多时空导航式电力系统恢复决策支持系统及恢复决策方法

摘要

本发明公开了一种多时空导航式电力系统恢复决策支持系统及恢复决策方法，包括负责恢复决策的相关展示与人机交互操作的人机会话层；负责与EMS建立接口并接受电网数据的接口适配层；为领域服务层提供底层的数据支持的数据访问层；用于进行各类图表定制与绘图的建模维护层；所述接口适配层、领域服务层通过网络通讯总线与人机会话层连接，领域服务层与数据访问层连接，数据访问层与建模维护层连接。本发明提高电力系统恢复的效率和成功率，实现了恢复决策的全过程覆盖和恢复进程的持续在线监视，集成了调度员培训仿真功能，适用于有关电力系统恢复操作培训。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统运行调度、恢复控制以及系统软件开发技术领域，尤其涉及一种应 用于电力系统中、能够在线提供恢复辅助决策与制定恢复方案、并可用作调度员培训仿真的 多时空导航式电力系统恢复决策支持系统。

背景技术

随着电网运行技术与自动化水平不断提高，以及各类保护与量测设备的普遍运用，当今 电力系统运行的安全性得到大幅度提高，但是仍然无法避免大规模停电事故的发生。近十年 间，在多个国家先后发生过大面积停电事故，对社会经济造成严重损失，我国在近20年内也 发生过大小上百起停电事故。这些案例都充分暴露出当今电力系统在安全防御方面还存在严 重不足，并且随着电网互联以及电源结构的日益多元化，由局部故障引发大面积停电事故的 风险在不断增加。

现代社会对电力供应的依存度越来越高，大停电事故造成的后果也日趋严重，因此很有 必要研究相应的应对措施，使电网在发生大停电后能够快速地得到恢复，减少因大停电造成 的损失。目前电力系统的恢复控制已逐步从主要依靠个人经验转变到把恢复过程规范化、标 准化上来。世界各国都制定了相关技术标准与操作规范，例如NERC和我国电力部门分别在 1997年发布的规划标准和2000年发布的《电力系统安全稳定控制技术导则》中系统阐述了 恢复预案制定与具体操作的相关技术规定和注意事项。国内外学者也对电力系统的恢复问题 做了大量的研究，自上世纪八十年代以来，一大批国内外学者针对电力系统恢复中需要考虑 的诸多问题和解决方法、恢复控制的相关技术原则、各阶段恢复策略以及恢复过程中各类安 全问题等进行了研究和总结。

在各类研究成果基础上，以相关技术准则为指导，结合实际电网运行经验，目前许多电 力部门都已制定了本辖区内系统的恢复预案，以便应对紧急事故的发生并为实际恢复操作提 供指导。值得注意的是，大部分地区的电网恢复预案都是人工事先制定的，这种离线的恢复 预案本身存在诸多弊端。首先，它不具有普遍适用性，大停电场景本身的不确定性削弱了它 对恢复决策的指导作用，停电范围的不同、某台机组不可用、某条线路故障或者某个厂站因 一次电源不足无法进行开关操作等都会造成既有的恢复预案无法执行；其次，由于电力建设 与电网改造的不断推进以及电网运行方式的调整，事先制定的恢复预案可能由于电网结构的 改变而不再适用，而要对恢复预案进行持续更新与维护，势必会消耗大量精力。

而随着计算机技术的不断发展和系统软件开发技术的不断成熟，以及电网自动化和信息 化水平不断提高，使开发辅助决策支持系统进行电力系统恢复的实时辅助决策、在线生成系 统恢复方案成为可能。另外，由于大多数电力系统调度人员基本没有经历过大面积停电事故， 普遍缺乏大停电后的恢复操作经验，而且在电网发生紧急事故后，过多的报警信号和应急电 源的切换以及可能发生的通讯中断都可能给调度员造成干扰，即便备有应急预案，也难以保 证恢复操作的顺利进行。因此，电力部门急切希望有一套软件工具能够集成在现有的调控系 统中、在发生紧急事故后能够自动获取电网数据、为调度员提供实时的恢复决策并跟踪系统 恢复进程、全程指导调度员进行恢复操作。

现有技术的电力系统的恢复辅助决策系统存在的缺陷是^]，这些系统或者是只局限在恢复 控制的某一阶段而没有实现全过程的辅助决策，或者是因为基于专家系统和案例推理技术而 存在更新和维护困难，并且这当中的大多数都只停留在研究阶段而没有投入实际运用，更不 具备在线运行与实时决策的功能。因此，已有的电力系统恢复辅助软件工具并不能在工程实 际运用中给调度员提供实时的、可靠的、全方位的指导，目前电力系统在实时恢复辅助决策 的商用软件开发领域仍然是空白。

发明内容

本发明为了解决现有技术存在的上述不足，提供了一种多时空导航式电力系统恢复决策 支持系统；本发明解决了电力系统在发生大停电后如何进行恢复决策、制定并实施可行的恢 复方案、快速安全可靠的恢复供电的问题，有效提高电力系统恢复的效率和成功率，避免了 以往恢复预案制定的诸多弊端；解决了现有技术的系统更新维护难、恢复决策缺乏全局性与 实用性的问题，实现了恢复决策的全过程覆盖和恢复进程的持续在线监视；同时，集成了调 度员培训仿真功能，适用于有关电力系统恢复操作培训。

