虚拟母线技术基于虚拟母线技术的负荷预测方法

基于虚拟母线技术的负荷预测方法(virtual busload forecasting, VBLF)，本质上是对其内部子母线的历史负荷进行加总，以生成虚拟母线历史负荷样本，据此对虚拟母线未来时段的负荷进行预测;并将预测值代入子母线的配比模型，求解各个子母线的负荷预测值。其实施步骤如下 。

1)虚拟母线辨识。

虚拟母线是满足下列聚合判据的母线组:①虚拟母线的子母线对关键断面具有相同或相近的GSDF;②子母线挂接的负荷曲线具有相似性;③子母线之间满足拓扑连通性。通过这些聚类判据，将全网的所有母线划分成N个虚拟母线。

2)生成虚拟母线的历史负荷数据。

针对每个虚拟母线Uk，将虚拟母线内所有子母线的历史负荷进行加总，得到虚拟母线历史负荷集。

3)虚拟母线负荷预测。

基于历史负荷集，构造一定的负荷预测方法对虚拟母线k=1 -N负荷进行预测，得到预测结果

4)配比模型。

维护“虚拟母线一子母线”配比模型，根据虚拟母线预测结果，得到子母线的预测值。配比因子可通过平滑近日配比因子得到。

根据虚拟母线的定义，虚拟母线应满足下列聚合判据:1>虚拟母线的子母线对关键断面具有相同或相近的GSDF; 2子母线挂接的负荷曲线具有相似性;3>子母线之间满足拓扑连通性。除此之外，存在负荷转供关系的母线也应被划分到同一个虚拟母线，这样能降低负荷转供对预测带来的影响。本节将提出一个高效的虚拟母线辨识算法，实现上述目标。

该虚拟母线的辨识算法主要包括2个步骤 :

第1个阶段是粗辨识阶段，采用层次聚类法.将GSDF相似的母线初步筛选出来。

第2个阶段则采用差异距离衡量粗辨识虚拟母线内子母线的负荷曲线的相似程度，利用最小生成树聚类法.使得具有相似负荷特性且拓扑上连通的母线被聚为一类，以确保虚拟母线满足负荷相似性、拓扑连通性，并避免了转供母线被分在不同的虚拟母线之中。

虚拟母线是在电网中存在一些紧密联系的连通的局部网络，其内部各母线对关键断面具有相同或相近的GSDF，同时其内部母线的负荷曲线具有一定的相似性，即定义这些母线所组成的连通局部母线组为虚拟母线。

虚拟母线内部各母线对关键断面GSDF的相似J陛使虚拟母线对关键断面具有簇集网状网络的基态特性和断态特性。

子母线(child bus, CB)是指组成虚拟母线的成员节点 。

虚拟母线基数(virtual bus cardinality)是指虚拟母线中所含有的子母线数量。

虚拟母线负荷(virtual bus load)是指虚拟母线中所有子母线的负荷总和。

若线路两端节点均属于同一个虚拟母线，则该线路为该虚拟母线的内部线路。 线路两端节点不属于相同的虚拟母线，则该线路为任意虚拟母线的外部线路。

电网中也存在着典型的簇集网状网络，如省间联络线及其连接的外省网络，以及闭环结构开环运行的配电网网络。以省间联络线为例，在计算输电网潮流时，省间联络线及其连接的外省网络通常被等效成单节点，该节点负荷为联络线上计划流过的潮流。

除去省间联络线和配电网，如果能够在输电网中找到更多的簇集网状网络，那么母线负荷预测和静态安全校核的问题都将得到简化。然而，为了电网运行可靠性的考虑，输电网多为环状结构，很难找到这样的簇集网状网络。

基于以上分析，虽然在输电网中难以找到对所有外部网络支路GSDF相同的簇集网状网络，但如果将外部网络定义为电网的关键断面，将GSDF相同条件削弱为相似，就可以找到对关键断面具有基态和断态特性的“类簇集网状网络”，称为“虚拟母线”。 此外，为了提高虚拟母线负荷的可预测性，还进一步要求各成员节点所挂接负荷的负荷曲线需要具有相似性，这将有利于提高虚拟母线负荷配比因子的规律性，降低配比误差。2虚拟母线及其特性分析

