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智能配電網多維數據集成分析與協調控制 版權信息
- ISBN：9787030675965
- 條形碼：9787030675965 ; 978-7-03-067596-5
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
智能配電網多維數據集成分析與協調控制 本書特色
適讀人群 ：智能配電網規劃、建設、運行、管理等領域相關技術人員和管理人員，相關專業專（兼）職講師及學生、研究人員等本書可作為智能配電網數據分析的參考用書
智能配電網多維數據集成分析與協調控制 內容簡介
本書結合我國智能電網的持續推進建設情況，為有效應對大規模分布式能源接入配電網、電動汽車充電負荷快速增長、用戶供需互動日益頻繁等智能配電網新形態，滿足可觀測性水平提高所帶來的海量數據信息集成分析與協調控制需求，系統性地介紹智能配電網多源數據特征及其分類、智能配電網信息集成融合方法、多維數據分析基礎理論、多維數據關聯匹配分析、智能配電網運行優化分析、孤島運行控制與穩定分析、故障快速恢復控制技術等內容，并進行相應的典型應用案例分析。本書涉及面廣，理論與實踐相結合，內容深入淺出，語言通俗易懂，便于讀者學習與掌握。 本書可供智能配電網規劃、建設、運行、管理等領域相關技術人員和管理人員使用，也可供相關專業專（兼）職講師及學生、研究人員等參考。
智能配電網多維數據集成分析與協調控制 目錄
目錄
序
前言
第1章 智能配電網多源數據特征及其分類 1
1.1 智能配電網數據源 1
1.2 智能配電網數據量值特征 2
1.2.1 配電網PMU采集系統數據 2
1.2.2 能量管理系統數據 3
1.2.3 配電管理系統數據 4
1.2.4 生產管理系統數據 4
1.2.5 營銷管理信息系統數據 6
1.2.6 用戶用電信息采集系統數據 7
1.2.7 分布式電源管理系統數據 7
1.2.8 電動汽車管理系統數據 7
1.2.9 氣象信息系統數據 8
1.2.10 地理信息系統數據 8
1.2.11 社會經濟數據 9
1.3 智能配電網數據時空特征 9
1.3.1 分布式電源數據 9
1.3.2 柔性負荷數據 10
1.3.3 用電營銷數據 12
1.3.4 氣象數據 15
1.4 智能配電網數據不確定因素 15
1.4.1 分布式電源出力不確定因素 15
1.4.2 負荷不確定因素 18
參考文獻 19
第2章 智能配電網信息集成融合方法 20
2.1 智能配電網信息流 21
2.1.1 集成信息 21
2.1.2 公共信息模型 22
2.1.3 信息集成數據流 29
2.2 多源信息集成架構 33
2.2.1 信息集成架構方案 34
2.2.2 總線詳述 37
2.2.3 信息集成支撐平臺 39
2.3 多源信息集成技術 42
2.3.1 信息集成技術 43
2.3.2 智能配電網信息集成策略 47
2.4 多源信息處理技術 51
2.4.1 數據處理技術 52
2.4.2 多源異步數據融合技術 54
2.4.3 案例分析 62
參考文獻 65
第3章 多維數據分析基礎理論 66
3.1 多維數據質量評價 66
3.1.1 多維數據質量評價思路 66
3.1.2 多維數據質量評價維度 67
3.1.3 多維數據質量評價模型 69
3.1.4 多維數據質量評價流程 70
3.1.5 結合關聯規則的決策樹模型 71
3.1.6 多維數據質量評價指標計算 79
3.1.7 多維數據質量評價指標權重計算 89
3.2 多維數據模型設計 94
3.2.1 整體設計 94
3.2.2 維度設計 95
3.2.3 度量設計 102
3.3 多維數據集構建 105
3.3.1 基礎類數據集 105
3.3.2 應用類數據集 108
3.4 多維流數據分析方法 110
3.4.1 流數據概念 110
3.4.2 流數據框架體系 111
3.4.3 流數據分析技術 116