本发明还提供了一种利用多时空导航式电力系统恢复决策支持系统的恢复决策方法。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种多时空导航式电力系统恢复决策支持系统，包括：

主要负责恢复决策相关展示与人机交互操作的人机会话层；所述人机会话层作为客户端， 主要负责恢复决策的相关展示与人机交互操作。作为整个系统的窗口，人机界面采用全图形 界面的设计，风格贴近实际EMS系统，具备简洁直观、布置灵活、图文并茂、操作便捷等特 点，采用多窗口技术和交互式菜单设计，摒弃大多数键盘操作。根据系统展示与操作的需要， 设计图形展示与管理、恢复决策基本操作、模拟实景演练、案例库管理、参数库设置与维护、 相关统计应用等功能。

负责与EMS建立接口并接受电网数据的接口适配层；所述接口适配层负责与EMS建立接 口并接受电网数据。数据包括全遥测和全遥信的实时数据、状态估计数据以及电网图形数据。 实时数据采用基于XML的CIM模型和E文件结合的方式进行传输，数据接收间隔设置为1～5 分钟，图形数据以SVG格式进行导入，包括电网一次接线图、地理接线图、潮流图等。

为领域服务层提供底层的数据支持的数据访问层；所述数据访问层包括电网模型库、恢 复案例库和业务管理库，以SQL数据库为基础，用于存放和管理系统所需的各项数据。

用于进行各类图表定制与绘图的建模维护层；所述建模维护层基于Visual Graph图形系 统开发，使用高效的绘图组件，采用工业矢量绘图的行业标准进行各种图形的绘制，可提供 定义图元、绘制与编辑图形、编号生成、连接关系生成、图模一体化设计、数据库填写、图 形打印与输出、图形布局调整、颜色自定义设置、图元库建立、图元热点定义等功能。

网络通讯总线采用网络中间件NetX，用于规范系统模块间的通信接口方式，使符合规范 的模块能随时修改和增加，只要不依赖特定的硬件资源，软件模块可以在系统中任意机器上 做到即装即用、灵活配置。NetX为系统内各服务模块及客户端之间提供通讯支持，还通过提 供规范的接口，搭建出一个分布式软件环境，可有效解决系统规模的可伸缩性问题，降低了 模块间的耦合程度，提高了系统可靠性。

所述接口适配层、领域服务层通过网络通讯总线与人机会话层连接，领域服务层与数据 访问层连接，数据访问层与建模维护层连接。

所述领域服务层包含了本系统各项核心服务，它包括系统状态识别与网络拓扑分析模块、 参数库建模模块、恢复决策模块、潮流计算模块、安全校验与方案调整模块、以及离线的调 度员培训仿真模块，所述状态识别与网络拓扑分析模块、以及参数库建模模块用于根据电网 的开关状态分析判断电网的拓扑结构，将电网表示成可用于计算的节点支路模型，并识别相 互孤立的子系统；所述安全校验与方案调整模块用于检查方案是否满足各项暂稳态约束，并 对方案进行优化调整，确保方案的可行性与安全性；通过离线的调度员培训仿真模块，实现 在离线环境下、参照生成的恢复操作方案，模拟整个恢复过程，动态演示各项恢复操作，使 调度员能够更直观地了解详细的电网恢复流程，对生成的恢复方案以及人工优化调整信息进 行存档；所述潮流计算模块用于计算单个断面下的系统潮流，可校验每步操作后系统是否满 足节点电压和线路传输容量约束；所述恢复决策模块用于制定多时空尺度下的恢复策略，并 基于导航式理念生成恢复操作方案，为调度员提供全过程的恢复辅助决策。

所述状态识别与网络拓扑分析模块以及参数库建模模块用于根据电网的开关状态分析判 断电网的拓扑结构，将电网表示成可用于计算的节点支路模型，并识别相互孤立的子系统。 本系统采用基于广度优先和多层次的拓扑分析算法构建系统模型，并对发电机、变压器、线 路、电容电抗器等设备的参数进行建模。

所述恢复决策模块包括黑启动的电源搜索模块、智能分区模块、恢复目标选取模块、多 时空导航式恢复策略制定模块、恢复方案生成模块。其中电源搜索模块、智能分区模块以及 恢复目标选取模块负责制定恢复策略前的准备工作，用于评估停电区域的黑启动电源配置情 况和多分区并行恢复的可行性，在多电源可用的情况下进行子系统划分，并对整个恢复过程 进行任务分割，并基于不同的时间节点确定当前恢复目标，将整个恢复进程设定为多个里程 碑任务，针对各里程碑的恢复任务，进行机组目标和负荷目标的选取。同时所述多时空导航 式恢复决策模块和恢复方案生成模块用于制定多时间尺度和多空间尺度的恢复策略，可满足 电力系统不同阶段以及多分区并行恢复的决策要求，其基于一种智能引导的服务理念，可在 不同初始设定下，自动生成最优恢复方案，并实时监视恢复进程，支持方案的动态调整，全 程引导调度员进行恢复操作。在整个多时空导航式恢复决策控制框架内，又可分为机组恢复、 网架恢复与负荷恢复策略的制定，不同恢复目标间协调策略的制定，不同分区与不同级别调 度间协调策略的制定，直流系统恢复策略的制定几部分。