虚拟母线技术簇集网状网络的概念

簇集网状网络是电力网络中一种具有特殊性质的拓扑结构，其特点是拥有一个簇头节点，其他节点均通过此簇头节点与外部网络相连，簇头节点起到汇聚簇内能量流的作用。这样的网络存在有利于负荷预测以及静态安全校核的基态特性和断态特J陛。然而，输电网络中簇集网状网络并不常见，但是却存在同样具有基态特性和断态特性的“类簇集网状网络”，即“虚拟母线”。下文将首先阐述簇集网状网络及其基态、断态特性，然后引出虚拟母线。 簇集网状网络是指内部节点网状连接，并只能通过唯一的簇头节点与外部网络相连通的网络。如 潮流分布反映了电网的能量流分布，描述了电网运行最基本的特征。簇集网状网络概念的应用，可以在很大程度上简化电网的潮流计算(为了简化问题的复杂度，本文将主要以直流潮流计算作为研究对象)。这种简化主要体现在簇集网状网络的基态和断态特性上。

虚拟母线技术断态特性

断态特性是指簇集网状网络成员节点之间连接关系的变化，如支路开断、支路重构等，不会改变簇头节点的虚拟负荷，也不会改变外部网络的潮流分布。这是因为簇集网状网络成员节点之间为网状连接，支路连接关系变化后，只要簇集网状网络仍保持连通，节点负荷就可以通过其他支路流向外部网络，虚拟负荷Po维持不变，外部网络的潮流自然也就不会改变。

这一特性在电网安全分析中具有重要应用。以静态安全校核为例，对于一个具有簇集网状网络特征的局部电网，当其内部支路发生开断故障时，可以不必对其外部网络的潮流分布进行校验，而只需关注其内部支路的潮流变化。如此，簇集网状网络内部故障所带来的安全约束数目将被大幅度削减，安全校核的速度将得以提升。

基于虚拟母线技术的母线负荷预测方法，通过深入分析负荷预测误差的形成机理，将误差分为建模误差、外推误差与配比误差3类，并分别提炼出面向不同类别预测误差的数学表征;分析了虚拟母线技术对于各类预测误差的作用方式，证明了虚拟母线技术有利于削减建模误差和外推误差;通过对负荷曲线相似母线的聚类，有效降低了配比误差，从而全面提高了母线负荷预测精度。

虚拟母线是众多相似特性母线的组合，因而天然地具有局域负荷特性，更适合引入地区气象等相关因素进行建模;另一方面，由于虚拟母线内子母线对关键断面的GSDF相似，因而不同子母线负荷对关键断面的潮流影响是相近的，通过对虚拟母线负荷的预测，能够快速掌控关键断面的潮流变化趋势。2100433B

服务器简介

虚拟化是指通过虚拟化技术将一台计算机虚拟为多台逻辑计算机，它是一个广义的术语，目的是将IT基础设施简单化。虚拟化的对象可以包括服务器、Internet、桌面以及存档空间的虚拟化。自从虚拟化这个概念的提出，其优点被大多数人所熟知，服务器虚拟也变得流行，在过去很长一段时间，世界有一半的服务器都被虚拟化过。它自身存在的一些问题也逐渐袒露在大家面前，例如:服务器虚拟化的过程中颠覆了原有的一些基本结构，使虚拟后的服务器的安全性问题没有办法得到保障，在此基础上访问一些软件可能会产生个人隐私流出的危害，这也将连累被共同虚拟的服务器，而其保存方式也大大增加了信息被盗的几率。由此可见，虚拟化带来的弊端亟需人们解决，根据一项系统的研究表明，大部分的虚拟服务器都比物理服务器更容易被攻击。

服务器优点

1、整合资源

完成资源整合是服务器虚拟化的主要工作，在信息时代，各行各业在发展过程中，产生的数据呈现爆炸式增长，如何实现对这些数据和资源的综合利用，是各大行业亟需解决的问题。计算机服务器虚拟化技术的研发和应用，为实现资源整合提供技术支持和应用平台。尤其是近年来，云计算技术的不断普及，集中化资源管理愈发先进，为云技术的发展和推广提供了条件，目前各大企业对计算机硬件资源的利用率不足20%，资源浪费现象依然非常严重，通过服务器虚拟化技术可在原应用保持不变的基础上，集中在某一计算机服务器中，可促使企业的物力资源调利用率大大提升，从而降低了各项硬件的投入，节约了成本。

2、低能耗

在信息时代，技术革新的重中之重，也是降低资源消耗的主要途径，云计算技术备受推广，在IT界大量推广云计算技术。计算机服务器虚拟化是提升资源利用率的主要途径，也可以对能耗进行合理的管理。虚拟化技术则可以模拟出不同场景，从而实现对计算机系统中各种硬件及软件进行全面系统的检查，发现问题立即显示在界面上，提醒相关人员及时处理，从而达到降低能耗，实现绿色发展的目的。

