專利名稱：基于組合圖元的輸電網(wǎng)單線圖自動設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輸電網(wǎng)單線圖設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于組合圖元的輸電網(wǎng)單線圖自動設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
國內(nèi)學(xué)者引入模擬退火優(yōu)化算法，以線路總長與交點數(shù)目為目標函數(shù)，對輸電網(wǎng)單線圖自動布局與繪制進行了嘗試，取得了不錯的效果，但目標函數(shù)中的最優(yōu)權(quán)重因子隨模型不同而變化，需人工調(diào)整，不便選取。另有學(xué)者通過罰函數(shù)法求得初始布局，結(jié)合單線圖的特點，提出了一種允許交叉的尋路算法，自動生成單線圖的實用性與效率都有較大提 高。新加坡學(xué)者提出了“最短的連接距離、最少的交叉點、圖元均勻布局”的設(shè)計原則，以發(fā)電廠為出發(fā)點，進行拓撲并建立有向樹，離根部級數(shù)相同的元件布置在同一水平坐標上，實現(xiàn)了單線圖的自動生成。上述單線圖自動生成算法將屏幕平均分成若干網(wǎng)格，將變電站抽象成一個給定端口的矩形電氣元件，矩形間的連線則抽象為變電站之間的線路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提出一種基于組合圖元的輸電網(wǎng)單線圖自動設(shè)計方法，用以解決了多T接線輸電網(wǎng)單線圖自動布局問題。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是，一種基于組合圖元的輸電網(wǎng)單線圖自動設(shè)計方法，其特征是所述方法包括步驟I :將T接線解析為四網(wǎng)格組合圖元模型，將普通線路解析為雙網(wǎng)格圖元模型；所述T接線解析為四網(wǎng)格組合圖元模型是將T節(jié)點和與其相連的三個變電站分別解析為一個網(wǎng)格；所述將普通線路解析為雙網(wǎng)格圖元模型是將兩個相連的變電站分別解析為一個網(wǎng)格；步驟2 :隨機選取T接線作為初始T接線，用初始T接線隨機匹配任意組合圖元模型并將其布置在畫布中心，形成初始整體M ；步驟3 :從未選取的T接線中篩選出與初始整體M含有相同變電站數(shù)量最多的T接線作為強關(guān)聯(lián)T接線，若沒有強關(guān)聯(lián)T接線則隨機選取一個T接線；步驟4:根據(jù)目標函數(shù)F對組合圖元模型進行組合圖元優(yōu)化和布局優(yōu)化，得到最終組合圖元模型并將其布置到初始整體M中；所述目標函數(shù)F = ^!^+^^^^池其中’一為線路總距離”^^圖形繪制區(qū)域交點總數(shù)，D為圖形布局均勻程度，μ為線路總距離權(quán)重因子，V為圖形繪制區(qū)域交點總數(shù)權(quán)重因子，w為圖形布局均勻程度權(quán)重因子；所述根據(jù)目標函數(shù)F對組合圖元模型進行組合圖元優(yōu)化具體是，對組合圖元模型進行平移或者旋轉(zhuǎn)操作，然后比較目標函數(shù)F的值，從而選取最優(yōu)組合圖元模型；
所述根據(jù)目標函數(shù)F對組合圖元模型進行布局優(yōu)化具體是，將組合圖元模型中變電站坐標兩兩交換，并分別重新計算目標函數(shù)F的值，通過比較目標函數(shù)F的值，確定最終組合圖元模型；步驟5 :對整體M進行重疊操作，刪除重復(fù)的圖元；步驟6 :重復(fù)步驟3-步驟5，直至所有未選取的T接線相應(yīng)的組合圖元模型添加到整體M中。所述線路總距離以各線路間兩兩變電站之間的曼哈頓距離之和表示。所述圖形布局均勻程度以各變電站與畫布中心曼哈頓距離的方差來表示。本發(fā)明有效地解決了多T接線輸電網(wǎng)單線圖自動布局問題。


