CN104361184B - 一种电力电网自动布局布线系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力调度自动化领域，特别涉及一种电力电网自动布局布线系统及方法。本发明提供的电力电网自动布局布线系统与方法包含IEC 61970规范解析模块，可与地方电网普遍采用的EMS系统数据库无缝兼容，利用自动布局模块根据待布局布线区域的节点（发电站或变电站等电力厂站）数量及位置，自动合理布局，根据地方电网EMS系统数据库提供的节点连接关系，合理布线，并对布线结果进行视觉优化；本发明克服了传统的电气接线图手工绘制和维护工作量大、电气接线图之间的格式不统一以及几个电网之间的电气接线图之间的交互困难的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电力调度自动化领域，特别涉及一种电力电网自动布局布线系统及方法。
背景技术
近些年来,计算机在电力系统中的应用越来越广泛，人们幵始研究应用于电力系统的图形系统。电气接线图是电网中比较重要的图形，电力工作人员可通过它监视整个配电网中各个节点的运行状态，分析电网的拓扑结构等重要的数据。传统的电气接线图是由技术人员在图纸上手工绘制或者利用电力相关的辅助绘图软件人工绘制而成，绘制耗时长，绘制成本高，且随着电力系统规模的不断扩大，近年来电网的改造和线路变动愈加频繁，对应的电气接线图需要不断的调整和修改，手工绘制渐渐不能满足要求。
针对传统的电气接线图手工绘制和维护工作量大、电气接线图之间的格式不统一以及几个电网之间的电气接线图之间的交互困难的现状，在对电网的规划管理中,利用计算机实现电网电气接线图的自动成图将会给电力工作人员带来巨大便捷。
公共信息模型(CIM)是一个抽象模型，用以描述电力企业的所有主要对象，特别是与电力运行有关的对象。通过提供一种用对象类和属性及他们之间关系来表示电力系统资源的标准方法，CIM方便了实现不同卖方独立开发的能量管理系统(EMS)应用的集成，多个独立开发的完整EMS系统之间的集成，以及EMS系统和其它涉及电力系统运行的不同方面的系统，例如发电或配电系统之间的集成。所以利用CIM模型生成的电气接线图可以很方便地实现图形交互，根据CIM数据模型表示的设备拓扑关系完成配电网单线图的自动生成,是一个具有十分重要研究意义的课题。
发明内容
本发明的目的在于克服传统的电气接线图手工绘制和维护工作量大、电气接线图之间的格式不统一以及几个电网之间的电气接线图之间的交互困难的问题，提供一种电力电网自动布局布线系统：包括控制模块、数据解析模块、布局模块、布线模块；所述数据解析模块、布局模块、布线模块分别与所述控制模块连接；所述数据解析模块用于从地方电网的EMS数据库中读取、解析发电站和/或变电站的信息，；所述布局模块根据发电站和/或变电站信息设定节点，即每个发电站或变电站为一个节点，并根据节点位置按照既定规则进行布局；所述布线模块用于根据发电站和/或变电站信息以及布局情况进行布线。
进一步的，所述电力电网布局布线系统还包括监测模块，所述监测模块用于监测数据库中是否有新增数据，并根据监测结果对原有布局、布线情况进行更新、维护，包括根据其原有电网布局模型，分析新增节点(发电站或变电站等电气厂站)集合位置和相关连线集合。在原有布局的合理位置(如保证新增节点位置在与其连接的所有节点的中间位置)添加新增节点及相关连线。若增加新节点(发电站或变电站等电气厂站)有困难，则自动缩放原有布局中相对应部位，搜索设置适合的放置位置；如有停用节点(发电站或变电站等电气厂站)，则根据停用节点信息删除原有电网布局模型中相关节点及相关连线集合。
进一步的，所述解析模块包括IEC 61970规范解析模块，所述IEC61970规范解析模块用于解析从地方电网EMS系统数据库中读出的发电站或/和变电站等电气厂站信息，其包括IEC 61970规范中的9个包，分别为：核心包(Core)、域包(Domain)、发电包(Generation)、负荷模型包(Load Model)、量测包(Means)、停用包(Outage)、保护包(Protection)、拓扑包(Topology)、电线包(Wires)。
