虛擬母線技術是在電網中存在一些緊密聯繫的連通的局部網路，其內部各母線對關鍵斷面具有相同或相近的GSDF，同時其內部母線的負荷曲線具有一定的相似性，即定義這些母線所組成的連通局部母線組為虛擬母線。。
基本介紹
- 中文名：虛擬母線技術
- 外文名：Virtual bus technology
- 特性：虛擬
- 套用：基於虛擬母線技術的負荷預測
- 領域：能源
- 學科：電氣工程
簇集網狀網路,簇集網狀網路的概念,斷態特性,虛擬母線,虛擬母線理念的進一步剖析,虛擬母線辨識算法,基於虛擬母線技術的負荷預測方法,總結,
簇集網狀網路
簇集網狀網路的概念
簇集網狀網路是電力網路中一種具有特殊性質的拓撲結構，其特點是擁有一個簇頭節點，其他節點均通過此簇頭節點與外部網路相連，簇頭節點起到匯聚簇內能量流的作用。這樣的網路存在有利於負荷預測以及靜態安全校核的基態特性和斷態特J陛。然而，輸電網路中簇集網狀網路並不常見，但是卻存在同樣具有基態特性和斷態特性的“類簇集網狀網路”，即“虛擬母線”。下文將首先闡述簇集網狀網路及其基態、斷態特性，然後引出虛擬母線。 簇集網狀網路是指內部節點網狀連線，並只能通過唯一的簇頭節點與外部網路相連通的網路。如 潮流分布反映了電網的能量流分布，描述了電網運行最基本的特徵。簇集網狀網路概念的套用，可以在很大程度上簡化電網的潮流計算(為墓鞏了簡化問題的複雜度，本文將主要以直流潮流計算作為研究對象)。這種簡化主要體現在簇集網狀網路的基態和斷態特性上。
斷態特性
斷態特性是指簇集網狀網路成員節點之間連線關係的變化，如支路開斷、支路重構等，不會改變簇頭節點的虛擬負荷，也不會改變外部網路的潮流分布。這是因為簇集網狀網路成員節點之間為網狀連線，支路連線關係變化後，只要簇集網狀網路仍保持連通，節點負荷就可以通過其他支路流向外部網路，虛擬負荷Po維持不變，外部網路的潮流自然也就不會改變。
這一特性在電網安全分析中具有重要套用。以靜態安全校核為例，對於一個具有簇集網狀網路特徵的局部電網，當其內部支路發生開斷故障時，可以不必對其外部網路的潮流分布進行校驗，而只需關注其內部支路的潮流變化。如此，簇集網狀網路內部故障所帶來的安全約束數目將被大幅度削減，安全校核的速度將得以提升。
虛擬母線
電網中也存在著典型的簇集網狀網路，如省間聯絡線及其連線的外省網路，以及閉環結構開環運行的配電網網路。以省間聯絡線為例，在計算輸電網潮流時，省間聯絡線及其連線的外省網路通常被等效成單節點，該節點負荷為聯絡線上計畫流過的潮流。
除去省間聯絡線和配電網，如果能夠在輸電網達慨殃喇中找到更多的簇集網狀網路，那么母線負荷預測和靜態安全校核的問題都夜主妹將得到簡化。然而，為了電網運行可靠性的考慮，輸電網多為環狀結構，很難找到這樣的簇集網狀網路。
基於以上分析，雖然在輸電網中難以找到對所有外部網路支路GSDF相同的簇集網狀網路，但如果將外部網路定義為電網的關鍵斷面，將GSDF相同條件削弱為相似，就可以找到對關鍵斷面具有基態和斷態特性的“類簇集網狀網路”，稱為“虛擬母線”。 此外，為了提高虛擬母線負荷的可預測性，還進一步要求各成員節點所掛接負荷的負荷曲線需要具有相似性，這將有利於提高虛擬母線負荷配比因子的規律性，降低配比誤差。2虛擬母線及其特性分析
虛擬母線理念的進一步剖析
