CN104133943A - 基于目标导向的配网图形自动生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于目标导向的配网图形自动生成方法，通过拓扑模型抽取、对象识别、图元布局及智能布线等过程的实施，完成了从电网模型到图形的无缝转变，达到了自动生成满足电网运行管理人员预期效果的配网一次接线图的目标，解决了依靠人工绘图和从不同系统导图的效率低、易出错、各系统图形接口标准不统一、使用难度大等问题，为全面提升配电网精益化管理水平，满足城镇化建设对配电网业务应用提出的更高要求提供了技术保障。

Description

基于目标导向的配网图形自动生成方法

技术领域

本发明属于配电自动化系统技术领域，具体涉及基于目标导向的配网图形自动生成方法。

背景技术

配电网一次接线图是电力系统传递信息和知识的重要手段，是电网运行管理人员实际工作中不可缺失的重要工具，他们可以非常直观地通过配网单线图、联络图等，对配电网进行控制和管理。目前配网图形多采用人工绘制的方式或者从外部系统导入的方式来形成，然而随着城镇化进程的加速推进，配电网需要进行大规模扩张和改造，这使得配电网接线图变得不仅结构复杂、信息量大且变化频繁，若单纯依靠人工绘制接线图则非常困难且工作量巨大易出错；若依靠从外部系统导入的方式来形成接线图，又会面临由于各业务系统之间对相同电力设备图元缺乏统一的定义标准，导致图形容易出错且不够美观的窘境，因此上述两种图形绘制方式都难以适应当前城镇化建设对配电网提出的生产建设和发展要求。

为此亟需充分利用先进的计算机技术，实现快速、准确、有序地自动生成配网图形的目标，解决依靠人工绘制成图和从不同系统导图带来的一系列问题，全面提升配电网精益化管理水平，为建设坚强智能电网提供信息化保障。

发明内容

发明目的：针对现有技术的不足，本发明提供了基于目标导向的配网图形自动生成方法，达到了自动生成满足电网运行管理人员预期效果的配网一次接线图的目标，解决了依靠人工绘制成图和从不同系统导图的效率低、易出错、各系统图形接口标准不统一，使用难度大等问题，为满足城镇化建设对配电网业务应用提出的更高要求提供了技术保障。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

基于目标导向的配网图形自动生成方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）根据一体化电网模型信息及用户成图需求，抽取一次图模型对象；

（2）对一次图模型对象进行识别；

（3）对模型对象进行层次布局、优化，完成图元位置布局；

（4）根据布局后的图元位置，进行智能布线。

进一步地，上述步骤（1）中，一次图模型对象的抽取过程为：基于一体化电网模型根据不同的需求类型及参数对象，通过请求不同的拓扑服务，获得设备对应的属性，通过获取的设备属性，组装成自动成图应用中间格式文件。

进一步地，所述中间格式文件描述如下：

S-MODEL:{S0，devSet，V，R}

其中：

S0：为起点节点号集合，成图算法处理时，以此集合中的节点对象为起点；

devSet：一次设备集合，包含每个设备对象的基本属性；

V：子模型的所有设备的节点集合；S0⊂V；

R：{r|r∈devSet×V}.描述设备对象和节点集合的关系。

进一步地，上述步骤（2）中，对象识别的过程为：

1）从S-MODEL中的集合V遍历各个母线节点对象，压入队列；

2）弹出首节点，将与首节点通过开关、刀闸的关联的未访问过的节点压入队列；

3）队列为空时停止一次组合识别；否则转上一步。

进一步地，上述步骤（3）中，图元位置布局的过程为：

1）从初始节点开始，进行基于节点的宽度优先遍历，分配各个节点对象的逻辑坐标，并进行上下移动、交换，完成节点初步布局；

2）根据应用需求，在进行宽度搜索时，对组合设备的端子节点进行了排序，保证最右侧的端子关联的下一层节点在最上面；

3）依据节点类型及节点的度信息进行节点的优化调整。

进一步地，上述步骤（4）中，智能布线的过程为：

1）在各个节点对象完成初始布局后，计算各个节点所占的最大方格数，即为整个图形的节点大小，根据节点坐标及节点位置大小，增加水平、竖直通道，重新进行坐标变换，放置各个节点对象；

2）依次遍历“边”对象，根据各个边两端的节点对象，判断其类型及相对位置，指定左侧、右侧节点，并保证两节点的相对位置为：水平、竖直、右上、右下四种。

3）根据“边”对象两端节点的属性信息及相对位置，计算该边的连接线段及每个线段在所属通道中的轨道序号。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