核心包(Core)主要描述的是电气厂站中设备之间的层次关系。
域包(Domain)作为数量和单位的数据字典，能够对对象属性的数据类型下定义。域包不仅包含了元数据类型的定义，还包括了数据单位和取值范围。
发电包(Generation)在给出了诸多发电机模型的同时，还描述了区域在可用发电机组间对负荷进行分配以及计算机组备用容量的发电成本信息。
负荷模型包(Load Model)可以提供从用户到馈线到负荷区再到系统的各个层次的模型，它通常以随时间而变化的曲线来表示，代表了不同日期类型和季节对负荷的影响，负荷对频率和电压的依赖关系也在模型中进行了描述。
量测包(Means)是对各个应用间交换动态测量数据的实体进行了描述。
停用包(Outage)作为电线包(Wires)和核心包(Core)的扩展，描述的是当前网络和计划网络配置中的建模信息。
保护包(Protection)作为电网包(Wires)和核心包(Core)的扩展，对保护设备的信息进行了描述，例如继电保护装置。
拓扑包(Topology)作为核心包(Core)的扩展，是通过将描述连接关系的终端类(Terminal)与之关联起来来对设备的物理连接关系作出定义。同时，拓扑包还对拓扑结构进行了描述，即设备通过将闭合开关/刀闸连接在一起所构成的逻辑连接关系。拓扑定义与其他的电气参数无关。
电线包(Wires)作为拓扑包(Topology)和核心包(Core)的扩展，描述了配电网和输电网设备的电气参数信息。
进一步的，所述布局模块包括矩阵设置模块和节点分配模块；所述矩阵设置模块根据节点数量Nsum以及矩阵的长宽比例要求设置布局的矩阵空间；所述节点分配模块根据节点的经纬度将所述节点分配进所述矩阵空间中。
进一步的，所述布线模块包括线探索布线模块、Lee算法布线模块、布线优化模块；所述线探索布线模块采用线探索算法对所述节点进行布线；所述Lee算法布线模块采用Lee算法对所述节点进行布线；布线优化模块对已布线之间的线距进行优化。
本发明同时提供一种电力电网自动布局布线方法，该方法包括：
步骤1：从数据库中读取、解析发电站和/或变电站信息；
步骤2：根据发电站和/或变电站信息设置节点，根据节点位置按照既定规则进行布局；
步骤3：根据发电站和/或变电站等节点信息以及布局情况进行布线。
进一步的，所述步骤1中所述发电站和/或变电站信息包括61970规范中的核心包信息、域包信息、发电包信息、负荷模型包信息、测量包信息、停用包信息、保护包信息、拓扑包信息、电线包信息。
进一步的，所述步骤2中根据节点位置进行布局的步骤包括：
步骤2.1.1：根据节点数量Nsum确定矩形布局，所述矩形布局为长、宽分别为m、n个网格，且m、n同时满足以及
步骤2.2：根据节点的经纬度分别将各个节点布入所述矩形布局的各个网格中。
在另外一些实施例中，所述步骤2中根据节点位置进行布局的步骤包括：
步骤2.1.2：根据节点数量Nsum以及布局系数k确定矩形布局，所述布局系数k为显示屏幕分辨率中水平像素与垂直像素的比值；矩形布局为长、宽分别为m、n个网格，则m、n同时满足m＝k×n以及
步骤2.2：根据节点的经纬度分别将各个节点布入所述矩形布局的各个网格中。
进一步的，所述步骤2.2中将各个节点步入所述矩形布局的各个网格的规则包括：
步骤2.2.1：确定待布线区域经度范围(longitudemin，longitudemax)，并将所述经度范围分为m份，每份经度范围为所述m份经度范围从最低经度范围开始从左向右分别对应矩形布局中的m列；
步骤2.2.2：搜索各个经度范围内的节点，分别得出各范围内的节点集合Si，其中1≤i≤m，并确定每个集合中的节点数量NUMi；从最低经度范围S1开始，依次判断集合Si中节点数量NUMi与n的关系，如进入步骤2.2.3；如NUMi大于n，则进入步骤2.2.4；如则进入步骤2.2.5；