所述安全校验与方案调整模块用于检查方案是否满足各项暂稳态约束，并对方案进行优 化调整，确保方案的可行性与安全性。

一种利用多时空导航式电力系统恢复决策支持系统的恢复决策方法，包括以下步骤：

1）接受电网数据，包括实时数据、电网参数、图形数据；

2）建立网络拓扑分析模块、参数库建模模块；

3）建立停电区域电网模型；

4）黑启动电源搜索与智能分区；

5）里程碑式的阶段划分与恢复目标选取；

6）制定恢复策略；

7）在时间线索上进行基于局部对象优化的交互式协调恢复控制，在空间线索上进行基于主从 递阶的协调控制与恢复任务划分；

8）基于导航式的服务理念生成恢复方案；

9）对逐步操作进行安全校验；

10）判断安全校验是否满足安全要求，如满足安全要求，进入下一步；如不满足安全要求， 判断能否进行方案内调整，若方案内可调整，则调整后返回步骤9），若方案内不可调整，则 返回步骤6）重新制定恢复策略；

11）方案执行。

本发明的工作原理：

本系统开发的技术方案可分为两部分，一是底层框架和各基础组件的搭建，二是恢复 策略的制定、核心算法的选取以及多时空导航式恢复决策服务功能的模块化实现。

系统采用常见的C/S体系结构，使用基于领域构件的系统框架，基础组件包括图表定 制与绘图建模工具、实时数据接口、网络通讯总线、人机界面以及各类维护工具等，这些 功能组件可为在线的恢复决策提供基础功能服务。

绘图建模组件用于绘制厂站一次接线图、索引图、潮流图和分区地理信息图并建立电 力系统的公共信息模型数据库，它采用面向对象的拓扑建模方式，基于现有的Visual  Graph图形系统进行开发，具有运行空间小、使用效率高、灵活便捷等特点。

实时数据接口针对EMS系统实时数据的获取进行开发，使系统能够以固定的格式随时 获取电网实时数据，这是系统进行恢复决策、潮流计算以及安全校验的基础，也是系统能 够实现在线运行的先决条件。

网络通讯总线的设计能够为系统提供通讯支持，并规范各模块间的通讯接口方式，使 系统能够实现各模块的即装即用和灵活配置，降低模块间耦合程度并提高系统可靠性，也 便于系统功能的拓展。

人机界面的设计以简洁直观、易操作和人性化为宗旨，整体风格力求与实际EMS系统 类似，界面允许灵活调整，采用多窗口技术和交互式菜单设计，着重用户体验和完善的人 机交互功能的设计，具备基本恢复流程操作、模拟实景演练、案例库管理、动态可视化展 示、恢复统计应用等功能。

在上述各底层功能组件和总体框架搭建好后，则要开始进行恢复策略和算法的设计以 及各核心功能的模块化实现。针对系统的总体设计要求和整个恢复决策流程的需要，依次 设计并开发系统状态识别与网络拓扑分析模块、电网参数库建模模块、黑启动电源搜索模 块、智能分区模块、恢复目标选取模块、多时空导航式恢复决策服务模块、恢复方案生成 模块、系统潮流计算模块、安全校验与方案调整模块以及调度指令仿真预演模块。

开发系统状态识别与拓扑分析模块以及参数库建模模块，用于在读取EMS实时数据后 对数据进行分析处理，识别当前的系统状态和停电区域，读取各电网设备参数，并根据电 网各开关状态分析判断电网的拓扑结构，建立电网节点支路模型，为分区和恢复策略模块 等高层应用提供标准格式的输入文件。

开发黑启动电源搜索模块与智能分区模块，用于在搭建好系统模型并确定停电范围 后，评估停电区域内系统的黑启动能力，搜索可用的黑启动电源，若有多个电源可用，需 要对停电区域进行子系统划分，使系统能够多电源并用、多分区并行恢复，提高恢复效率。

开发恢复目标选取模块，用于进行各阶段恢复目标的选取。针对不同阶段的恢复需要， 将整个恢复过程划分为多个里程碑目标，在每个里程碑任务下，根据具体的恢复要求，自 动筛选待恢复的机组和负荷目标。

开发多时空导航式恢复决策服务模块，在已有的分区方案和电源配置方案下，针对已 选取的恢复目标，制定各子系统内的恢复策略和子系统间的协调策略，确定各目标的恢复 次序和具体的恢复路径。该模块又可分为以下几个部分：机组恢复策略的制定，网架恢复 策略的制定，负荷恢复策略的制定，机组、网架与负荷恢复间协调策略的制定，各分区间 协调策略的制定，省调与地调间协调策略的制定以及直流系统恢复策略的制定。

机组恢复策略包含机组的恢复顺序和恢复路径，基于多属性决策思想综合评估各目标 机组的恢复优先级别，基于最短路径算法确定各目标机组的充电路径。网架恢复策略又包 含主干网架充电策略和并列合环策略；同样基于多属性决策思想确定各主干网架的充电顺 序，基于最短路径法确定恢复路径；针对并列合环操作，基于灵敏度法和混合整数规划法 确定发电机、负荷与补偿设备调整方案，将电压差、频率差以及电压相角差控制在允许范 围内。负荷恢复策略包括机组恢复时稳燃负荷投入策略和网架重构后期大规模的负荷恢复 策略；使用基于重要性优先的负荷恢复算法安排稳燃负荷的投入次序，根据机组爬坡率以 及频率电压约束计算单次最大负荷恢复量与两次恢复之间的时间间隔；采用整体优化思路 确定大规模负荷恢复方案，以尽快、尽多的负荷投入为目标，综合考虑负荷重要性、投入 顺序、操作次数以及安全约束等，确定各负荷目标的恢复顺序并搜索恢复路径。机组恢复、 网架恢复和负荷恢复通常需要交叉进行，在各里程碑任务下，采用基于局部对象优化的交 互式协调控制策略处理三者间的恢复次序，根据当前系统状态确定执行何种恢复策略。同 时，采用多时空决策思想和主从递阶理论方法处理多分区并行恢复的协调与控制以及省调 和地调间的协作与配合，基于承诺与约定的关系确定各级调度在各阶段的恢复任务。若停 电区域存在直流系统，需确定直流系统合适的恢复时机，通过计算交流系统的短路容量、 有效短路比和有效惯性时间常数来确定是否达到直流恢复条件。

