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为构建清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能的新型电力系统，针对配电网数智化规划中存在的图模数算割裂与分离的问题，《新型配电网数智化规划》提出“图模数算融合驱动的新型配电网数智化规划”的技术体系与基本范式。《新型配电网数智化规划》第1～3章为基本概念与基础理论篇；第4～10章为面向具体规划业务的图模数算融合篇，涵盖图模识别、拓扑提取、负荷特性、负荷预测、网架规划、开关配置、改造规划等内容；第11章为数智化软件应用篇。
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目录第1章 新型配电网数智化概述 11.1 新型配电网数智化的基本概念 11.1.1 配电网规划概述 11.1.2 新型配电网规划 41.1.3 配电网数智化规划 61.1.4 图模数融合技术 71.2 配电网数智化规划的发展历程 81.3 新型配电网数智化规划关键问题 101.4 新型配电网数智化规划关键技术111.5 本章小结 12第2章 高比例新能源配电网智算方法体系 132.1 含高比例新能源配电网元件级建模方法 132.1.1 基于参数估计的新能源出力时序特性建模 132.1.2 并网分布式电源故障计算模型 152.1.3 新型配电网分布式储能特性建模 172.2 含高比例新能源配电网系统级通用潮流计算方法 182.2.1 基于模拟法蒙特卡罗的时序潮流计算 182.2.2 基于解析法半不变量的时序潮流计算 192.2.3 算例分析 222.3 含高比例新能源配电网系统级通用短路电流计算方法 272.3.1 电网通用故障电流计算方法 272.3.2 源荷储接入配电网的通用故障电流计算方法及流程 302.3.3 算例分析 332.4 含高比例新能源配电网系统级通用可靠性计算方法 352.4.1 配电网可靠性的非时序蒙特卡罗仿真法 352.4.2 配电网可靠性的*小路分析法 362.4.3 算例分析 402.5 计及多维度约束的配电网新能源承载力计算方法 472.5.1 新能源承载力评估计算的指标体系构建 472.5.2 配电网新能源承载力计算模型 502.5.3 配电网新能源承载力计算的求解方法 512.5.4 算例分析 542.6 本章小结 60第3章 高比例电力电子化配电网智算方法体系 613.1 电力电子化配电网元件级建模方法 613.1.1 电力电子变压器模型 613.1.2 电力电子断路器模型 633.1.3 VSC 稳态模型 653.2 电力电子化配电网系统级通用潮流计算方法 663.2.1 直流配电网潮流计算方法 663.2.2 交直流配电网潮流计算方法 693.3 电力电子化配电网系统级通用可靠性计算方法 803.3.1 交直流混联配电网元件等效模型 813.3.2 适用于交直流混联配电网的可靠性评估方法 813.3.3 交直流混联配电网可靠性优化目标 843.3.4 算例分析 853.4 本章小结 87第4章 内嵌领域知识的复杂电网厂站接线图AI识别方法 884.1 基于高精度图像识别算法实现CAD图纸到CIM文件 884.2 融合YOLO目标检测算法的图元识别方法 904.2.1 基于YOLOv4的目标检测算法 904.2.2 基于重叠滑窗机制与YOLOv4的图元识别方法 904.3 基于迁移学习的电气领域文字识别方法 924.3.1 文字图片预处理方法 934.3.2 文字图片迁移学习方法 934.4 内嵌专家领域知识的接线识别方法 944.4.1 面向接线识别的厂站接线图预处理方法 944.4.2 厂站接线图拓扑关系检测 954.4.3 接线识别后处理方法 954.5 典型案例分析 974.6 本章小结 98第5章 基于复杂网络理论的配电网典型拓扑特征提取方法 995.1 基于图搜索的配电网拓扑识别方法 995.1.1 接线模式识别的数据预处理与拓扑分析 995.1.2 接线模式智能识别的关键步骤 1005.1.3 