步骤2.2.3：根据集合Si中各节点纬度，依次将所述节点从高到低布入对应矩形布局中的第i列网格中，每个网格内布一个节点；
步骤2.2.4：将所述集合Si中经度最大的(NUMi-n)个节点归入集合Si+1中；将Si中剩余节点按照纬度高低，依次从高到低步入对应矩形布局中的第i列网格中，每个网格内布一个节点；
步骤2.2.5：将集合Si+1中经度最低的个节点归入集合Si中，将将Si中节点按照纬度高低，依次从高到低步入对应矩形布局中的第i列网格中，每个网格内布一个节点；
步骤2.2.6：如集合Sm中节点数目NUMm>n，则在矩形布局中第m列后新增列，并将集合Sm中经度最高的(NUMm-n)个节点按照经度从低到高，纬度从高到低依次布入新增列中，所述ceil()为上取整函数。
进一步的，所述步骤3中每个发电站和/或变电站节点与经度平行的方向最多出7条线路，与纬度平行的方向最多出4条线路。
进一步的，所述步骤3中布线的具体步骤为：
步骤3.1：对需要连接的节点之间采用线探索法进行连线，矩形布局的各个网格即为连线通道，其中横向通道中，网格的长为其通道宽度；竖向通道中，网格的宽为其通道宽度，当需要连接某地电网的两个节点A、B时，从A、B分别引出一条水平逸出辅助线和一条垂直逸出辅助线，所述逸出辅助线遇到障碍(如与A、B均无连接关系的其他发电站或变电站)则停止前进；若所述逸出辅助线之间有交点D,则(A,D,B)即为A、B间的连接线路；如所述逸出辅助线遇到障碍而无交点，则检测辅助线所遇障碍的位置，将辅助线上距离所遇障碍距离为d(此距离可设定)处标记为逸出点E。从逸出点E引出一条与原辅助线垂直的新辅助线，并检测新辅助线与对应节点辅助线是否存在交点，若无交点，则继续根据上述规则引出辅助线，直至寻找到交点D，此时，从交点D沿辅助线回溯到两个变电站AB的线路即为两个节点之间的连线。
步骤3.2：对于步骤3.1中不能连接的节点，采用lee算法进行布线，如起始变电站网格为A，将该网格的网格值设置为“0”,这样,其相邻的不是障碍(障碍指没有连接关系的发电厂或变电站)的网格值被标记为“1”，并向外扩展；从“1”扩展而来的网格点的网格值被标记为“2”，如此下去,直到扩展到目标变电站B或者无法扩展为止。如采用lee算法得出一条以上的可行通路，则采用贪婪行为，即从目标电站回溯通路时尽量不拐弯，以此选用拐弯最少的通路为连接线路。
步骤3.3：对经过步骤3.1、3.2所布线路进行优化。
进一步的，所述步骤3.3中优化的具体步骤为：
步骤3.3.1：统计各通道中线路数量，根据通道宽度将各通道中线路间隔平均分配，为尽量避免交叉，采取如下原则：竖向通道中高纬度站点的线路位于靠近通道中央的位置；横向通道中低经度站点的线路位于靠近通道中央的位置；
步骤3.3.2：根据所述布局的长、宽以及布局中横向线路总数、竖向线路总数算出每条线路的平均间隔；其中横向线路平均间隔＝矩形布局的长/横向线路总数，竖向线路平均间隔＝矩形布局的宽/竖向线路总数；根据通道中包含的线路数以及所述线路的平均间隔调整所述通道显示的宽度，如矩形布局为n行网格×m列网格，优化前每个网格的长宽均相同为a×b，则矩形布局的长＝n×a，矩形布局的宽＝m×b；那么， 在矩形布局的总长与总宽不变的前提下，根据各个通道中包含的线路数以及线路之间的平均间隔，调整各个通道的通道宽度(横向通道中，网格的长为其通道宽度；竖向通道中，网格的宽为其通道宽度)，即包含有越多线路的通道，其优化后的通道宽度越宽，包含有较少线路的通道，其优化后的通道宽度越窄。
进一步的，所述电力电网自动布局布线方法还包括检测数据库，并根据数据库信息的变化更新、维护所述发电站和/或变电站之间的已有布局、布线的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明提供的电力电网自动布局布线系统与方法包含IEC 61970规范解析模块，可与地方电网普遍采用的EMS系统数据库无缝兼容，利用自动布局模块根据待布局布线区域的节点(发电站或变电站等电力厂站)数量及位置，自动合理布局，根据地方电网EMS系统数据库提供的节点连接关系，合理布线，并对布线结果进行视觉优化；本发明克服了传统的电气接线图手工绘制和维护工作量大、电气接线图之间的格式不统一以及几个电网之间的电气接线图之间的交互困难的问题。