开发恢复方案生成模块，用于在恢复策略形成后，生成具体的恢复操作方案，并提供 标准格式的输出文档。为调度员提供精确到开关的恢复操作指导，同时便于对方案进行评 估与校验。

开发安全校验与方案调整模块，用于验证恢复方案的可行性，计算各项操作的安全裕 度，实现恢复方案的自适应调整，确保系统最终生成的恢复方案是安全可行的。安全校验 主要包括潮流校验、操作过电压校验、频率校验、发电机自励磁校验以及变压器励磁涌流 校验，其中，潮流校验又包括发电机出力越限校验、各节点工频过电压校验以及变压器与 线路过载校验。

生成初始恢复方案并校验合格后，可交由调度员执行，系统实时跟踪恢复进程，以固 定步长接受电网数据并分析系统状态，需要时可重新触发核心决策模块生成新的恢复方 案。

同时，开发调度指令仿真预演与案例库管理模块，增加离线的调度员培训仿真功能。 可在离线环境下，参照生成的恢复操作方案，模拟整个恢复过程，动态演示各项恢复操作， 使调度员能够更直观地了解详细的电网恢复流程。针对不同的停电场景与事故案例，对生 成的恢复方案以及人工优化调整信息进行存档，方便调度员查阅与学习。

本发明以现有的电力系统恢复控制理论研究成果为基础，以开创性的多时空实时决策思 想和导航仪式的决策服务理念为指导，结合实用的恢复决策技术和最新的软件开发技术，着 眼于调度员对实际恢复操作的需求以及特高压交直流背景下省级受端电网日趋复杂的运行状 况。本系统可提供多时间线索和多空间线索的恢复决策，时间线索上，可将整个恢复进程划 分为多个里程碑目标，涵盖电力系统的黑启动、网架恢复和负荷恢复三个阶段，空间线索上， 可将停电区域划分为多个分区，多分区并行协调恢复。本系统引入了导航式恢复决策思想， 以实用高效的算法为基础，可自动生成各目标的恢复次序、规划最优的恢复路径，并能够实 时跟踪恢复进程，可针对不同的停电场景、不同的黑启动电源配置情况和不同的恢复目标， 对恢复方案进行灵活调整。

本发明解决了电力系统在发生大停电后如何进行恢复决策、制定并实施可行的恢复方 案、快速安全可靠的恢复供电的问题。通过计算机软件技术代替人工进行停电场景的综合 评估与分析并作出科学合理的恢复决策，可有效提高电力系统恢复的效率和成功率，避免 了以往恢复预案制定的诸多弊端；在系统功能设计上，解决了以往系统更新维护难、恢复 决策缺乏全局性与实用性的问题，实现了恢复决策的全过程覆盖和恢复进程的持续在线监 视；同时，集成了调度员培训仿真功能，填补了以往有关电力系统恢复操作培训的空白。

本发明的系统具备的主要功能如下：

（1）自动识别停电范围，可适应各种不同的停电场景；

（2）实时EMS接口，系统可在线运行；

（3）能够应对多种黑启动电源的组合形式；

（4）良好的人机界面和易操作性；

（5）多元的人机交互功能和人性化交互式恢复控制；

（6）可提供多时间线索和多空间线索的导航式恢复决策服务；

（7）里程碑式的恢复目标划分与恢复方案的自动生成；

（8）基于局部对象优化和主从递阶思想的交互式协调恢复控制；

（9）恢复进程的监视与方案的动态调整；

（10）具有特高压交流与直流系统的恢复决策与安全校验能力；

（11）恢复操作票的自动生成；

（12）完善的暂稳态安全校验能力，校验不合格能够自动给出调整方案；

（13）恢复方案的全过程模拟与动态展示；

（14）案例库的管理与调度员培训仿真；

（15）恢复方案的标准格式化输出。

本发明的有益效果：

1.本发明可有效避免人工制定恢复预案的诸多弊端，规避以往恢复操作过程中的各类风险， 提高整体恢复决策的科学性、合理性和时效性，提高应对不同停电场景的适应能力和处置不 同停电事件的灵活性，提高总体恢复效率，减少因大停电造成的损失；具备良好的实用性和 多功能性；

2.本发明可提供多时间线索和多空间线索的恢复决策，时间线索上、可将整个恢复进程划分 为多个里程碑目标，涵盖电力系统的黑启动、网架恢复和负荷恢复三个阶段；空间线索上、 可将停电区域划分为多个分区，多分区并行协调恢复；