典型案例分析 1015.2 基于拓扑相似度的配电网可靠性快速计算方法 1045.2.1 配电网拓扑的矩阵表示 1045.2.2 配电网拓扑分析方法 1055.2.3 基于拓扑相似性的供电可靠性评估算法 1115.2.4 典型案例分析 1145.3 本章小结 117第6章 海量负荷数据智能处理与负荷特征库自动构建方法 1186.1 新型电力系统海量多元负荷数据 1186.2 基于矩阵低秩性的数据填充方法 1196.2.1 方法流程 1196.2.2 方法对比分析 1206.3 基于深度学习的数据超分辨率重建方法 1236.3.1 超分辨率重建框架 1236.3.2 生成式对抗网络 1246.3.3 算例分析 1256.4 基于数据挖掘的多维度负荷特征库构建方法 1276.4.1 用户典型日负荷*线提取 1286.4.2 用户负荷特征指标提取 1346.4.3 基于南方某地区负荷数据的实例分析 1386.5 本章小结 143第7章 基于集成学习的配电网多层级中长期预测方法 1447.1 基于集成学习的负荷预测体系整体框架 1447.2 配电网“站-线-变”多层级负荷中长期预测方法 1467.2.1 方法概述 1467.2.2 集成学习负荷预测体系下的配变用户负荷预测 1477.2.3 集成学习负荷预测体系下的馈线负荷预测 1497.2.4 集成学习负荷预测体系下的变电站负荷预测 1527.3 电力市场环境下配电网负荷预测方法 1547.3.1 考虑用户价格弹性与分时电价的用户-市场互动响应模型 1547.3.2 基于Stacking算法与互动响应模型的负荷预测方法 1557.3.3 算例分析 1587.4 本章小结 160第8章 计及可靠性和经济性的新型配电网网架规划方法 1618.1 嵌入显式可靠性约束的交直流配电网网架规划方法 1618.1.1 交直流混合配电网可靠性显式表达模型 1618.1.2 可靠性激励机制下的交直流混合配电网规划模型 1708.1.3 算例分析 1808.2 考虑管廊路径约束的大规模配电网规划方法 1908.2.1 配电网规划拓扑抽象 1918.2.2 配电网双Q规划模型概述 1928.2.3 配电网双Q规划模型求解算法 1958.2.4 算例分析 1988.3 本章小结 199第9章 计及可靠性和经济性的新型配电网开关配置方法 2009.1 显式解析可靠性规划方法介绍 2009.2 嵌入显式可靠性约束的新型配电网开关配置方法 2019.2.1 新型配电网故障恢复流程分析 2029.2.2 显式可靠性评估模型构建 2039.2.3 算例分析 2109.3 嵌入显式可靠性约束的柔性配电网开关配置方法 2159.3.1 SOP原理介绍 2159.3.2 考虑SOP的系统故障后自愈过程建模 2169.3.3 考虑显式解析可靠性的配电网开关配置模型构建 2179.3.4 算例分析 2219.4 本章小结 226第10章 存量中压配电网智能改造规划方法 22710.1 中压配电网与电力走廊的模型构建与耦合 22710.1.1 中压配电网的网架拓扑模型构建 22710.1.2 中压配电网的电力走廊模型构建 23010.1.3 中压配电网与电力走廊耦合 23210.2 中压配电网薄弱环节定位方法 23310.2.1 馈线重过载 23310.2.2 馈线大分支 23410.2.3 馈线*端联络 23510.3 解决典型问题为导向的中压配电网智能规划模型 23610.3.1 馈线重过载改造规划 23610.3.2 馈线大分支改造规划 24110.3.3 馈线*端联络改造规划 24710.4 本章小结 251第11章 图模数算融合的新型配电网数智化规划软件系统 25211.1 图模数算融合的新型配电网软件支撑平台 25211.1.1 功能结构 25211.1.2 软件架构 25311.1.3 关键技术 25411.2 配电网历史态-现状态-规划态三态方案库构建方法 25511.2.1 配电网三态方案库构建思路 25511.2.2 配电网规划“三态”网架模型 25811.2.3 规划“三态”网架模型可视化 26211.3 