附图说明：
图1为本发明提供电力电网自动布局布线系统的结构图。
图2为本发明提供的电力电网自动布局布线方法的流程图。
图3为本发明中线探索布线方法示意图。
图4为本发明Lee算法布线方法示意图。
图5为布线优化前线路实施例示意图。
图6为布线优化后线路实施例示意图。
附图标记：1为控制模块；2为解析模块；3为布局模块；31为矩阵设置模块；32为节点分配模块；4为布线模块；41为线探索布线模块；42为lee算法布线模块；43为布线优化模块；5为检测模块。
具体实施方式
下面结合图1至3以及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1：如图1所示，本实施例的目的在于克服传统的电气接线图手工绘制和维护工作量大、电气接线图之间的格式不统一以及几个电网之间的电气接线图之间的交互困难的问题，提供一种电力电网自动布局布线系统：包括控制模块1、数据解析模块2、布局模块3、布线模块4；所述数据解析模块2、布局模块3、布线模块4分别与所述控制模块1连接；所述数据解析模块2用于从地方电网的EMS数据库中读取、解析发电站和/或变电站的信息，；所述布局模块3根据发电站和/或变电站信息设定节点，即每个发电站或变电站为一个节点，并根据节点位置按照既定规则进行布局；所述布线模块4用于根据发电站和/或变电站信息以及布局情况进行布线。
进一步的，所述电力电网布局布线系统还包括监测模块5，所述监测模块5用于监测数据库中是否有新增数据，并根据监测结果对原有布局、布线情况进行更新、维护，包括根据其原有电网布局模型，分析新增节点(发电站或变电站等电气厂站)集合位置和相关连线集合。在原有布局的合理位置(如保证新增节点位置在与其连接的所有节点的中间位置)添加新增节点及相关连线。若增加新节点(发电站或变电站等电气厂站)有困难，则自动缩放原有布局中相对应部位，搜索设置适合的放置位置；如有停用节点(发电站或变电站等电气厂站)，则根据停用节点信息删除原有电网布局模型中相关节点及相关连线集合。
进一步的，所述解析模块2包括IEC 61970规范解析模块，所述IEC 61970规范解析模块用于解析从地方电网EMS系统数据库中读出的发电站或/和变电站等电气厂站信息，其包括IEC 61970规范中的9个包，分别为：核心包(Core)、域包(Domain)、发电包(Generation)、负荷模型包(Load Model)、量测包(Means)、停用包(Outage)、保护包(Protection)、拓扑包(Topology)、电线包(Wires)。
核心包(Core)主要描述的是电气厂站中设备之间的层次关系。
域包(Domain)作为数量和单位的数据字典，能够对对象属性的数据类型下定义。域包不仅包含了元数据类型的定义，还包括了数据单位和取值范围。
发电包(Generation)在给出了诸多发电机模型的同时，还描述了区域在可用发电机组间对负荷进行分配以及计算机组备用容量的发电成本信息。
负荷模型包(Load Model)可以提供从用户到馈线到负荷区再到系统的各个层次的模型，它通常以随时间而变化的曲线来表示，代表了不同日期类型和季节对负荷的影响，负荷对频率和电压的依赖关系也在模型中进行了描述。
量测包(Means)是对各个应用间交换动态测量数据的实体进行了描述。
停用包(Outage)作为电线包(Wires)和核心包(Core)的扩展，描述的是当前网络和计划网络配置中的建模信息。
保护包(Protection)作为电网包(Wires)和核心包(Core)的扩展，对保护设备的信息进行了描述，例如继电保护装置。