3.本系统提高引入导航式恢复决策思想、以实用高效的算法为基础，可自动生成各目标的恢 复次序、规划最优的恢复路径，能够实时跟踪恢复进程，可针对不同的停电场景、不同的黑 启动电源配置情况和不同的恢复目标，对恢复方案进行灵活调整；

4.本发明解决了电力系统在发生大停电后如何进行恢复决策、制定并实施可行的恢复方 案、快速安全可靠的恢复供电的问题；通过计算机软件技术代替人工进行停电场景的综合 评估与分析并作出科学合理的恢复决策，有效提高电力系统恢复的效率和成功率，避免了 以往恢复预案制定的诸多弊端；

5.本发明通过系统功能设计、解决了以往系统更新维护难、恢复决策缺乏全局性与实用性 的问题，实现了恢复决策的全过程覆盖和恢复进程的持续在线监视；同时，集成了调度员 培训仿真功能，填补了以往有关电力系统恢复操作培训的空白。

附图说明

图1为本发明的系统总体架构示意图；

图2为本发明的恢复决策的基本流程图；

图3为本发明的系统状态识别与网络拓扑分析以及参数库建模流程图；

图4为本发明的黑启动电源搜索与智能分区基本流程；

图5为本发明的机组恢复策略制定的实施流程图；

图6为本发明的网架恢复策略制定的实施流程图；

图7为本发明的负荷恢复策略制定的实施流程图；

图8为本发明的直流恢复策略制定的实施流程图；

图9为本发明的并列合环策略制定的实施流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

一种多时空导航式电力系统恢复决策支持系统，结合图1至图9，采用C/S体系结构， 包括：

主要负责恢复决策相关展示与人机交互操作的人机会话层；所述人机会话层作为客户端， 主要负责恢复决策的相关展示与人机交互操作。作为整个系统的窗口，人机界面采用全图形 界面的设计，风格贴近实际EMS系统，具备简洁直观、布置灵活、图文并茂、操作便捷等特 点，采用多窗口技术和交互式菜单设计，摒弃大多数键盘操作。根据系统展示与操作的需要， 设计图形展示与管理、恢复决策基本操作、模拟实景演练、案例库管理、参数库设置与维护、 相关统计应用等功能。

负责与EMS建立接口并接受电网数据的接口适配层；所述接口适配层负责与EMS建立接 口并接受电网数据。数据包括全遥测和全遥信的实时数据、状态估计数据以及电网图形数据。 实时数据采用基于XML的CIM模型和E文件结合的方式进行传输，数据接收间隔设置为1～5 分钟，图形数据以SVG格式进行导入，包括电网一次接线图、地理接线图、潮流图等。

为领域服务层提供底层的数据支持的数据访问层；所述数据访问层包括电网模型库、恢 复案例库和业务管理库，以SQL数据库为基础，用于存放和管理系统所需的各项数据。

用于进行各类图表定制与绘图的建模维护层；所述建模维护层基于Visual Graph图形系 统开发，使用高效的绘图组件，采用工业矢量绘图的行业标准进行各种图形的绘制，可提供 定义图元、绘制与编辑图形、编号生成、连接关系生成、图模一体化设计、数据库填写、图 形打印与输出、图形布局调整、颜色自定义设置、图元库建立、图元热点定义等功能。

网络通讯总线采用网络中间件NetX，用于规范系统模块间的通信接口方式，使符合规范 的模块能随时修改和增加，只要不依赖特定的硬件资源，软件模块可以在系统中任意机器上 做到即装即用、灵活配置。NetX为系统内各服务模块及客户端之间提供通讯支持，还通过提 供规范的接口，搭建出一个分布式软件环境，可有效解决系统规模的可伸缩性问题，降低了 模块间的耦合程度，提高了系统可靠性。

所述接口适配层、领域服务层通过网络通讯总线与人机会话层连接，领域服务层与数据 访问层连接，数据访问层与建模维护层连接。

所述领域服务层包含了本系统各项核心服务，它包括系统状态识别与网络拓扑分析模块、 参数库建模模块、恢复决策模块、潮流计算模块、安全校验与方案调整模块、以及离线的调 度员培训仿真模块，所述状态识别与网络拓扑分析模块、以及参数库建模模块用于根据电网 的开关状态分析判断电网的拓扑结构，将电网表示成可用于计算的节点支路模型，并识别相 互孤立的子系统，本系统采用基于广度优先和多层次的拓扑分析算法构建系统模型，并对发 电机、变压器、线路、电容电抗器等设备的参数进行建模，其基本流程见图3；所述安全校 验与方案调整模块用于检查方案是否满足各项暂稳态约束，并对方案进行优化调整，确保方 案的可行性与安全性；通过离线的调度员培训仿真模块，实现在离线环境下、参照生成的恢 复操作方案，模拟整个恢复过程，动态演示各项恢复操作，使调度员能够更直观地了解详细 的电网恢复流程，对生成的恢复方案以及人工优化调整信息进行存档；所述潮流计算模块用 于计算单个断面下的系统潮流，可校验每步操作后系统是否满足节点电压和线路传输容量约 束；所述恢复决策模块用于制定多时空尺度下的恢复策略，并基于导航式理念生成恢复操作 方案，为调度员提供全过程的恢复辅助决策。