3、降低运营成本

在信息化服务商不断经营转型的背景下，集约化对成本控制提出了更高的要求，投资愈发精细化，而企业实现IT化运行的关键自傲与集中对数据中心的投资，此项内容主要涉及到两方面内容；①计算机硬件和许可服务支持的投资。②计算机系统运维承的成本投资，通过计算机服务器虚拟化技术，能充分发挥服务器应的性能。

4、应用更加平坦化

通过服务器虚拟化技术可促使计算机服务器应用平台更加平坦化和透明化，在信息时代，数据中心平台逐年增加，计算机服务器的应用愈发复杂，不同平台在具体运行过程中，需要充分考虑不同操作系统和中间件的层面问题。通过服务器虚拟化技术可有效解决此类问题，将应用和硬件平台相互隔离，实现了跨越平台的限制。

服务器关键技术

1、CPU虚拟化技术

将计算机服务器中的物理CPU虚拟成为一个虚拟的CPU，系统操作可同时使用一个或者多个虚拟CPU，在计算机服务器系统虚拟化CPU可实现相互隔离。目前很多计算机操作系统都是基于X86架构组建起来的，在系统研发设计中，CPU在运行过程中主要涉及到四个层级，分别是Ring0、Ring1、Ring2、Ring3。其中Ring0属于指令层级，可有效执行任何指令，比如；CPU运行的修改都是在Ring0中完成的。虚拟化X86系统，在运行需要在操作系统和硬件之间同时设置虚拟层，Ring0通常情况下，只能在虚拟层中运行，使得一些比较特殊的指令，无法直接作用在硬件上。虚拟化技术则能对各种指令进行有效执行，在计算机服务器虚拟中采用了先进的二进制代码动态翻译机，无论是普通指令，还是特权指令都能有效执行。应用比较先进的前插陷入指令，直接作用在虚拟机上，由虚拟机进行指令翻译，再执行相关操作，此种做法和传统虚拟技术相比，从而实现多系统操作，是目前实现CPU虚拟化的关键技术。

2、内存虚拟化技术

内存虚拟化是实现计算机服务器虚拟化的核心，众所周知，计算机的内存决定了计算机系统的运行效率和稳定性，内存虚拟化的主要原理对服务器中的所有内存都进行统一管理，然后通过虚拟化的封装技术，让内存能够在虚拟机中良好运行。进而促使每个虚拟机都能良好运行。在实现计算机服务器虚拟化过程中，内存虚拟技术和CPU虚拟技术同等重要，访问次数的频率也相互一致。实现虚拟化内存的关键在于实现对物理内存的合理管理，并实现对内存的合理划分，构建起和虚拟层所需内存地址及计算机服务器内存地址相互一致的映射关系，从而确保整个虚拟层的内存访问能够在虚拟化内存和物理内存中的一致性。

3、设备、I/O和网口虚拟化技术

在计算机服务器虚拟化实现过程中，设备和I/O也是计算机系统的主要组成部门，也需要实现虚拟化，才能促使服务器也实现虚拟化。和内存虚拟化相比，设备、I/O和网口虚拟化主要通过专业的封装技术来实现，为虚拟机的运行提供技术支持。经常满足虚拟机进行设备访问和I/O请求的需求，在计算机服务器虚拟化平台中，为设备和I/O的虚拟化实现奠定了坚实基础。在具体运行中，各设备型号、配置、参数等在计算机服务器中存在一定的差异，但具体实现计算机服务器中，虚拟机和实体机之间数据和信息的互换，展现出服务器虚拟化技术应用的效果。此项技术的合理应用，既能拓展计算机服务器虚拟化技术的应用范围，也可以大幅度降低信息时代对计算机底层硬件的依赖程度。只要搭设虚拟平台，就可以实现在不同物理机上的相互迁移。

4、实时虚拟迁移技术

此种虚拟技术和基站软切换的机理基本相同，在计算机服务器中构建了2条链路，虚拟机在实际运行过程中，能够把相对完整的运行环境从原宿机快速迁移到新宿机中，整个迁移过程所需的时间非常短，用户技术几乎察觉不到任何变化。简而言之，实时虚拟迁移技术就是数据拷贝、传送、切换的过程，对计算机服务器硬件维护有非常重要的意义。