拓扑包(Topology)作为核心包(Core)的扩展，是通过将描述连接关系的终端类(Terminal)与之关联起来来对设备的物理连接关系作出定义。同时，拓扑包还对拓扑结构进行了描述，即设备通过将闭合开关/刀闸连接在一起所构成的逻辑连接关系。拓扑定义与其他的电气参数无关。
电线包(Wires)作为拓扑包(Topology)和核心包(Core)的扩展，描述了配电网和输电网设备的电气参数信息。
进一步的，所述布局模块3包括矩阵设置模块31和节点分配模块32；所述矩阵设置模块31根据节点数量Nsum以及矩阵的长宽比例要求设置布局的矩阵空间；所述节点分配模块32根据节点的经纬度将所述节点分配进所述矩阵空间中,
所述矩阵设置模块31采用如下步骤进行布局，其包括步骤2.1.1：根据节点数量Nsum确定矩形布局，所述矩形布局为长、宽分别为m、n个网格，且m、n同时满足以及其中函数ceil()为上取整函数；或，
步骤2.1.2：根据节点数量Nsum)以及布局系数k确定矩形布局，所述布局系数k为显示屏幕分辨率中水平像素与垂直像素的比值，如采用1280*720分辨率的屏幕时，k＝1280/720；矩形布局为长、宽分别为m、n个网格，则m、n同时满足m＝k×n以及
所述节点分配模块32采用如下步骤将所述节点分配进所述矩阵空间中，其包括步骤2.2.1：确定待布线区域经度范围(longitudemin，longitudemax)，并将所述经度范围分为m份，每份经度范围为所述m份经度范围从最低经度范围开始从左向右分别对应矩形布局中的m列；
步骤2.2.2：搜索各个经度范围内的节点，分别得出各范围内的节点集合Si，其中1≤i≤m，并确定每个集合中的节点数量NUMi；从最低经度范围S1开始，依次判断集合Si中节点数量NUMi与n的关系，如进入步骤2.2.3；如NUMi大于n，则进入步骤2.2.4；如则进入步骤2.2.5；
步骤2.2.3：根据集合Si中各节点纬度，依次将所述节点从高到低布入对应矩形布局中的第i列网格中，每个网格内布一个节点；
步骤2.2.4：将所述集合Si中经度最大的(NUMi-n)个节点归入集合Si+1中；将Si中剩余节点按照纬度高低，依次从高到低步入对应矩形布局中的第i列网格中，每个网格内布一个节点；
步骤2.2.5：将集合Si+1中经度最低的个节点归入集合Si中，将将Si中节点按照纬度高低，依次从高到低步入对应矩形布局中的第i列网格中，每个网格内布一个节点；
步骤2.2.6：如集合Sm中节点数目NUMm>n，则在矩形布局中第m列后新增列，其中，ceil()为上取整函数，并将集合Sm中经度最高的(NUMm-n)个节点按照经度从低到高，纬度从高到低依次布入新增列中，即当最后一列的节点数目NUMm大于n时，如果n<NUMm≤2n,则在第m列后新增一列，即(m+1)列，并将集合Sm中经度最高的(NUMm-n)个节点，按照纬度从高到低步入新增的(m+1)列中，如2n<NUMm≤3n，则在第m列后新增两列，即(m+1)列和(m+2)列，并将集合Sm中经度最高的(NUMm-n)个节点中，经度最低的n个节点按照纬度从高到低，依次步入第m+1列，将剩余的节点按照纬度从高到低依次步入第m+2列；依此类推，将集合Sm中(NUMm-n)个节点全部布完。
进一步的，所述布线模块4包括线探索布线模块41、Lee算法布线模块42、布线优化模块43；所述线探索布线模块41采用线探索算法对所述节点进行布线；所述Lee算法布线模块42采用Lee算法对所述节点进行布线；布线优化模块43对已布线之间的线距进行优化。