所述恢复决策模块包括黑启动的电源搜索模块、智能分区模块、恢复目标选取模块、多 时空导航式恢复策略制定模块、恢复方案生成模块；恢复决策制定的基本流程如图，图中， 拓扑分析、参数库建模、电源搜索与子系统划分为制定恢复策略前的准备工作；基于时间线 索和空间线索的多时空导航式恢复策略制定模块、恢复方案生成模块本系统的核心功能模块； 安全校验与方案调整作为重要的辅助功能，用于检查方案是否满足各项暂稳态约束，并对方 案进行优化调整，确保方案的可行性与安全性。

所述黑启动电源搜索模块与智能分区模块用于评估停电区域的黑启动电源配置情况和多 分区并行恢复的可行性，并在多电源可用的情况下进行子系统划分，其基本流程见图4其中， 评估黑启动能力需要综合考虑多种因素，对于内部电源，需要评估其机组容量、进相运行能 力与调节系统特性等，对于外部电源，需要评估其送电可靠性、可提供功率大小、线路传输 容量以及操作风险、补偿设备容量等。子系统划分的基本原则有：每个子系统至少包含一个 黑启动电源、一台被启动机组和一条可行的恢复路径，具有较好的调频调压手段，各子系统 间有明确可靠的同期并列点。基于此，系统根据黑启动电源配置情况、电源特性与地理分布、 待恢复机组和负荷数量以及行政区划等智能生成分区方案。

恢复目标选取模块用于对整个恢复过程进行任务分割，并基于不同的时间节点确定当前 恢复目标。针对系统恢复各阶段的不同特征与恢复侧重点，将整个恢复进程设定为多个里程 碑任务，针对各里程碑的恢复任务，进行恢复目标的选取。设置的各里程碑目标如下：

标志1：各子系统内主力机组得到恢复；

标志2：各子系统间达到并网条件；

标志3：全网所有主力机组得到恢复；

标志4：500kV网架恢复完成；

标志5：直流系统达到恢复条件；

标志6：各地区重要负荷得到恢复。

恢复目标选取模块包括机组目标和负荷目标。选取恢复目标需要综合考虑机组容量、负 荷特性、机组调节特性、临界时限、拓扑结构以及地理位置等因素，对于机组，选择100MW 以上600MW以下容量、处在临界时限内、具有较好调节特性和较快启动速度的机组，尤其是 距离城市较近、节点重要度高的机组。对于恢复前期的稳燃负荷，选取距离机组较近、具有 较高重要等级的负荷，尤其是跟机组所在电厂直接相连的站点；而对于恢复后期的负荷目标， 则主要根据负荷重要性和操作次数来确定，优先考虑城市负荷、重要厂矿企业等。

确定各里程碑内恢复目标后，则要安排各目标恢复顺序和恢复路径并生成具体操作方案。 为达成这一目的，发明了多时空导航式恢复决策方法。多时空，在于该方法能够制定多时间 尺度和多空间尺度的恢复策略，可满足电力系统不同阶段以及多分区并行恢复的决策要求； 导航式，在于该方法基于一种智能引导的服务理念，可在不同初始设定下，自动生成最优恢 复方案，并实时监视恢复进程，支持方案的动态调整，可全程引导调度员进行恢复操作。在 整个多时空导航式恢复决策控制框架内，又可分为机组恢复、网架恢复与负荷恢复策略的制 定，不同恢复目标间协调策略的制定，不同分区与不同级别调度间协调策略的制定，直流系 统恢复策略的制定几部分。

机组恢复策略的制定采用先筛选排序后校验的方法。该方法首先松弛系统电气条件约束 （充电过电压以及厂用辅机启动冲击等约束），根据机组自身状态和系统网络当前恢复程度判 断是否存在可恢复机组，并结合机组相关参数进行排序；然后校验电气网络约束条件确定是 否具有可操作性。其具体实施流程如图5，其中，机组排序需要考虑机组容量、厂用电大小、 无功吸收能力、负荷上升速率、临界时间裕度大小、路径长短和开关数、周围负荷重要程度 等因素，恢复路径确定采用dijkstra最短路径法，安全校验交由系统安全校验模块负责。

网架恢复策略制定的基本流程如图6，其中，变电站评估需要综合考虑变电站自身参数 和系统状态参数，变电站自身参数包括负荷量大小、负荷类型构成、变电站在网络中的位置、 重要程度等，系统状态参数包括系统转动惯量、短路容量、有效短路比等。恢复路径的确定 同样采用dijkstra最短路径法。

负荷恢复策略的制定包含两个方面，一是机组恢复阶段的稳燃负荷投入，二是网架重构 后期大规模的负荷恢复，根据不同的里程碑目标选择不同的恢复策略。具体实施流程如图7。 机组并网后，由于机组爬坡能力的限制，平衡机组出力的负荷投入应是一个多次连续的恢复 过程，该过程需对多个负荷点的不同出力进行优化，其目标是在尽可能小的有功需求下尽快 恢复重要等级高的负荷。由于该阶段网架结构较为简单，可选的待优化负荷点数目有限，因 此可以采用简单的近似算法进行求解，首先根据重要负荷在相应点中的比例大小对待恢复负 荷点进行降序排列。基于该顺序逐个恢复相应负荷点，并校验相应的约束条件。一旦需恢复 的总负荷量之和大于机组的最小稳定出力，则不对后续的负荷点进行校验，此时可以恢复的 负荷点将组成一个含有恢复顺序的可行解。若主干目标网架已形成，则应进行大规模的负荷 投入，由于此时主力机组和重要变电站均已恢复完毕，无需考虑不同目标的协调恢复，可对 多个负荷点进行整体优化，该过程中负荷应在满足约束的情况下，尽快、尽多地投入。此外， 由于恢复后期待优化负荷点大幅度增多，重要性差别较大，其投入顺序对优化结果具有较大 影响，因此需在目标函数中更为详细地考虑投入顺序的影响，综合考虑了不同顺序下频率、 电压、机组出力限值以及稳态潮流等多个约束条件。

