度平臺D5000系統(tǒng)集成，能輔助調(diào)度員在線制定合理的系統(tǒng)恢復策略并實現(xiàn)恢復全程可視化，是系統(tǒng)恢復研究在線化的新進展。目前該系統(tǒng)已經(jīng)在重慶電網(wǎng)公司應用，經(jīng)過實際數(shù)據(jù)的測試，效果良好。
本系統(tǒng)有利于提高電網(wǎng)在故障情況下系統(tǒng)恢復的自動化水平，縮短故障恢復時問，提高電網(wǎng)運行的可靠性。同時幫助調(diào)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(diào)度人員處理事故恢復的能力。