所述线探索布线模块41采用如下规则布线：对需要连接的节点之间采用线探索法进行连线，矩形布局的各个网格即为连线通道，其中横向通道中，网格的长为其通道宽度；竖向通道中，网格的宽为其通道宽度，如图3所示，当需要连接某地电网的两座变电站A、B时，从A、B分别引出一条水平逸出辅助线和一条垂直逸出辅助线，所述逸出辅助线遇到障碍(如与A、B均无连接关系的其他发电站或变电站)则停止前进；若所述逸出辅助线之间有交点D,则(A,D,B)即为A、B间的连接线路；如所述逸出辅助线遇到障碍而无交点，则检测辅助线所遇障碍位置，将辅助线上距离所遇障碍距离为d(此距离可设定)处标记为逸出点E。从逸出点引出一条与原辅助线垂直的新辅助线，并检测新辅助线与对应节点辅助线是否存在交点，若无交点，则继续根据上述规则引出辅助线，直至寻找到交点D，此时，从交点D沿辅助线回溯到两个变电站AB的线路即为两个节点之间的连线。
对应所述未能完成的布线采用Lee算法布线模块42进行布线,其规则为：如图4所示，如起始变电站网格为A，将该网格的网格值设置为“0”,这样,其相邻的不是障碍(障碍指没有连接关系的发电厂或变电站)的网格值被标记为“1”，并向外扩展；从“1”扩展而来的网格点的网格值被标记为“2”，如此下去,直到扩展到目标变电站B或者无法扩展为止。如采用lee算法得出一条以上的可行通路，则采用贪婪行为，即从目标电站回溯通路时尽量不拐弯，以此选用拐弯最少的通路为连接线路。
所述布线优化模块43采用如下规则对已布线路进行优化：根据所述布局的长、宽以及布局中横向线路总数、竖向线路总数算出每条线路的平均间隔；其中横向线路平均间隔＝布局的长/横向线路总数，竖向线路平均间隔＝布局的宽/竖向线路总数；根据通道中包含的线路数以及所述线路的平均间隔调整所述通道显示的宽度，如矩形布局为n行网格×m列网格，优化前每个网格的长宽均相同为a×b，则矩形布局的长＝n×a，矩形布局的宽＝m×b；那么， 矩形布局的总长与总宽不变的前提下，根据各个通道中包含的线路数以及线路之间的平均间隔，调整各个通道的宽度(横向通道中，网格的长为其通道宽度；竖向通道中，网格的宽为其通道宽度)，即包含有越多线路的通道，其优化后的通道宽度越宽，包含有较少线路的通道，其优化后的通道宽度越窄。
实施例2：如图2所示，本发明同时提供一种电力电网自动布局布线方法，该方法包括：
步骤1：从数据库中读取、解析发电站和/或变电站信息。所述IEC61970规范解析模块用于解析从地方电网EMS系统数据库中读出的发电站或/和变电站等电气厂站信息，其包括IEC 61970规范中的9个包，分别为：核心包(Core)、域包(Domain)、发电包(Generation)、负荷模型包(Load Model)、量测包(Means)、停用包(Outage)、保护包(Protection)、拓扑包(Topology)、电线包(Wires)。
核心包(Core)主要描述的是电气厂站中设备之间的层次关系。
域包(Domain)作为数量和单位的数据字典，能够对对象属性的数据类型下定义。域包不仅包含了元数据类型的定义，还包括了数据单位和取值范围。
发电包(Generation)在给出了诸多发电机模型的同时，还描述了区域在可用发电机组间对负荷进行分配以及计算机组备用容量的发电成本信息。
负荷模型包(Load Model)可以提供从用户到馈线到负荷区再到系统的各个层次的模型，它通常以随时间而变化的曲线来表示，代表了不同日期类型和季节对负荷的影响，负荷对频率和电压的依赖关系也在模型中进行了描述。
量测包(Means)是对各个应用间交换动态测量数据的实体进行了描述。
停用包(Outage)作为电线包(Wires)和核心包(Core)的扩展，描述的是当前网络和计划网络配置中的建模信息。
保护包(Protection)作为电网包(Wires)和核心包(Core)的扩展，对保护设备的信息进行了描述，例如继电保护装置。
拓扑包(Topology)作为核心包(Core)的扩展，是通过将描述连接关系的终端类(Terminal)与之关联起来来对设备的物理连接关系作出定义。同时，拓扑包还对拓扑结构进行了描述，即设备通过将闭合开关/刀闸连接在一起所构成的逻辑连接关系。拓扑定义与其他的电气参数无关。
电线包(Wires)作为拓扑包(Topology)和核心包(Core)的扩展，描述了配电网和输电网设备的电气参数信息。
步骤2：根据发电站和/或变电站信息设置节点，根据节点位置按照既定规则进行布局；