面向配电网规划的多图形联动与布局优化技术26311.3.1 基于结构化数据的网架绘制与多图联动技术 26311.3.2 基于人工智能算法管理平台的布局优化技术 26511.3.3 高效动态数据刷新技术 26511.4 典型区域配电网数智化规划应用案例 26611.4.1 多维度负荷特性分析系统 26711.4.2 精细化中长期负荷预测系统 27111.4.3 面向配电网规划的多图联动系统 27311.4.4 配电网自主规划决策系统 27711.4.5 问题导向智能规划辅助决策系统 28011.4.6 新型电力系统运规一体全景平台系统 28411.5 全流程闭环的图模数算融合新型配电网数字化规划构想 28911.6 本章小结 290参考文献 291
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第1章新型配电网数智化概述 本章概述新型配电网数智化的基本概念、配电网数智化规划的发展历程、新型配电网数智化规划关键问题，以及解决这些关键问题所涉及的关键技术。 1.1新型配电网数智化的基本概念 1.1.1配电网规划概述 1.配电网的概念 配电网是指从输电网和各类发电设施接收电能，通过配电设施就地或逐级分配给各类电力用户的110kV及以下电力网络。配电网是电网的重要组成部分，与城乡规划建设密切相关，是服务民生的重要基础设施，直接面向终端用户，需要快速响应用户需求，具有外界影响因素复杂、地区差异性大、设备数量多、工程规模小且建设周期短等特点。 根据电压等级，配电网可分为高压配电网、中压配电网和低压配电网。在我国，高压配电网的电压等级一般采用110kV或35kV，东北地区主要采用66kV；中压配电网的电压等级一般采用10kV，个别区域采用20kV或6kV；低压配电网的电压等级采用380V或220V。高中低压配电网犹如人体血液系统一般，高压配电网犹如“大动脉”，中低压配电网犹如末端的“毛细血管”，为广泛分布的负荷进行供电[1]。 2.配电网规划基本原则 配电网规划是电网规划的重要组成部分，是指导配电网发展建设、支撑配电网安全稳定运行的关键。配电网规划设计应依据统一技术标准要求，紧扣供电可靠性，贯彻电网本质安全、资产全生命周期管理等先进理念，按照统一、结合、衔接的总体要求和差异化的建设标准，统筹配电网建设和改造，遵循经济性、可靠性、差异性、灵活性、协调性、环保性的原则。 （1）经济性。在规划过程中融入全生命周期的理念，统筹考虑电网发展需求、建设改造总体投资、运行维护成本、退役回收等关键环节与要素。按照负荷逐年发展需求，实现导线截面一次选定、廊道一次到位、变电站土建一次建成，坚持新建与改造相结合，注重节约和梯次利用，防止无计划地拆除和重建，避免过度建设和非必要的升级改造，确保规划的有效性；对多个规划方案进行优选排序分析投入产出，选择在技术和经济上 更为优越的规划方案；考虑资金的时间价值，对规划的资金投入进行全面财务评估，评估企业的偿债能力和盈利能力，确保长期稳定发展。 （2）可靠性。规划建设方案须满足电力用户对供电的可靠性要求和供电安全标准。可靠性一般通过供电可靠率判定配电网向电力用户持续供电的能力，通常是根据某一时期内电力用户的停电时间、停电频率或停电用户数进行核算，计及故障停电和预安排停电；供电安全标准一般通过某种停运条件下的供电恢复容量和供电恢复时间等要求进行评判，停运条件包括N-1停运和N-1-1停运，前者是指故障或计划停运，后者是指计划停运和故障停运同时发生。配电网规划应兼顾可靠性与经济性，满足双Q（quantity and quaUty）规划准则，可靠性目标值过低不能满足用户的用电要求，目标值过高将造成过度的资金投入，投资效益下降。 （3）差异性。针对电力用户在用电需求上的多样化特征，以及不同地区在地理和环境上的*特性，配电网的规划需采取分区个性化的策略。依据统一的评判标准和原则，结合区域负荷密度、用户的关键程度以及行政区域划分，将配电网细分为多个*特区域，针对每个区域的经济发展状况和供电可靠性要求，量身定制相应的建设规范和发展方针。 （4）灵活性。面对配电网发展过程中的众多不确定性，规划方案须具备必要的适应性，以便在实施过程中应对上级电源、负荷变动、站点及通道资源等潜在变化。