3.4.4 流數據處理技術 118
3.4.5 流數據概要數據結構設計 121
3.4.6 流數據平臺設計 122
3.4.7 流數據分析功能模塊設計 125
參考文獻 131
第4章 多維數據關聯匹配分析 132
4.1 多維數據轉換 132
4.2 多維數據快速匹配 134
4.2.1 快速節點匹配 134
4.2.2 影響因素匹配 135
4.3 多維數據關聯分析 137
4.3.1 綜合運行關聯分析 137
4.3.2 關鍵因素關聯分析 138
4.3.3 指標多級關聯分析 140
參考文獻 149
第5章 智能配電網運行優化分析 151
5.1 智能配電網運行優化目的和方法 151
5.1.1 智能配電網運行優化目的 151
5.1.2 智能配電網運行優化方法 151
5.2 智能配電網運行優化目標及約束 155
5.2.1 智能配電網運行優化目標 155
5.2.2 智能配電網運行優化約束 155
5.3 智能配電網運行優化算法 156
5.3.1 二進制粒子群優化算法流程 157
5.3.2 拓撲分析 157
參考文獻 159
第6章 孤島運行控制與穩定分析 160
6.1 孤島運行控制技術 160
6.1.1 配電網孤島運行場景及控制難點 160
6.1.2 分布式電源協調控制基本原理 161
6.1.3 基于微型PMU的配電網孤島協調控制方法 163
6.1.4 有功-相角下垂控制分析 163
6.2 孤島離并網切換控制 167
6.2.1 配電網孤島離網控制 167
6.2.2 配電網孤島并網控制 168
6.3 孤島動態穩定在線分析 169
6.3.1 基于微型PMU的配電網孤島動態穩定性分析 170
6.3.2 基于響應信號的分析方法 171
6.3.3 基于類噪聲信號的分析方法 179
6.3.4 配電網孤島動態穩定在線分析思路與流程 184
參考文獻 186
第7章 故障快速恢復控制技術 188
7.1 配電網多源協同的故障恢復策略 188
7.2 考慮三相不對稱的配電網故障恢復策略及其線性近似 190
7.2.1 單時段配電網故障恢復問題線性模型 190
7.2.2 多時段配電網故障恢復問題線性模型 192
7.3 考慮不同分布式電源暫態特性的故障恢復方法 193
7.3.1 配電網故障恢復問題混合整數二階錐規劃模型 193
7.3.2 考慮分布式電源暫態特性的恢復規則 195
參考文獻 197
第8章 典型應用案例分析 199
8.1 多維數據質量分析案例 199
8.2 多維數據關聯匹配分析案例 204
8.3 智能配電網運行優化案例 213
8.3.1 IEEE 33節點配電系統案例 213
8.3.2 某85節點實際配電網案例 217
8.4 孤島運行控制與動態穩定在線分析案例 226
8.4.1 配電網孤島運行控制案例 226
8.4.2 動態穩定在線分析案例 228
8.5 故障快速恢復控制案例 229
8.5.1 單時段配電網故障恢復問題線性模型案例 229
8.5.2 多時段配電網故障恢復問題線性模型案例 232
8.5.3 考慮分布式電源暫態特性的故障恢復案例 234
序
前言
第1章 智能配電網多源數據特征及其分類 1
1.1 智能配電網數據源 1
1.2 智能配電網數據量值特征 2
1.2.1 配電網PMU采集系統數據 2
1.2.2 能量管理系統數據 3
1.2.3 配電管理系統數據 4
1.2.4 生產管理系統數據 4
1.2.5 營銷管理信息系統數據 6
1.2.6 用戶用電信息采集系統數據 7
1.2.7 分布式電源管理系統數據 7
1.2.8 電動汽車管理系統數據 7
1.2.9 氣象信息系統數據 8
1.2.10 地理信息系統數據 8
1.2.11 社會經濟數據 9
1.3 智能配電網數據時空特征 9
1.3.1 分布式電源數據 9
1.3.2 柔性負荷數據 10
1.3.3 用電營銷數據 12
1.3.4 氣象數據 15
1.4 智能配電網數據不確定因素 15
1.4.1 分布式電源出力不確定因素 15