虛擬母線是在電網中存在一些緊密聯繫的連通的局部網路，其內部各母線對關鍵斷面具有相同或相近的GSDF，同時其內部母線的負荷曲線具有一定的相似性，即定義這些母線所組成的連通局部母線組龍戀凶為虛擬母線。
虛擬母線內部各母線對關鍵斷面GSDF的相似J陛使虛擬母線對關鍵斷面具有簇集網狀網路的基態特性和斷態特性。
子母線(child bus, CB)是指組成虛擬母線的成員節點。
虛擬母線基數(virtual bus cardinality)是指虛擬母線中所含有的子母線數量。
虛擬母線負荷(virtual bus load)是指虛擬母線中所有子母線的負荷總和。
若線路兩端節點均屬於同一個虛擬母線，厚捆贈頌則該線路為該虛擬母線的內部線路。 線路兩端節點不屬於相同的虛擬母線，則該線路為任意虛擬母線的外部線路。
虛擬母線辨識算法
根據虛擬母線的定義，虛擬母線應滿足下列聚合判據:1>虛擬母線的子母線對關鍵斷面具有相同或相近的GSDF; 2子母線掛接的負荷曲線具有相似性;3>子母線之間滿足拓撲連通性。除此之外，存在負荷轉供關係的估煉舉母線也應被劃分到同一個虛擬母線，這樣能降低負荷轉供對預測帶來的影響。本節將提出一個高效的虛擬母線辨識算法，實現上述目標。
該虛擬母線的辨識算法主要包括2個步驟:
第1個階段是粗辨識階段，採用層次聚類法.將GSDF相似的母線初市煮酷步篩選出來。
第2個階段則採用差異距離衡量粗辨識虛擬母線內子母線的負荷曲線的相似程度，利用最小生成樹聚類法.使得具有相似負荷特性且拓撲上連通的母線被聚為一類，以確保虛擬母線滿足負荷相似性、拓撲連通性，並避免了轉供母線被分在不同的虛擬母線之中。
基於虛擬母線技術的負荷預測方法
基於虛擬母線技術的負荷預測方法(virtual busload forecasting, VBLF)，本質上是對其內部子母線的歷史負荷進行加總，以生成虛擬母線歷史負荷樣本，據此對虛擬母線未來時段的負荷進行預測;並將預測值代入子母線的配比模型，求解各個子母線的負荷預測值。其實施步驟如下。
1)虛擬母線辨識。
虛擬母線是滿足下列聚合判據的母線組:①虛擬母線的子母線對關鍵斷面具有相同或相近的GSDF;②子母線掛接的負荷曲線具有相似性;③子母線之間滿足拓撲連通性。通過這些聚類判據，將全網的所有母線劃分成N個虛擬母線。
2)生成虛擬母線的歷史負荷數據。
針對每個虛擬母線Uk，將虛擬母線內所有子母線的歷史負荷進行加總，得到虛擬母線歷史負荷集。
3)虛擬母線負荷預測。
基於歷史負荷集，構造一定的負荷預測方法對虛擬母線k=1 -N負荷進行預測，得到預測結果
4)配比模型。
維護“虛擬母線一子母線”配比模型，根據虛擬母線預測結果，得到子母線的預測值。配比因子可通過平滑近日配比因子得到。
總結
基於虛擬母線技術的母線負荷預測方法，通過深入分析負荷預測誤差的形成機理，將誤差分為建模誤差、外推誤差與配比誤差3類，並分別提煉出面向不同類別預測誤差的數學表征;分析了虛擬母線技術對於各類預測誤差的作用方式，證明了虛擬母線技術有利於削減建模誤差和外推誤差;通過對負荷曲線相似母線的聚類，有效降低了配比誤差，從而全面提高了母線負荷預測精度。