服务器风险

1、虚拟化项目最初并未涉及信息安全。

有一项权威的研究发现，在最初创建以及策划时，少于一半的科研项目是不符合安全规定的。有时团体工作时会刻意地把安全问题忘记，可是虚拟化过程中带来的问题是不容忽视的，多个虚拟化服务器工作时带来的弊端比未被虚拟化时带来的问题更为严重。所以研究这些问题时也更为繁琐。

2、底层虚拟化平台的隐患影响所有托管虚拟机。

将服务器虚拟化就像在电脑上运行程序一样，都需要借助一个平台。而该平台或多或少会有一些bug而被人们疏忽。最近一些大型虚拟化厂商多次传出虚拟化生产线存在安全隐患，这些隐患尚未得到解决。所以一些人想要攻击时都会选择进攻底层虚拟化平台，通过控制住中枢系统，逃脱安全检测。进而将病毒带入各个服务器中，攻击其弊端，获得了阅览所有信息的权限，导致信息的泄露。

3、虚拟机之间的虚拟网络使现有的安全策略失效。

一些知名的虚拟化生产厂商使用建立虚拟机和虚拟网卡的办法使各虚拟机之间能相互关联以此来实现信息发送与接受的能力。一些主流的保护系统的保护范围都只能保护常规服务器的进出流量，却无法看到各个虚拟机之间的流量传输，无法对虚拟化的流量传输提供保障。

4、将不同安全等级的虚拟机未进行有效隔离。

一些虚拟化生产厂商正在尝试将服务器全部虚拟化，这样既减少了经费又加快了生产速度。这些服务器包括许多隐私等级较高的系统，所以就要求虚拟机足够安全。而如果未将安全指数不同的服务器分离开，它们由相同的服务器支配，高等级的虚拟机的安全性也会降低并被较低的所控制。

5、缺乏对虚拟机管理程序的安全访问控制。

虚拟机管理程序就像人脑的中枢神经系统，它支配着虚拟机的一切活动，对各个步骤下发指令，并监督更正两端的功能，因此必须设立权限防止被随意更改。如果没有这种访问权限，HK们就会通过地址连接到中枢神经上，就算他们无法轻易进入程序也可以通过创建多个服务器进而使管理程序满载，迫使管理程序崩溃进而摧毁所有的虚拟机。

在建立虚拟基础架构时,有许多设计要素会有助于形成稳健的最终部署，确保虚拟基础架构长期稳定运行。

虚拟基础架构从底层硬件直到上层的虚拟化软件，有太多因素都需要在规划虚拟基础架构时认真考虑。探讨怎样运用虚拟基础架构逐层分析的方法实现一个新的虚拟基础架构部署，同时提出产品选型、环境规划战略。

需要作出的关键决策之一就是：选定虚拟基础架构平台。虚拟基础架构层负责协调每个运行在您的虚拟基础架构中的虚拟的工作负荷。在为您的虚拟基础架构方案选择一个虚拟基础架构平台之前，请基于您当前和未来的IT工作负载评估扩展性：这些负载如何装载到软件空间来提供软件定义的服务，虚拟基础架构是否能被管理层平台操控，是否能提供足够的计算功能，是否有足够的性能来支持您的应用在虚拟基础架构环境中运作。

由于虚拟基础架构主机需要物理硬件，您当然总会期望能在每个物理主机上尽可能合理地放置最高数量的虚拟机。

您可能会想要了解您的虚拟基础架构组织的历史增长率，以及任何虚拟基础架构扩张计划。例如，如果您的公司计划启用另一个分支机构，通过向虚拟基础架构层中新增一台虚拟化主机，您应该能轻松搞定。相反，如果您打算关闭一个业务部门，您也应该能够轻松地缩减规模。在虚拟基础架构管理程序层向上和向下扩展的灵活程度是选择虚拟基础架构管理工具时需要考虑的重要因素。

此外，这也是为虚拟基础架构方案提升工作负载可用性的好思路。当您的虚拟基础架构平台有更新发布时，当前的虚拟基础架构主机将需要进行升级。在虚拟基础架构主机升级期间，保障运行中的虚拟基础架构的工作负载的可用性至关重要。物理主机必须组成集群来实现高可用性，虚拟基础架构平台必须提供提供故障转移功能以确保工作负载可以在升级之前迁移到另一台主机。

注意不要被（供应商）锁定。市场上的虚拟基础架构供应商并不算少。虽然VMware继续维持虚拟基础架构主导地位，但许多组织计划将VMware vSphere和Microsoft HYPER-V混合部署。