1.4.2 負荷不確定因素 18
參考文獻 19
第2章 智能配電網信息集成融合方法 20
2.1 智能配電網信息流 21
2.1.1 集成信息 21
2.1.2 公共信息模型 22
2.1.3 信息集成數據流 29
2.2 多源信息集成架構 33
2.2.1 信息集成架構方案 34
2.2.2 總線詳述 37
2.2.3 信息集成支撐平臺 39
2.3 多源信息集成技術 42
2.3.1 信息集成技術 43
2.3.2 智能配電網信息集成策略 47
2.4 多源信息處理技術 51
2.4.1 數據處理技術 52
2.4.2 多源異步數據融合技術 54
2.4.3 案例分析 62
參考文獻 65
第3章 多維數據分析基礎理論 66
3.1 多維數據質量評價 66
3.1.1 多維數據質量評價思路 66
3.1.2 多維數據質量評價維度 67
3.1.3 多維數據質量評價模型 69
3.1.4 多維數據質量評價流程 70
3.1.5 結合關聯規則的決策樹模型 71
3.1.6 多維數據質量評價指標計算 79
3.1.7 多維數據質量評價指標權重計算 89
3.2 多維數據模型設計 94
3.2.1 整體設計 94
3.2.2 維度設計 95
3.2.3 度量設計 102
3.3 多維數據集構建 105
3.3.1 基礎類數據集 105
3.3.2 應用類數據集 108
3.4 多維流數據分析方法 110
3.4.1 流數據概念 110
3.4.2 流數據框架體系 111
3.4.3 流數據分析技術 116
3.4.4 流數據處理技術 118
3.4.5 流數據概要數據結構設計 121
3.4.6 流數據平臺設計 122
3.4.7 流數據分析功能模塊設計 125
參考文獻 131
第4章 多維數據關聯匹配分析 132
4.1 多維數據轉換 132
4.2 多維數據快速匹配 134
4.2.1 快速節點匹配 134
4.2.2 影響因素匹配 135
4.3 多維數據關聯分析 137
4.3.1 綜合運行關聯分析 137
4.3.2 關鍵因素關聯分析 138
4.3.3 指標多級關聯分析 140
參考文獻 149
第5章 智能配電網運行優化分析 151
5.1 智能配電網運行優化目的和方法 151
5.1.1 智能配電網運行優化目的 151
5.1.2 智能配電網運行優化方法 151
5.2 智能配電網運行優化目標及約束 155
5.2.1 智能配電網運行優化目標 155
5.2.2 智能配電網運行優化約束 155
5.3 智能配電網運行優化算法 156
5.3.1 二進制粒子群優化算法流程 157
5.3.2 拓撲分析 157
參考文獻 159
第6章 孤島運行控制與穩定分析 160
6.1 孤島運行控制技術 160
6.1.1 配電網孤島運行場景及控制難點 160
6.1.2 分布式電源協調控制基本原理 161
6.1.3 基于微型PMU的配電網孤島協調控制方法 163
6.1.4 有功-相角下垂控制分析 163
6.2 孤島離并網切換控制 167
6.2.1 配電網孤島離網控制 167
6.2.2 配電網孤島并網控制 168
6.3 孤島動態穩定在線分析 169
6.3.1 基于微型PMU的配電網孤島動態穩定性分析 170
6.3.2 基于響應信號的分析方法 171
6.3.3 基于類噪聲信號的分析方法 179
6.3.4 配電網孤島動態穩定在線分析思路與流程 184
參考文獻 186
第7章 故障快速恢復控制技術 188
7.1 配電網多源協同的故障恢復策略 188
7.2 考慮三相不對稱的配電網故障恢復策略及其線性近似 190
7.2.1 單時段配電網故障恢復問題線性模型 190
7.2.2 多時段配電網故障恢復問題線性模型 192
7.3 考慮不同分布式電源暫態特性的故障恢復方法 193
7.3.1 配電網故障恢復問題混合整數二階錐規劃模型 193
7.3.2 考慮分布式電源暫態特性的恢復規則 195
參考文獻 197
第8章 典型應用案例分析 199