直流恢复策略的制定在于确定直流系统的恢复时机。直流输电系统具有输送功率大、启 动和调整速度快、可控性强、且输电距离不受同步稳定性限制等特点，在系统大停电后的恢 复过程中能快速有效地提供功率支援。但是直流输电系统启动时会对送端和受端交流系统造 成功率冲击，因此需合适地选择直流启动的时机。本系统通过计算交流系统的短路容量、有 效短路比和有效惯性时间常数来确定是否达到直流恢复条件。若还未恢复至直流落点母线， 需先确定该落点至当前已恢复系统的路径，然后对短路容量、系统转动惯量和有效短路比进 行计算，判断是否满足直流启动条件，若满足则选择合适的启动方式进行直流恢复，对系统 约束进行后校验，包括恢复路径时的过电压和潮流问题以及直流恢复后的负荷配合问题。其 具体实施流程如图8。

并列与网架合环策略主要是针对电压差、频率差与相角差三个指标进行相应调整使满足 要求。其具体实施流程如图9。其中，相角差约束可通过准同期并列装置自动捕捉过零时机 来满足，频率差和电压差则需要通过对并列两端进行调整来满足。电压的调整措施包括调整 发电机、负荷投入以及投切无功补偿装置等，频率的调整措施包括发电机出力调整与负荷投 切等。针对合环操作，主要是电压相角差SPA的要求，通过整数规划算法确定调整方案以使 SPA满足要求。

在时间尺度上，各恢复策略模块由基于局部对象优化的交互式协调框架进行控制。基于 局部对象优化的交互式协调控制是指为了实现优化控制过程与调度员的交互，并保证恢复控 制操作的实际可行性，针对每一个恢复里程碑下的各主要目标进行优化时，将整个优化目标 分割为多个局部优化对象，每个局部对象主要针对具体某一个或几个操作进行优化。在该控 制框架协调下，系统自动安排各模块的调用，并对各恢复策略生成的方案进行整合处理，形 成最终的恢复操作顺序。在空间尺度上，利用主从递阶理论协调安排各子系统间的恢复进程 与功率配额，充分考虑电力系统分层调度的特点，基于承诺与约定的关系确定各级调度在各 阶段的恢复任务。各分区并行恢复时，根据恢复进程与里程碑达成情况适时安排子系统间的 功率支援与并网，同时，协调各子系统内的恢复与主干网架的恢复，各子系统并行恢复的同 时，对500kV网架进行重构，尽快建立起主干网架，提高系统稳定性。

各里程碑任务下的恢复策略制定完成后，分别基于时间线索和空间线索生成恢复方案。 根据网络拓扑和各厂站内接线，参照已生成的恢复步骤，搜索出具体的恢复路径，并对途径 的线路、母线、开关、刀闸、变压器等进行记录。生成的操作方案可在人机界面中分别以地 理接线图和文字的方式进行详细展示，并在图像中注明恢复方向与各类操作信息。同时，参 照黑启动预案相关标准，还可对恢复方案进行标准化输出，生成标准格式的文档，以便打印 与归档。

恢复方案生成后，对方案中的每步操作进行安全校验，给出每步操作的安全裕度，以保 证方案的可行性与安全性。本系统采用两种校验方法对方案进行安全校验，分别为时域仿真 校验法和可行性快速判据校验法。时域仿真验证技术可用于稳态过程和机电暂态过程的安全 校验，系统调用潮流计算模块和电力系统综合分析程序PSASP仿真校验稳态电压和机电暂态 过程，它能够给出精确的仿真曲线，掌握每一步操作过程发生发展的细节。而对于电磁暂态 过程，由于RTDS等电磁暂态仿真程序计算模型复杂，难以搭建仿真环境，不能应用到实时系 统中，故采用快速判据技术进行校验。可行性快速判据技术是在对影响黑启动运行安全的各 种现象进行机理分析的基础上，对运行方式进行可行分析和判断的技术。它应该通过机理分 析对指定的黑启动运行方式进行节点稳态电压、发电机自励磁、变压器励磁涌流与串联谐振、 空载线路合闸等稳态与操作过渡过程做出安全与否的判断。这类判据从原理上往往能简化为 一些快速实用型算法，以便在线的实时分析。在恢复决策支持系统中嵌入实用化快速判据算 法，对黑启动操作安全性进行快速判断，以供调度员黑启动运行方式安排的参考。采用快速 验证法进行校验的主要有发电机自励磁、空载线路合闸过电压、变压器励磁涌流以及串联谐 振。若某步操作校验不合格，需要进行针对性的调整。对于工频过电压，主要调整措施为无 功补偿装置投切，机端电压调整以及负荷投入；对于操作过电压，主要调整措施为改变充电 路径，减少单次线路充电长度，降低合闸前后稳态电压差值；对于自励磁以及励磁涌流问题， 主要调整措施是进行无功补偿装置的调整，改变充电路径等。系统能够针对各类安全问题， 自动生成调整方案，并对方案进行反复校验，以保证最终恢复方案的可行性。