圖I是基于組合圖元的輸電網(wǎng)單線圖自動設(shè)計方法流程圖；圖2是組合圖元模型圖；圖中，(a)是T型組合圖元模型圖，(b)是Z型組合圖元模型圖，(C)是L型組合圖元模型圖，(d)是O型組合圖元模型圖，(e)是I型組合圖元模型圖；圖3是普通線路模型圖；圖中，(a)和(b)是直接連線線路模型圖，(C)和(d)是折線連線模型圖；圖4是自動優(yōu)化布局流程圖；圖5是重疊操作示意圖；圖中，(a)是重疊操作前的組合圖元示意圖，(b)是重疊操作后的組合圖元示意圖；圖6是整體形成示意圖；圖中，(a)是添加圖元前的整體圖，(b)是添加圖元后的整體圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，對優(yōu)選實施例作詳細說明。應(yīng)該強調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。圖I是基于組合圖元的輸電網(wǎng)單線圖自動設(shè)計方法流程圖。圖I中，本發(fā)明提供的基于組合圖元的輸電網(wǎng)單線圖自動設(shè)計方法包括步驟I :將T接線解析為四網(wǎng)格組合圖元模型，將普通線路解析為雙網(wǎng)格圖元模型。將T接線解析為四網(wǎng)格組合圖元模型如圖2所示。具體是將T節(jié)點和與其相連的三個變電站分別解析為一個網(wǎng)格。組合圖元模型圖包括T型組合圖元模型圖(如圖2(a)所示)，Z(S)型組合圖元模型圖(如圖2(b)所示)，L(J)型組合圖元模型圖(如圖2(c)所示)，O型組合圖元模型圖(如圖2(d)所示)，I型組合圖元模型圖(如圖2(e)所示)。將普通線路解析為雙網(wǎng)格圖元模型如圖3所示。具體是將兩個相連的變電站分別解析為一個網(wǎng)格。普通線路模型圖包括直接連線線路模型圖(如圖3 (a)所示)和折線連線模型圖(如圖3(b)所示)。圖2和圖3中，A、B和C分別代表變電站，T代表T接線。步驟2 :隨機選取T接線作為初始T接線，用初始T接線隨機匹配任意組合圖元模型并將其布置在畫布中心，形成初始整體M。步驟3 :從未選取的T接線中篩選出與初始整體M含有相同變電站數(shù)量最多的T接線作為強關(guān)聯(lián)T接線，若沒有強關(guān)聯(lián)T接線則隨機選取一個T接線。步驟4 :根據(jù)目標函數(shù)F對組合圖元模型進行組合圖元優(yōu)化和布局優(yōu)化，得到最終組合圖元模型并將其布置到初始整體M中。目標函數(shù)F= μ Ls+vPs+wD,其中，Ls為線路總距離，圖形繪制區(qū)域交點總數(shù)，D為圖形布局均勻程度，μ為線路總距離權(quán)重因子，V為圖形繪制區(qū)域交點總數(shù)權(quán)重因子，w為圖形布局均勻程度權(quán)重因子。線路總距離以各線路兩兩變電站之間的曼哈頓距離之和表示，設(shè) 兩個變電站的二維坐標為A (XA,Ya),B (ΧΒ，ΥΒ)，兩站之間的曼哈頓距離可以用下式表達L=|XA-XB| + |YA-YB|，各線路距離之和1^=1^1+1^2+1^3+···，圖形布局均勻程度D以各變電站與畫布中心曼哈頓距離的方差來衡量單線圖均勻程度。由于采用組合圖元方法布局，各變量間相互影響弱化，權(quán)重因子可均設(shè)為1，也可以根據(jù)繪圖顯示需要在(Tl之間按自行調(diào)整。根據(jù)目標函數(shù)F對組合圖元模型進行組合圖元優(yōu)化具體是，對組合圖元模型進行平移或者旋轉(zhuǎn)操作，然后比較目標函數(shù)F的值，從而選取最優(yōu)組合圖元模型。通過變換初始T接線及其組合圖元重新開始形成初始布局，按組合圖元布局方法完成布局，退火優(yōu)化的擾動在于重疊操作過程，由于不是所有組合圖元都能完整地嵌入整體M中，因而需要對組合圖元進行平移、旋轉(zhuǎn)等操作，上述操作的實現(xiàn)伴隨著目標函數(shù)LS、PS、D的變化，如仍不符合則重選圖元，期間不斷比較目標函數(shù)F值，依次為各T接線選取最優(yōu)組合圖元模型。根據(jù)目標函數(shù)F對組合圖元模型進行布局優(yōu)化具體是，將組合圖元模型中變電站坐標兩兩交換，并分別重新計算目標函數(shù)F的值，通過比較目標函數(shù)F的值，確定最終組合圖元模型。在各T接線圖元初始布局完成后，依據(jù)組合圖元模型內(nèi)各變電站相對位置不唯一確定的特點，將T接線中變電站坐標兩兩交換進行退火優(yōu)化，以圖3為例，將圖中T、C兩站位置對調(diào)，重新計算、比較目標函數(shù)F值，確定最終布局。布局優(yōu)化時以T接線所連變電站兩兩交換位置作為優(yōu)化擾動條件，相對于從整體中隨機選取兩個變電站，運算維數(shù)從整體的N維降至組合圖元的4維，有效地減少了優(yōu)化時間，提高了優(yōu)化速度。步驟5 :對整體M進行重疊操作，刪除重復(fù)的圖元。進行重疊操作，如圖5中(a)圖所示,兩個圖元中T與C均代表同一個變電站，需消去相同的，使得圖形區(qū)域內(nèi)每個變電站唯一對應(yīng)一個網(wǎng)格。將兩圖元中的變電站T、C進行重疊操作，得結(jié)果如圖5中(b)圖所示。步驟6 :重復(fù)步驟3-步驟5，直至所有未選取的T接線相應(yīng)的組合圖元模型添加到整體M中。