虛擬母線是眾多相似特性母線的組合，因而天然地具有局域負荷特性，更適合引入地區氣象等相關因素進行建模;另一方面，由於虛擬母線內子母線對關鍵斷面的GSDF相似，因而不同子母線負荷對關鍵斷面的潮流影響是相近的，通過對虛擬母線負荷的預測，能夠快速掌控關鍵斷面的潮流變化趨勢。
子母線(child bus, CB)是指組成虛擬母線的成員節點。
虛擬母線基數(virtual bus cardinality)是指虛擬母線中所含有的子母線數量。
虛擬母線負荷(virtual bus load)是指虛擬母線中所有子母線的負荷總和。
若線路兩端節點均屬於同一個虛擬母線，則該線路為該虛擬母線的內部線路。 線路兩端節點不屬於相同的虛擬母線，則該線路為任意虛擬母線的外部線路。
虛擬母線辨識算法
根據虛擬母線的定義，虛擬母線應滿足下列聚合判據:1>虛擬母線的子母線對關鍵斷面具有相同或相近的GSDF; 2子母線掛接的負荷曲線具有相似性;3>子母線之間滿足拓撲連通性。除此之外，存在負荷轉供關係的母線也應被劃分到同一個虛擬母線，這樣能降低負荷轉供對預測帶來的影響。本節將提出一個高效的虛擬母線辨識算法，實現上述目標。
該虛擬母線的辨識算法主要包括2個步驟:
第1個階段是粗辨識階段，採用層次聚類法.將GSDF相似的母線初步篩選出來。
第2個階段則採用差異距離衡量粗辨識虛擬母線內子母線的負荷曲線的相似程度，利用最小生成樹聚類法.使得具有相似負荷特性且拓撲上連通的母線被聚為一類，以確保虛擬母線滿足負荷相似性、拓撲連通性，並避免了轉供母線被分在不同的虛擬母線之中。
基於虛擬母線技術的負荷預測方法
基於虛擬母線技術的負荷預測方法(virtual busload forecasting, VBLF)，本質上是對其內部子母線的歷史負荷進行加總，以生成虛擬母線歷史負荷樣本，據此對虛擬母線未來時段的負荷進行預測;並將預測值代入子母線的配比模型，求解各個子母線的負荷預測值。其實施步驟如下。
1)虛擬母線辨識。
虛擬母線是滿足下列聚合判據的母線組:①虛擬母線的子母線對關鍵斷面具有相同或相近的GSDF;②子母線掛接的負荷曲線具有相似性;③子母線之間滿足拓撲連通性。通過這些聚類判據，將全網的所有母線劃分成N個虛擬母線。
2)生成虛擬母線的歷史負荷數據。
針對每個虛擬母線Uk，將虛擬母線內所有子母線的歷史負荷進行加總，得到虛擬母線歷史負荷集。
3)虛擬母線負荷預測。
基於歷史負荷集，構造一定的負荷預測方法對虛擬母線k=1 -N負荷進行預測，得到預測結果
4)配比模型。
維護“虛擬母線一子母線”配比模型，根據虛擬母線預測結果，得到子母線的預測值。配比因子可通過平滑近日配比因子得到。
總結
基於虛擬母線技術的母線負荷預測方法，通過深入分析負荷預測誤差的形成機理，將誤差分為建模誤差、外推誤差與配比誤差3類，並分別提煉出面向不同類別預測誤差的數學表征;分析了虛擬母線技術對於各類預測誤差的作用方式，證明了虛擬母線技術有利於削減建模誤差和外推誤差;通過對負荷曲線相似母線的聚類，有效降低了配比誤差，從而全面提高了母線負荷預測精度。
虛擬母線是眾多相似特性母線的組合，因而天然地具有局域負荷特性，更適合引入地區氣象等相關因素進行建模;另一方面，由於虛擬母線內子母線對關鍵斷面的GSDF相似，因而不同子母線負荷對關鍵斷面的潮流影響是相近的，通過對虛擬母線負荷的預測，能夠快速掌控關鍵斷面的潮流變化趨勢。