以上各功能模块构成了以多时空导航式恢复辅助决策方法为核心的领域服务层部分，可 为电力系统恢复控制提供全过程的恢复决策以及其他附属服务。

结合图2，一种利用多时空导航式电力系统恢复决策支持系统的恢复决策方法，包括以 下步骤：

1）接受电网数据，包括实时数据、电网参数、图形数据；

2）建立网络拓扑分析模块、参数库建模模块；

3）建立停电区域电网模型；

4）黑启动电源搜索与智能分区；

5）里程碑式的阶段划分与恢复目标选取；

6）制定恢复策略；

7）在时间线索上进行基于局部对象优化的交互式协调恢复控制，在空间线索上进行基于主从 递阶的协调控制与恢复任务划分；

8）基于导航式的服务理念生成恢复方案；

9）对逐步操作进行安全校验；

10）判断安全校验是否满足安全要求，如满足安全要求，进入下一步；如不满足安全要求， 判断能否进行方案内调整，若方案内可调整，则调整后返回步骤9），若方案内不可调整，返 回步骤6）重新制定恢复策略；

11）方案执行。

结合图3，系统状态识别与网络拓扑分析以及参数库建模包括以下步骤：

1）读取电网数据；

2）通过连接关系分析形成连接点模型；

3）根据开关刀闸状态形成拓扑计算节点模型；

4）识别停电区域，建立节点支路模型；

5）读取并设置电网设备参数；

6）完成停电区域系统建模，输出标准格式模型数据文档。

结合图4，黑启动的电源搜索与智能分区包括以下步骤：

1）读取系统模型数据；

2）筛选具有自启动能力机组、孤岛运行机组和外部联络线；

3）评估各电源黑启动能力；

4）由用户选取恢复所用黑启动电源；

5）子系统划分。

结合图5，机组恢复策略制定包括以下步骤：

1）根据机组参数和系统状态筛选可恢复机组，同时综合各因素进行排序；

2）判断当前机组是否可恢复，如可恢复，进入下一步；如不可恢复，进入执行其他状态识别；

3）选择当前优先等级最高的待恢复机组作为目标对象并确定恢复路径；

4）对充电线路、辅机启动等操作进行校验；

5）判断充电线路、辅机启动操作是否满足系统约束，若满足进入下一步；若不满足，判断能 否优化调整，若能，则进行优化调整，进入下一步，若不能，则在当前可恢复机组序列中剔 除该机组，然后返回步骤2）；

6）形成当前恢复操作内容。

结合图6，网架恢复策略制定包括以下步骤：

1）依据线路状态筛选出可恢复变电站；

2）判断是否存在可恢复变电站或线路，若可恢复，进入下一步；若不可恢复，进入执行其 他状态识别；

3）综合评价可恢复变电站并按评价值大小生成可恢复变电站序列；

4）选取排序最前的变电站，搜索当前最优恢复路径；

5）校验充电线路时的过电压及稳态潮流等；

6）判断过电压及稳态潮流是否满足系统约束，若满足，进入下一步；若不满足，判断能否 优化调整，若能，则优化调整后进入下一步，若不能，将该变电站从当前可恢复变电站序 列中剔除，然后返回步骤2）；

7）形成当前恢复操作内容。

结合图7，负荷恢复策略制定包括以下步骤：

1）判断机组是否达到最小出力，若达到，进入下一步；若不能达到，进入选择网架附近负荷 为待优化对象，然后进入根据重要性对负荷点进行排序，然后将顺序考前的几个负荷点作为 局部恢复目标进行相应约束校验；

2）主干网架是否已恢复，若已恢复，进入下一步；若没有恢复，进入是否存在可恢复变电站 或线路，若存在可恢复变电站或线路，进入执行其他状态识别，若不存在可恢复变电站或线 路，进入选择网架附近负荷为待优化对象，然后进入根据重要性对负荷点进行排序，然后将 顺序考前的几个负荷点作为局部恢复目标进行相应约束校验；

3）选择一批合适的待恢复负荷点未当前优化对象；

4）综合考虑负荷重要性、投入顺序、操作次数等因素以及安全约束的基础上，采用合适的算 法对上述待恢复负荷点进行优化；

5）形成当前好操作内容。

结合图8，直流恢复策略制定包括以下步骤:

1）搜索当前已恢复系统到直流落点的路径，计算该节点母线的短路容量和电路比以及系统的 惯性时间常数；

2）判断是否满足直流恢复条件，若满足，进入下一步；若不满足，进入执行其他状态识别；

3）校验待恢复路径的过电压和潮流约束以及直流启动后的负荷配合问题；

4）判断待恢复路径的过电压和潮流约束以及直流启动后的负荷配合是否满足约束，若满足， 进入下一步；若不满足，进入执行其他状态识别；

5）选择合适的直流启动方式；

6）形成当前恢复操作内容。

结合图9，并列合环策略制定包括以下步骤：

1）检测同期点两端的电压频率差和相角差；

2）判断电压频率差和相角差是否满足并列合环条件，若满足，进入下一步；若不满足，进入 能否优化调整，若能优化调整，进入针对越限约束进行优化调整，然后进入下一步，若不能 优化调整，进入执行其他状态识别；

3）执行并列合环操作。

上述虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限 制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付 出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。