规划须深入考虑配电网运行的实际需求，确保在正常运行、维护检修、常规故障、极端故障等多种条件下，灵活地进行资源调配，增强配电网对运行环境变化的响应能力，无缝对接新能源、分布式能源以及多样化负荷的接入需求，进而促进电网与用户间的良性互动。 （5）协调性。配电网是电力系统发、输、配、用的中间环节，因此配电网规划设计应体现输配协调、城乡协调、网源协调、配用协调、一二次协调等。同时，配电网规划应与城市发展规划紧密结合，统筹用户和公共资源，促进配电网与周边景观协调一致，实现城市规划与电网规划间的协调发展。 （6）环保性。在配电网规划设计中，环保性是指充分考虑环境保护和生态平衡的要求，采取有效措施减少电网建设和运行对环境的影响。在电网建设和改造过程中，优先选用符合环保要求的材料和技术，如低噪声设备、无污染或低污染的绝缘材料等，减少对环境的污染；合理规划线路路径，尽量避免穿越生态环境敏感区域，减少对森林、湿地、自然保护区等生态环境的破坏；通过采用紧凑型设备、优化变电站布局等方式，提高土地利用率，减少土地占用；加强对电网建设和运行过程中的污染治理，如采用噪声治理措施、废渣处理等，确保污染物排放达到国家标准；支持新能源发电项目的接入，推动清洁能源的发展，减少对化石能源的依赖，降低温室气体排放。 3.配电网规划任务 配电网规划设计要对一个地区、一个省，甚至全国配电网发展的全局性问题进行宏观指导，方法上着重于综合分析，结论主要体现对配电网技术原则、建设规模、发展重点、电网投资等的宏观判断。总体而言，配电网规划任务包括现状收集、问题库生成、负荷预测、新能源预测、电源规划、网架规划、负荷接入、新能源接入、设备选型、电气计算、项目优选、成效评估、报告编制等，配电网规划整体流程如图1-1所示。在重大原则明确的前提下，配电网规划设计还要研究规划水平年的目标网架和逐年过渡网架，研究具体建设项目的建设规模、建设时序、电网拓扑以及与其他项目的协调一致。 图1-1配电网规划整体流程 （1）现状诊断分析。逐站、逐线、逐变分析与总量分析、全电压等级协调发展分析相结合，深入剖析配电网现状，从供电能力、网架结构、装备水平、运行效率、智能化等方面诊断配电网存在的主要问题及原因，结合地区经济社会发展要求分析面临的形势。 （2）电力需求预测。结合历史用电情况，预测规划期内电量与负荷的发展水平，分析用电负荷的构成及特性，根据电源、大用户规划和接入方案，提出分电压等级网供负荷需求，具备控制性详规的地区应进行饱和负荷预测和空间负荷预测，进一步掌握用户及负荷的分布情况和发展需求。 （3）供电区域划分。依据负荷密度、用户重要程度，参考行政级别、经济发达程度、用电水平、GDP等因素，合理划分配电网供电区域，分别确定各类供电区域的配电网发展目标，以及相应的规划技术原则和建设标准。 （4）发展目标制定。结合地区经济社会发展需求，提出配电网供电可靠性、电能质量目标网架和装备水平等规划水平年发展目标和阶段性目标。 （5）变配电容量估算。根据负荷需求预测以及考虑各类电源参与的电力平衡分析结果，依据容载比、负载率等相关技术原则要求，确定规划期内各电压等级变电、配电容量需求。 （6）网络方案制定。制定各电压等级目标网架及过渡方案，科学合理布点、布线，优化各类变配电设施的空间布局，明确站址、线路通道等建设资源需求。 （7）用户和电源接入。根据不同电力用户和电源的可靠性需求，结合目标网架，提出接入方案，包括接入电压等级、接入位置等；对于分布式电源、电动汽车充换电设施、电气化铁路等特殊电力用户，开展谐波分析、短路计算等必要的专题论证。 （8）电气计算分析。开展潮流计算、短路电流计算、可靠性评估、电压质量评估、无功平衡分析等电气计算，分析校验规划方案的合理性，确保方案满足电压质量、安全运行、供电可靠性等技术要求。 （9）二次系统与智能化规划。提出与一次系统相适应的通信网络、配电自动化、继电保护等二次系统相关技术方案；分析分布式电源及多元化负荷高渗透率接入的影响，推广应用先进传感器、自动控制、信息通信、电力电子等新技术、新设备、新工艺，提升智能化水平。 （10）投资估算。