① 本发明提供的方法，通过拓扑模型抽取、对象识别、图元布局及智能布线等过程地实施，完成了从电网模型到图形的无缝转变，达到了自动生成配网单线图、联络图、环网图、供电路径图目的；

② 本发明提供的方法，有效解决了依靠人工绘制图形工作量大，效率低下，易出错的问题；

③ 本发明提供的方法，有效解决了从不同系统导图，所面临的系统图形接口难实现、图形不美观，使用难度大的问题。

附图说明

图1是本发明提供的配网自动成图流程示意图；

图2是本发明提供的单母组合结构图；

图3是本发明提供的双母组合结构图；

图4是本发明提供的节点布局过程示意图；

图5是本发明提供的开关对象排序中权重居中示意图；

图6是本发明提供的开关对象排序中名称排序示意图；

图7是本发明提供的图元布局中单点设备示意图；

图8是本发明提供的图元布局中双节点设备示意图；

图9是本发明提供的图元布局中组合设备示意图；

图10本发明提供的图元布线示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

如图1，本发明提供基于目标导向的配网图形自动生成方法，自动成图的主要过程包括拓扑模型抽取、对象识别、图元布局及智能布线等。在基于标准的CIM模型，完成电网的统一建模工作后，成图算法利用拓扑搜索抽取出需要的子模型对象，通过节点布局、图形布线过程自动生成配网一次接线图模型对象。根据不同的成图需求及参数对象，通过请求不同的拓扑服务，获得设备对应的属性（名称、ID、节点号、颜色、所示馈线等）。

本发明主要列举了单线图、联络图、区域图等需求类型，除此以外本发明还支持多种扩展图形类型。为保证具体应用的松耦合性，屏蔽不同系统平台的差异性，在通过获取的设备属性后，以中间格式文件描述一次图模型，描述如下：

S-MODEL:{S0，devSet，V，R}

其中：

S0：为起点节点号集合，成图算法处理时，以此集合中的节点对象为起点；

devSet：一次设备集合，每个设备对象包括ID、名称、电压等级色、所属线路等基本属性；

V：子模型的所有设备的节点集合；S0⊂V；

R：{r|r∈devSet×V}.描述设备对象和节点集合的关系。

在完成模型抽取，构建成中间格式文件后，即可进行对象识别。即根据母线信息，构建组合设备对象。对象的识别主要目标是要解决在配网单线图成图过程中，如何构建组合设备对象（环网柜、分支箱、配电所等）。具体的识别过程如下：

1．从S-MODEL中的集合V遍历各个母线节点对象，压入队列；

2．弹出首节点，将与首节点通过开关、刀闸的关联的未访问过的节点压入队列；

3．队列为空时停止一次组合识别；否则转上一步；

通过上述过程即形成一个组合设备的处理，同时基于电气约束，可考虑将与母线节点直接连接的电缆对象（L）作为异常情况进行标注，如图2所示。

除单母线组合对象外，还需要考虑多母线组合的对象，如图3所示。不难看出，通过上述识别过程，可以从节点N搜索到节点S1、…、S4、N1’、S1’、…、S4’，其中S1、…、S4和S1’、…、S4’定义为该组合设备的外部端子节点。总的搜索范围可能包括多个母线对象，这里需要按母线进行分组，即母线N（S1、…、S4）；母线N’（S1’、…、S4’），同时可考虑根据母线名称建立N（XX#I母）、N’（XX#II母）的顺序关系。

节点布局过程如图4所示。从初始节点开始，基于节点的宽度优先（BFS）遍历，分配各个节点对象的逻辑坐标，并进行一定的上下移动后，即完成了节点的初步布局工作。其中，宽度搜索以S-MODEL中的集合S0为起始节点压入队列，放置在第0层，依次弹出队列节点，根据该节点压入新的节点对象，其层设置为前一节点所在层加1。同时根据节点的度d，设置本层下一节点的水平位置，我们设置为当前节点水平位置加上d-1。

根据应用需求，在进行宽度搜索时，对组合设备的端子节点进行了排序，保证最右侧的端子关联的下一层节点在最上面。对一个节点包括多个子节点的情形，为保证图形的对称性，尽量使最大权重（所有下级子节点数之和）的子节点放在中间，依次上下均匀分配，如图5所示；同时在另一方面，根据具体用户需求，也可以考虑根据子节点关联设备的名称依次排序，保证业务上的顺序性，如图6所示。

在完成图元定位后，即可开始图元的绘制工作。包括单节点设备、双节点设备、组合设备等，如图7、8、9所示。其中，单节点设备主要包括配变、负荷、母线等，绘制母线时，应根据母线节点位置及其包含的子节点数量和两端适当延长信息，动态绘制母线图元；在绘制配变、负荷时，在存在一个节点关联多个配变或负荷对象时，应保证均匀错开；双节点设备主要包括开关、刀闸、断路器、馈线段等，绘制时需考虑增加连接线及其合并处理，具体绘制过程参见图形布线的一节；组合图元以一个矩形框表示，面积需包含该组合图元所有包含节点的位置。