8.1 多維數據質量分析案例 199
8.2 多維數據關聯匹配分析案例 204
8.3 智能配電網運行優化案例 213
8.3.1 IEEE 33節點配電系統案例 213
8.3.2 某85節點實際配電網案例 217
8.4 孤島運行控制與動態穩定在線分析案例 226
8.4.1 配電網孤島運行控制案例 226
8.4.2 動態穩定在線分析案例 228
8.5 故障快速恢復控制案例 229
8.5.1 單時段配電網故障恢復問題線性模型案例 229
8.5.2 多時段配電網故障恢復問題線性模型案例 232
8.5.3 考慮分布式電源暫態特性的故障恢復案例 234
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智能配電網多維數據集成分析與協調控制 節選
第1章 智能配電網多源數據特征及其分類 配電網作為智能電網的重要組成部分，近年來自動化、信息化水平不斷得到提升，網絡架構、通信設施逐步建設完善，中低壓配電網的在線監測裝置得到推廣普及，為智能配電網信息采集積累了大量的實時運行數據和歷史運行數據，網絡拓撲和基礎臺賬信息也不斷得到重視和梳理，這些數據信息潛藏著巨大的應用價值，對準確系統性地掌握大規模分布式電源和柔性互動負荷接入的智能配電網實際狀況意義重大。針對當前智能配電網高維性、強耦合性、高隨機性等數據特征，本章分析智能配電網多源數據的來源、構成情況及結構，并分析配電網分布式電源數據、柔性負荷數據、用電營銷數據等多種數據的時空特征以及不確定因素，為智能配電網多維數據的維度和度量設計以及模型的建立奠定了基礎。 1.1 智能配電網數據源 隨著我國智能配電網建設的快速推進，信息化、自動化、互動化成為配電網的主要特征。分布式電源滲透率不斷提高，電動汽車、柔性負荷等接入量持續提升，配電網規模不斷擴大，結構日趨復雜，使配電網數據呈現高維性、強耦合性、高隨機性。數據的多源、異構特性及復雜的關聯關系，使數據處理和有效信息挖掘的難度增加，給智能配電網的優化協調控制也帶來了巨大的挑戰[1，2]。另外，先進量測技術及其新產品在配電網中普及應用，智能配電網的可觀測性大幅度提高，數據采集和在線運行監控系統不斷升級與完善，配電網運行數據無論從維數還是從規模上都有顯著的增長，海量歷史數據中蘊藏的信息更加豐富，可挖掘的有價值信息增加，也為實現源、網、荷協調優化控制，提高配電網安全可靠運行水平帶來新的機遇。 根據數據的來源不同，可以將智能配電網的信息數據分為電網企業內部數據和外部數據兩大類，如表1-1所示。電網企業內部數據產生于配電網同步相量測量裝置(phasor measurement unit，PMU)采集系統、能量管理系統(energy management system，EMS)、配電管理系統(distribution management system，DMS)、生產管理系統(production management system，PMS)、營銷管理信息系統、用戶用電信息采集系統、分布式電源管理系統、電動汽車管理系統等，這些數據包括靜態數據、實時數據，其中靜態數據包括電網設備模型參數、線路拓撲結構、電力用戶資料數據等，實時數據包括遙信、遙測數據，如設備運行狀態、電能計量等[3-6]。外部數據來源于氣象信息系統、地理信息系統(GIS)等，這些數據也能夠為配電網的運行、管理、服務提供輔助決策支持[3]。 表1-1 智能配電網數據源及數據類型 1.2 智能配電網數據量值特征 1.2.1 配電網PMU采集系統數據 配電網PMU是用于實現同步相量測量、傳輸和記錄且具備配電網終端設備的遙信、遙測、遙控功能的裝置。相對于主網中的PMU，配電網PMU測量回路少、體積小，亦稱為微型PMU。微型PMU的核心特征包括基于標準時鐘信號的同步相量測量、失去標準時鐘信號的守時能力、PMU與主站系統之間能夠實時通信并遵循相關通信協議。依據新形勢下智能配電網的可觀測性需求，電網企業可采用*優布點技術在變電站、線路聯絡開關、配電變壓器、分布式電源、電動汽車充電站等位置安裝微型PMU，構建智能配電網同步實時動態監測系統，并通過調度中心分析中心站實現對配電網動態過程的監測和分析。