CN102902847A - 基于组合图元的输电网单线图自动设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了输电网单线图设计技术领域中的一种基于组合图元的输电网单线图自动设计方法。包括将T接线解析为四网格组合图元模型,将普通线路解析为双网格图元模型;随机选取T接线作为初始T接线,用初始T接线随机匹配任意组合图元模型并将其布置在画布中心,形成初始整体M;从未选取的T接线中筛选出强关联T接线,若没有强关联T接线则随机选取一个T接线;根据目标函数F对组合图元模型进行组合图元优化和布局优化,得到最终组合图元模型并将其布置到初始整体M中;对整体M进行重叠操作,删除重复的图元;按照前述方法将所有未选取的T接线相应的组合图元模型添加到整体M中。本发明有效地解决了多T接线输电网单线图自动布局问题。
Description
技术领域
本发明属于输电网单线图设计技术领域,尤其涉及一种基于组合图元的输电网单线图自动设计方法。
背景技术
国内学者引入模拟退火优化算法,以线路总长与交点数目为目标函数,对输电网单线图自动布局与绘制进行了尝试,取得了不错的效果,但目标函数中的最优权重因子随模型不同而变化,需人工调整,不便选取。另有学者通过罚函数法求得初始布局,结合单线图的特点,提出了一种允许交叉的寻路算法,自动生成单线图的实用性与效率都有较大提高。新加坡学者提出了“最短的连接距离、最少的交叉点、图元均匀布局”的设计原则,以发电厂为出发点,进行拓扑并建立有向树,离根部级数相同的元件布置在同一水平坐标上,实现了单线图的自动生成。上述单线图自动生成算法将屏幕平均分成若干网格,将变电站抽象成一个给定端口的矩形电气元件,矩形间的连线则抽象为变电站之间的线路。
发明内容
本发明的目的在于,提出一种基于组合图元的输电网单线图自动设计方法,用以解决了多T接线输电网单线图自动布局问题。
为了实现上述目的,本发明提出的技术方案是,一种基于组合图元的输电网单线图自动设计方法,其特征是所述方法包括:
步骤1:将T接线解析为四网格组合图元模型,将普通线路解析为双网格图元模型;
所述T接线解析为四网格组合图元模型是将T节点和与其相连的三个变电站分别解析为一个网格;
所述将普通线路解析为双网格图元模型是将两个相连的变电站分别解析为一个网格;
步骤2:随机选取T接线作为初始T接线,用初始T接线随机匹配任意组合图元模型并将其布置在画布中心,形成初始整体M;
步骤3:从未选取的T接线中筛选出与初始整体M含有相同变电站数量最多的T接线作为强关联T接线,若没有强关联T接线则随机选取一个T接线;
步骤4:根据目标函数F对组合图元模型进行组合图元优化和布局优化,得到最终组合图元模型并将其布置到初始整体M中;
所述目标函数F=μL∑+vP∑+wD,其中,L∑为线路总距离,P∑为图形绘制区域交点总数,D为图形布局均匀程度,μ为线路总距离权重因子,v为图形绘制区域交点总数权重因子,w为图形布局均匀程度权重因子;
所述根据目标函数F对组合图元模型进行组合图元优化具体是,对组合图元模型进行平移或者旋转操作,然后比较目标函数F的值,从而选取最优组合图元模型;
所述根据目标函数F对组合图元模型进行布局优化具体是,将组合图元模型中变电站坐标两两交换,并分别重新计算目标函数F的值,通过比较目标函数F的值,确定最终组合图元模型;
步骤5:对整体M进行重叠操作,删除重复的图元;
步骤6:重复步骤3-步骤5,直至所有未选取的T接线相应的组合图元模型添加到整体M中。
所述线路总距离以各线路间两两变电站之间的曼哈顿距离之和表示。
所述图形布局均匀程度以各变电站与画布中心曼哈顿距离的方差来表示。
本发明有效地解决了多T接线输电网单线图自动布局问题。
附图说明
图1是基于组合图元的输电网单线图自动设计方法流程图;
图2是组合图元模型图;图中,(a)是T型组合图元模型图,(b)是Z型组合图元模型图,(c)是L型组合图元模型图,(d)是O型组合图元模型图,(e)是I型组合图元模型图;
图3是普通线路模型图;图中,(a)和(b)是直接连线线路模型图,(c)和(d)是折线连线模型图;
图4是自动优化布局流程图;
图5是重叠操作示意图;图中,(a)是重叠操作前的组合图元示意图,(b)是重叠操作后的组合图元示意图;
图6是整体形成示意图;图中,(a)是添加图元前的整体图,(b)是添加图元后的整体图。
具体实施方式
下面结合附图,对优选实施例作详细说明。应该强调的是,下述说明仅仅是示例性的,而不是为了限制本发明的范围及其应用。
图1是基于组合图元的输电网单线图自动设计方法流程图。图1中,本发明提供的基于组合图元的输电网单线图自动设计方法包括:
步骤1:将T接线解析为四网格组合图元模型,将普通线路解析为双网格图元模型。
将T接线解析为四网格组合图元模型如图2所示。具体是将T节点和与其相连的三个变电站分别解析为一个网格。组合图元模型图包括T型组合图元模型图(如图2(a)所示),Z(S)型组合图元模型图(如图2(b)所示),L(J)型组合图元模型图(如图2(c)所示),O型组合图元模型图(如图2(d)所示),I型组合图元模型图(如图2(e)所示)。
将普通线路解析为双网格图元模型如图3所示。具体是将两个相连的变电站分别解析为一个网格。普通线路模型图包括直接连线线路模型图(如图3(a)所示)和折线连线模型图(如图3(b)所示)。
图2和图3中,A、B和C分别代表变电站,T代表T接线。
步骤2:随机选取T接线作为初始T接线,用初始T接线随机匹配任意组合图元模型并将其布置在画布中心,形成初始整体M。