通过节点布局后，可进行图线布线即完成各个节点之间连线的处理。本发明图形布线基于传统的电路通道布线算法，并结合分层的具体情况进行一定的修改，在各个通道中，根据对应图元类型设置相关的轨道对象，即一个通道包括多个通道对象，如图10所示。具体步骤如下：

首先，在各个节点对象完成初始布局后，计算各个节点所占的最大方格数（N*M），即为整个图形的节点大小，根据节点坐标及节点位置大小，增加水平、竖直通道，重新进行坐标变换，放置各个节点对象。

其次，依次遍历“边”对象，根据各个边两端的节点对象，判断其类型及相对位置，这里由于节点布局时采用了宽度优先的分层布局，可以指定左侧、右侧节点，保证两节点的相对位置为：水平、竖直、右上、右下四种。

根据获得节点类型及相对位置信息，以各个连线的起始节点S集合为考察对象，制订通道中轨道的分配原则：对出线节点其下标序号越大，分配的轨道号越小；反之，对进线节点其下标序号越小，分配的轨道号越小。图形布线过程如图10所示。另外为尽量减少连线的拐点数，在具体连线时，还考虑了连线两端两个节点的相对位置及其两边是否存在其他节点或组合设备，尽量使连线拉直减少拐点数。

本发明中除站房内设备为“点”对象，其他设备都为“线”对象，在完成布点及布线后，即确定了各个设备的位置情况，在进行布置图元进行图形展示时，在两端节点直接的线位置上放置图元，图元两侧可考虑增加连接线；在完成全图布局后，对任何一个节点对象，如果其度为2，且两端都有连接线的情况，则将连接线进行合并处理。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1. 基于目标导向的配网图形自动生成方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）根据一体化电网模型信息及用户成图需求，抽取一次图模型对象；

（2）对一次图模型对象进行识别；

（3）对模型对象进行层次布局、优化，完成图元位置布局；

（4）根据布局后的图元位置，进行智能布线。

2.如权利要求1所述的基于目标导向的配网图形自动生成方法，其特征在于，上述步骤（1）中，一次图模型对象的抽取过程为：基于一体化电网模型根据不同的需求类型及参数对象，通过请求不同的拓扑服务，获得设备对应的属性，通过获取的设备属性，组装成自动成图应用中间格式文件。

3.如权利要求2所述的基于目标导向的配网图形自动生成方法，其特征在于，所述中间格式文件描述如下：

S-MODEL:{S0，devSet，V，R}

其中：

S0：为起点节点号集合，成图算法处理时，以此集合中的节点对象为起点；

devSet：一次设备集合，包含每个设备对象的基本属性；

V：子模型的所有设备的节点集合；S0⊂V；

R：{r|r∈devSet×V}.描述设备对象和节点集合的关系。

4.如权利要求3所述的基于目标导向的配网图形自动生成方法，其特征在于，上述步骤（2）中，对象识别的过程为：

1）从S-MODEL中的集合V遍历各个母线节点对象，压入队列；

2）弹出首节点，将与首节点通过开关、刀闸的关联的未访问过的节点压入队列；

3）队列为空时停止一次组合识别；否则转上一步。

5.如权利要求1所述的基于目标导向的配网图形自动生成方法，其特征在于，上述步骤（3）中，图元位置布局的过程为：

1）从初始节点开始，进行基于节点的宽度优先遍历，分配各个节点对象的逻辑坐标，并进行上下移动、交换，完成节点初步布局；

2）根据应用需求，在进行宽度搜索时，对组合设备的端子节点进行了排序，保证最右侧的端子关联的下一层节点在最上面；

3）依据节点类型及节点的度信息进行节点的优化调整。

6.如权利要求1所述的基于目标导向的配网图形自动生成方法，其特征在于，上述步骤（4）中，智能布线的过程为：

1）在各个节点对象完成初始布局后，计算各个节点所占的最大方格数，即为整个图形的节点大小，根据节点坐标及节点位置大小，增加水平、竖直通道，重新进行坐标变换，放置各个节点对象；

2）依次遍历“边”对象，根据各个边两端的节点对象，判断其类型及相对位置，指定左侧、右侧节点，并保证两节点的相对位置为：水平、竖直、右上、右下四种；

3）根据“边”对象两端节点的属性信息及相对位置，计算该边的连接线段及每个线段在所属通道中的轨道序号。