如圖6所示，在圖中(a)圖整體M的基礎(chǔ)上，添加強關(guān)聯(lián)T接線組合圖元模型“L”，形成如(b)圖所示的新整體M。綜上所述，本發(fā)明設(shè)計的基于組合圖元的輸電網(wǎng)單線圖自動布局與繪制方法，有效地解決了 T接線較多時單線圖自動布局的問題，設(shè)計了組合圖元模型，完整地保留了 T接線在單線圖中的特點，重疊操作使整體圖形更加契合實際，組合圖元使得優(yōu)化算法從變電站整體數(shù)目的N維降至4維，有效地減少了優(yōu)化時間，提高了優(yōu)化速度。通過對某地區(qū)局部電網(wǎng)變電站模型進行自動布局處理，所得結(jié)果如摘要附圖所示，獲得了良好的效果，驗證了基于組合圖元的輸電網(wǎng)單線圖自動布局與繪制方法的正確性及有效性。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種基于組合圖元的輸電網(wǎng)單線圖自動設(shè)計方法，其特征是所述方法包括 步驟I:將T接線解析為四網(wǎng)格組合圖元模型，將普通線路解析為雙網(wǎng)格圖元模型； 所述T接線解析為四網(wǎng)格組合圖元模型是將T節(jié)點和與其相連的三個變電站分別解析為一個網(wǎng)格； 所述將普通線路解析為雙網(wǎng)格圖元模型是將兩個相連的變電站分別解析為一個網(wǎng)格； 步驟2 :隨機選取T接線作為初始T接線，用初始T接線隨機匹配任意組合圖元模型并將其布置在畫布中心，形成初始整體M ； 步驟3 :從未選取的T接線中篩選出與初始整體M含有相同變電站數(shù)量最多的T接線作為強關(guān)聯(lián)T接線，若沒有強關(guān)聯(lián)T接線則隨機選取一個T接線； 步驟4 :根據(jù)目標函數(shù)F對組合圖元模型進行組合圖元優(yōu)化和布局優(yōu)化，得到最終組合圖元模型并將其布置到初始整體M中； 所述目標函數(shù)F = μ L Σ +νΡ Σ +wD，其中，L ￡為線路總距離，P 為圖形繪制區(qū)域交點總數(shù)，D為圖形布局均勻程度，μ為線路總距離權(quán)重因子，V為圖形繪制區(qū)域交點總數(shù)權(quán)重因子，w為圖形布局均勻程度權(quán)重因子； 所述根據(jù)目標函數(shù)F對組合圖元模型進行組合圖元優(yōu)化具體是，對組合圖元模型進行平移或者旋轉(zhuǎn)操作，然后比較目標函數(shù)F的值，從而選取最優(yōu)組合圖元模型； 所述根據(jù)目標函數(shù)F對組合圖元模型進行布局優(yōu)化具體是，將組合圖元模型中變電站坐標兩兩交換，并分別重新計算目標函數(shù)F的值，通過比較目標函數(shù)F的值，確定最終組合圖元模型； 步驟5 :對整體M進行重疊操作，刪除重復(fù)的圖元； 步驟6 :重復(fù)步驟3-步驟5，直至所有未選取的T接線相應(yīng)的組合圖元模型添加到整體M中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征是所述線路總距離以各線路間兩兩變電站之間的曼哈頓距離之和表示。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征是所述圖形布局均勻程度以各變電站與畫布中心曼哈頓距離的方差來表示。
全文摘要
本發(fā)明公開了輸電網(wǎng)單線圖設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域中的一種基于組合圖元的輸電網(wǎng)單線圖自動設(shè)計方法。包括將T接線解析為四網(wǎng)格組合圖元模型，將普通線路解析為雙網(wǎng)格圖元模型；隨機選取T接線作為初始T接線，用初始T接線隨機匹配任意組合圖元模型并將其布置在畫布中心，形成初始整體M；從未選取的T接線中篩選出強關(guān)聯(lián)T接線，若沒有強關(guān)聯(lián)T接線則隨機選取一個T接線；根據(jù)目標函數(shù)F對組合圖元模型進行組合圖元優(yōu)化和布局優(yōu)化，得到最終組合圖元模型并將其布置到初始整體M中；對整體M進行重疊操作，刪除重復(fù)的圖元；按照前述方法將所有未選取的T接線相應(yīng)的組合圖元模型添加到整體M中。本發(fā)明有效地解決了多T接線輸電網(wǎng)單線圖自動布局問題。
文檔編號G06F17/50GK102902847SQ201210345730
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月17日
發(fā)明者趙冬梅, 龔群, 張旭 申請人:華北電力大學(xué)