根据配电网建设与改造规模，结合典型工程造价水平，估算确定投资需求，以及资金筹措方案。 （11）技术经济分析。综合考虑企业经营情况、电价水平、售电量等因素，计算规划方案的各项技术经济指标，估算规划产生的经济效益和社会效益，分析投入产出和规划成效。 （12）规划报告生成。根据上述规划分析过程，形成专题规划报告和规划图集，规划报告涵盖现状分析、源荷预测、多电压等级规划方案、二次规划、方案评估等，规划电网图集包含地理沿布图、单线简图、环网简图、电气联络图等。 1.1.2新型配电网规划 在传统配电网中，上级变电站为电源，架空/电缆线路构成配电网络，用户为负荷，源-网-荷对应的角色和定位清晰，因此传统配电网规划常常按照负荷时空预测、负荷特性分析、变电站选址定容、线路网架设计、用户报装定容这一**流程开展。配电网作为电网中*接近用户的部分，涉及设备繁多，在传统配电网规划模式下，规划人员需要处理海量基础数据和相应图纸。以广东电网为例，包含中压公用线路3.6万回，每回线路涉及台账、运行及问题数据147项；公用配变33.5万台，每台配变涉及台账、运行及问题数据111项。 2024年，《国家发展改革委国家能源局关于新形势下配电网高质量发展的指导意见》（发改能源（2024〕187号）（以下简称《意见》）提出构建清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能的新型电力系统。根据《意见》内容，新型配电网（new-type distribution network）是指为了适应海量分布式新能源及新型负荷接入，米用先进的信息通信技术和测控装置，具有高度自动化、智能化的电力配送网络，由此也衍生出智能配电网（smart distribution network，SDN）、主动配电网（active distribution network，ADN）和柔性配电网（flexible distribution network，FDN）等新兴概念。 新型配电网形态与特征如图1-2所示。在电源侧，随着光伏、风力等分布式新能源发电接入配电网的比例不断提高，配电网正逐渐从传统的无源被动配电网转变为供电多元化的有源主动配电网。截至2019年，我国分散式风电总装机93.5万kW，截至2020年，我国分布式光伏总装机7831万kW。在电网侧，随着电力电子技术的飞速发展，借助中低压直流配电技术和新型电力电子设备，新型配电网正在从原来的刚性逐渐转变为柔性。在负荷侧，以电动汽车、微网为代表的新型负荷飞速发展，伴随全国各省级电网的电力市场化交易改革，海量多元主体深度参与电网的运行，新型配电网由传统的被动运行模式转为主动运行模式。在储能侧，随着分散储能/可移动储能的广泛接入，传统的集中储能正逐渐转变为分散储能[2]。 图1-2新型配电网形态与特征AC:交流电；DC:直流电 在新型配电网快速发展的背景下，配电网源-网-荷的角色和定位发生了根本性变化[3]，亟须新的规划技术手段应对，具体而言，新型配电网规划具有“设备多、目标多、约束多、优化难”四个显著特征。 （1）新型配电网源-网-荷储各类设备多样且运行特性复杂。在新型配电网中，电源侧将接入海量分布式强随机性风电、光伏等，负荷侧将接入电动汽车、数据中心、空调集群等，电网侧出现智能软开关（soft open point，SOP）、微电网、交直流混联等，多种运行特性新设备的出现，亟须适用于配电网规划分析的仿真模型。 （2）新型配电网规划考虑经济性、可靠性、灵活性和环保性等多维度目标。经济性要求考虑设备全生命周期的管理理念；可靠性要求满足电力用户对供电可靠性的要求和系统供电安全标准；灵活性要求规划方案适应各种运行需求及后续的建设发展变化；环保性要求提高新能源的消纳能力及减少规划建设方案对环境的污染。 （3）规划方案必须考虑电网物理约束、地理空间约束及信息通信约束等全方位约束。电网物理约束要求配电网规划建设方案满足各种复杂运行工况下的节点电压与支路功率等安全约束；地理空间约束要求配电网规划建设的线路建
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