微型PMU采集系統有望成為智能配電網動態實時數據平臺的主要數據源，并逐步和監控與數據采集系統(supervisory control and data acquisition，SCADA)/EMS及安全自動控制系統相結合，實現對智能配電網動態安全穩定性能的監控[3，4]。其數據內容主要包括以下幾部分。 1. 配電網實時測量數據 分布式電源、電動汽車充電站、220kV/110kV/35kV變電站至電力用戶的各監測點的三相基波電壓相量、三相基波電流相量，三相電壓、三相電流所含有的2～7次諧波成分的頻率、幅值與諧波畸變率，電壓電流的基波正序相量、頻率、頻率變化率，功率和開關量信號等。 2. 事件數據 (1)頻率越限[范1]。 (2)頻率變化率越限。 (3)幅值越上限，包括正序電壓、正序電流、負序電壓、負序電流、零序電壓、零序電流、相電壓、相電流越上限等。 (4)幅值越下限，包括正序電壓、正序電流、負序電壓、負序電流、零序電壓、零序電流、相電壓、相電流越下限等。 (5)線路功率振蕩等。 (6)繼電保護或/和安全保護裝置自動跳閘等事件記錄。 (7)同步時鐘信號丟失、異常以及同步時鐘信號恢復正常等事件記錄。 3. 擾動錄波數據 (1)電壓曲線。 (2)電流曲線。 (3)頻率曲線。 以上幾類數據的格式均為結構化數據，數據文件包括E格式文件和txt文件。 1.2.2 能量管理系統數據 配電網能量管理系統是以計算機為基礎的生產過程控制與能量管理系統。配電網能量管理系統能夠為調度、管理人員提供配電網的實時數據、信息，便于了解配電網的實時情況和負荷變化趨勢，并為各相關電力自動化系統高級應用功能軟件提供準確、實時的信息，從而實現對整個配電網乃至整個電網的優化控制、調度、故障預測和排除，提高供電質量、供電可靠性和安全性。其數據內容主要包括以下幾部分。 1. 配電網調度運行數據 (1)220kV/110kV/35kV變電站至10kV母線中變電站、線路、變壓器等的三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、功率因數等模擬量。 (2)變電站、線路、開關站等的開關開合狀態等開關量。 (3)變壓器油溫等非電量。 2. 220kV/110kV/35kV變電站至10kV母線的圖形、模型、拓撲數據 (1)110kV至10kV配電網電氣拓撲圖。 (2)110kV至10kV配電網電氣拓撲結構描述數據。 (3)變電站站內電氣接線圖，涵蓋220kV、110kV、35kV變電站，110kV、35kV、10kV開關站等。 (4)變電站站內電氣結構描述數據，涵蓋220kV、110kV、35kV變電站，110kV、35kV、10kV開關站等。 以上數據的格式包含結構化數據和半結構化數據，數據文件包括E格式文件、txt文件和svg文件。 1.2.3 配電管理系統數據 配電管理系統是集計算機技術、數據傳輸、控制技術、現代化設備及管理于一體的綜合信息管理系統，包括饋線自動化和配電管理。目前，我國配電管理系統主要由配電主站、子站和饋線終端構成，光纖通信是主干網的通信方式。饋線自動化的實現建立在光纖通信的基礎上，確保饋線終端能夠快速地彼此通信。其數據內容主要包括以下幾部分。 1. 配電網實時監測數據 (1)10kV母線、開關站、配電變壓器等的三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率等模擬量。 (2)10kV母線和開關開合狀態等開關量。 (3)配電變壓器的油溫等非電量。 2. 10kV母線至配電變壓器的圖形、模型、拓撲數據 (1)中低壓配電網電氣拓撲圖。 (2)中低壓配電網電氣拓撲結構描述數據。 以上數據的格式包含結構化數據和半結構化數據，數據文件包括E格式文件、xls文件、svg文件和dmp文件。
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