步骤3:从未选取的T接线中筛选出与初始整体M含有相同变电站数量最多的T接线作为强关联T接线,若没有强关联T接线则随机选取一个T接线。
步骤4:根据目标函数F对组合图元模型进行组合图元优化和布局优化,得到最终组合图元模型并将其布置到初始整体M中。
目标函数F=μL∑+vP∑+wD,其中,L∑为线路总距离,P∑为图形绘制区域交点总数,D为图形布局均匀程度,μ为线路总距离权重因子,v为图形绘制区域交点总数权重因子,w为图形布局均匀程度权重因子。
线路总距离以各线路两两变电站之间的曼哈顿距离之和表示,设两个变电站的二维坐标为A(XA,YA),B(XB,YB),两站之间的曼哈顿距离可以用下式表达:L=|XA-XB|+|YA-YB|,各线路距离之和L∑=L1+L2+L3+…,图形布局均匀程度D以各变电站与画布中心曼哈顿距离的方差来衡量单线图均匀程度。由于采用组合图元方法布局,各变量间相互影响弱化,权重因子可均设为1,也可以根据绘图显示需要在0~1之间按自行调整。
根据目标函数F对组合图元模型进行组合图元优化具体是,对组合图元模型进行平移或者旋转操作,然后比较目标函数F的值,从而选取最优组合图元模型。通过变换初始T接线及其组合图元重新开始形成初始布局,按组合图元布局方法完成布局,退火优化的扰动在于重叠操作过程,由于不是所有组合图元都能完整地嵌入整体M中,因而需要对组合图元进行平移、旋转等操作,上述操作的实现伴随着目标函数L∑、P∑、D的变化,如仍不符合则重选图元,期间不断比较目标函数F值,依次为各T接线选取最优组合图元模型。
根据目标函数F对组合图元模型进行布局优化具体是,将组合图元模型中变电站坐标两两交换,并分别重新计算目标函数F的值,通过比较目标函数F的值,确定最终组合图元模型。在各T接线图元初始布局完成后,依据组合图元模型内各变电站相对位置不唯一确定的特点,将T接线中变电站坐标两两交换进行退火优化,以图3为例,将图中T、C两站位置对调,重新计算、比较目标函数F值,确定最终布局。布局优化时以T接线所连变电站两两交换位置作为优化扰动条件,相对于从整体中随机选取两个变电站,运算维数从整体的N维降至组合图元的4维,有效地减少了优化时间,提高了优化速度。
步骤5:对整体M进行重叠操作,删除重复的图元。
进行重叠操作,如图5中(a)图所示,两个图元中T与C均代表同一个变电站,需消去相同的,使得图形区域内每个变电站唯一对应一个网格。将两图元中的变电站T、C进行重叠操作,得结果如图5中(b)图所示。
步骤6:重复步骤3-步骤5,直至所有未选取的T接线相应的组合图元模型添加到整体M中。
如图6所示,在图中(a)图整体M的基础上,添加强关联T接线组合图元模型“L”,形成如(b)图所示的新整体M。
综上所述,本发明设计的基于组合图元的输电网单线图自动布局与绘制方法,有效地解决了T接线较多时单线图自动布局的问题,设计了组合图元模型,完整地保留了T接线在单线图中的特点,重叠操作使整体图形更加契合实际,组合图元使得优化算法从变电站整体数目的N维降至4维,有效地减少了优化时间,提高了优化速度。通过对某地区局部电网变电站模型进行自动布局处理,所得结果如摘要附图所示,获得了良好的效果,验证了基于组合图元的输电网单线图自动布局与绘制方法的正确性及有效性。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种基于组合图元的输电网单线图自动设计方法,其特征是所述方法包括:
步骤1:将T接线解析为四网格组合图元模型,将普通线路解析为双网格图元模型;
所述T接线解析为四网格组合图元模型是将T节点和与其相连的三个变电站分别解析为一个网格;
所述将普通线路解析为双网格图元模型是将两个相连的变电站分别解析为一个网格;
步骤2:随机选取T接线作为初始T接线,用初始T接线随机匹配任意组合图元模型并将其布置在画布中心,形成初始整体M;
步骤3:从未选取的T接线中筛选出与初始整体M含有相同变电站数量最多的T接线作为强关联T接线,若没有强关联T接线则随机选取一个T接线;
步骤4:根据目标函数F对组合图元模型进行组合图元优化和布局优化,得到最终组合图元模型并将其布置到初始整体M中;
所述目标函数F=μL∑+vP∑+wD,其中,L∑为线路总距离,P∑为图形绘制区域交点总数,D为图形布局均匀程度,μ为线路总距离权重因子,v为图形绘制区域交点总数权重因子,w为图形布局均匀程度权重因子;
所述根据目标函数F对组合图元模型进行组合图元优化具体是,对组合图元模型进行平移或者旋转操作,然后比较目标函数F的值,从而选取最优组合图元模型;
所述根据目标函数F对组合图元模型进行布局优化具体是,将组合图元模型中变电站坐标两两交换,并分别重新计算目标函数F的值,通过比较目标函数F的值,确定最终组合图元模型;
步骤5:对整体M进行重叠操作,删除重复的图元;
步骤6:重复步骤3-步骤5,直至所有未选取的T接线相应的组合图元模型添加到整体M中。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征是所述线路总距离以各线路间两两变电站之间的曼哈顿距离之和表示。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征是所述图形布局均匀程度以各变电站与画布中心曼哈顿距离的方差来表示。
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