但这是一个好办法吗？某些虚拟基础架构计算功能只有只有特定的虚拟化厂商能够实现。例如，VMware 和 HYPER-V 有 SR-IOV 功能，提高了虚拟基础架构资源密集型应用程序的性能。但是VMware不支持实时迁移虚拟机，而 HYPER-V 不支持为 Linux虚拟机启用SR-IOV 功能。

另一个要考虑的虚拟基础架构设计问题是应用程序的支持。您的业务流程应用程序可能会在您当前部署的虚拟基础架构主机上成功运行，但如果软件需要升级怎么办？您可能需要跟您的虚拟基础架构应用程序供应商沟通，了解他们的虚拟基础架构升级细节，虚拟基础架构升级变化是否会影响到您托管的特定的应用程序。

许多虚拟基础架构应用程序供应商开始采用新的集装箱化开发方法。因此，您可能希望虚拟基础架构部署支持应用集装箱化的虚拟化服务器/主机。

利用不同虚拟基础架构供应商的软件部署虚拟化主机的一个附带好处是，如果在未来某一时刻您的组织决定实施虚拟基础架构私有云，您将拥有更多选择余地。

并非所有虚拟基础架构公共云提供商都能支持源自每一家虚拟基础架构上的工作负载。例如，如果您在HYPER-V 虚拟机上承载您的虚拟基础架构应用程序，并打算迁移到亚马逊EC2公共云，您就需要对这些虚拟机进行转换，才能被基于 Xen 的亚马逊 EC2支持。

由虚拟基础架构主机提供的两个最重要的服务是：存储和网络。

虚拟基础架构存储服务为存储协议、存储阵列和存储网络提供必要的支持。您对虚拟基础架构的选择会直接影响到物理存储层。例如，如果虚拟基础架构部署在一个虚拟化主机上的存储服务程序对存储协议和存储阵列缺乏支持，您就无法访问和利用虚拟基础架构底层物理存储基础设施——您的整个基础架构可能需要进行升级。

您应该选择具备以下特征的虚拟基础架构主机，可以不停机在线扩展存储，整合的物理存储层同时支持数据块存储和文件的存储、更大的虚拟化负载容量。别担心虚拟基础架构空间耗尽。您可以在随时为虚拟基础架构工作负载增加存储资源，但虚拟基础架构物理主机是否支持存储扩展是个问题。如果物理主机不支持存储动态扩展，虚拟基础架构管理将会很艰难。

同时，网络服务层必须提供必要的协议才能支持对物理网络基础设施的管理，同时对虚拟基础架构主机上运行的虚拟机提供网络隔离。

融合的虚拟基础架构具有成本效益并能提供灵活的管理。传统的方法是，通过规划每个虚拟基础架构网络部件的冗余来组建一个高可用和冗余的网络。例如，许多组织使用单独的交换机、网络路径和线缆来部署专用的以太网网络。虽然这办法能有效解决当前虚拟基础架构问题，却难以有效地适应未来虚拟基础架构网络的变化。冗余控制由物理网络层完成，这就增加了在网络组件管理方面的开销。

大多数虚拟基础架构供应商支持融合网络架构，此场景下存储和网络的流量将共用相同的交换机和线路。虚拟基础架构要求您用单个网络适配器来承载各种流量，如群集、虚拟机、管理，等等。

另外，对于虚拟基础架构的场景中，不同的流量需要隔离，理解这一点很重要。这是虚拟基础架构提供某些服务质量功能的必要方法。

母线使用条件

环境温度

上限： 40℃

下限：-25℃

海拔：2000m以下

湿度：相对湿度在最高温度为 40℃时不超过50%；温度较低时允许有较高的相对湿度

凝露条件：有

地震基本烈度：6度设防

母线安装地点

户内、户外

母线绝缘电阻

每一段封闭母线单元绝缘电阻值应大于或等于100MΩ 2500V兆欧表)。

母线介电强度

每一段封闭母线出厂前均经受1分钟工频干试耐压试验。

工频耐压及雷电冲击耐压数值，符合国家标准。

母线接地系统

符合IEC364-5-54对接地系统的要求。

母线防护等级

户内型：IP40；户外型：IP43、IP55。

母线负载性能

在额定电流下，外壳的温升符合GB763-90《交流高压电器长期工作时的发热》标准要求。

母线短路性能

动热稳定试验符合GB2706-89《交流高压电器动热稳定试验方法》标准要求。