步骤3：根据发电站和/或变电站等节点信息以及布局情况进行布线。
进一步的，所述步骤1中所述发电站和/或变电站信息包括61970规范中的核心包信息、域包信息、发电包信息、负荷模型包信息、测量包信息、停用包信息、保护包信息、拓扑包信息、电线包信息。
进一步的，所述步骤2中根据节点位置进行布局的步骤包括：
步骤2.1.1：根据节点数量Nsum确定矩形布局，所述矩形布局为长、宽分别为m、n个网格，且m、n同时满足以及 其中函数ceil()为上取整函数。
步骤2.2：根据节点的经纬度分别将各个节点布入所述矩形布局的各个网格中。
进一步的，所述步骤2.2中将各个节点步入所述矩形布局的各个网格的规则包括：
步骤2.2.1：确定待布线区域经度范围(longitudemin，longitudemax)，并将所述经度范围分为m份，每份经度范围为所述m份经度范围从最低经度范围开始从左向右分别对应矩形布局中的m列；
步骤2.2.2：搜索各个经度范围内的节点，分别得出各范围内的节点集合Si，其中1≤i≤m，并确定每个集合中的节点数量NUMi；从最低经度范围S1开始，依次判断集合Si中节点数量NUMi与n的关系，如进入步骤2.2.3；如NUMi大于n，则进入步骤2.2.4；如则进入步骤2.2.5；
步骤2.2.3：根据集合Si中各节点纬度，依次将所述节点从高到低布入对应矩形布局中的第i列网格中，每个网格内布一个节点；
步骤2.2.4：将所述集合Si中经度最大的(NUMi-n)个节点归入集合Si+1中；将Si中剩余节点按照纬度高低，依次从高到低步入对应矩形布局中的第i列网格中，每个网格内布一个节点；
步骤2.2.5：将集合Si+1中经度最低的个节点归入集合Si中，将将Si中节点按照纬度高低，依次从高到低步入对应矩形布局中的第i列网格中，每个网格内布一个节点；
步骤2.2.6：如集合Sm中节点数目NUMm>n，则在矩形布局中第m列后新增列，其中，ceil()为上取整函数，并将集合Sm中经度最高的(NUMm-n)个节点按照经度从低到高，纬度从高到低依次布入新增列中，即当最后一列的节点数目NUMm大于n时，如果n<NUMm≤2n,则在第m列后新增一列，即(m+1)列，并将集合Sm中经度最高的(NUMm-n)个节点，按照纬度从高到低步入新增的(m+1)列中，如2n<NUMm≤3n，则在第m列后新增两列，即(m+1)列和(m+2)列，并将集合Sm中经度最高的(NUMm-n)个节点中，经度最低的n个节点按照纬度从高到低，依次步入第m+1列，将剩余的节点按照纬度从高到低依次步入第m+2列；依此类推，将集合Sm中(NUMm-n)个节点全部布完。
进一步的，所述步骤3中每个发电站和/或变电站节点与经度平行的方向最多出7条线路，与纬度平行的方向最多出4条线路。
进一步的，所述步骤3中布线的具体步骤为：
步骤3.1：对需要连接的节点之间采用线探索法进行连线，矩形布局的各个网格即为连线通道，其中横向通道中，网格的长为其通道宽度；竖向通道中，网格的宽为其通道宽度，如图3所示，当需要连接某地电网的两座变电站A、B时，从A、B分别引出一条水平逸出辅助线和一条垂直逸出辅助线，所述逸出辅助线遇到障碍(如与A、B均无连接关系的其他发电站或变电站)则停止前进；若所述逸出辅助线之间有交点D,则(A,D,B)即为A、B间的连接线路；如所述逸出辅助线遇到障碍而无交点，则检测辅助线所遇障碍位置，将辅助线上距离所遇障碍距离为d(此距离可设定)处标记为逸出点E。从逸出点引出一条与原辅助线垂直的新辅助线，并检测新辅助线与对应节点辅助线是否存在交点，若无交点，则继续根据上述规则引出辅助线，直至寻找到交点D，此时，从交点D沿辅助线回溯到两个变电站AB的线路即为两个节点之间的连线。
步骤3.2：对于步骤3.1中不能连接的节点，采用lee算法进行布线，如图4所示，如起始变电站网格为A，将该网格的网格值设置为“0”,这样,其相邻的不是障碍(障碍指没有连接关系的发电厂或变电站)的网格值被标记为“1”，并向外扩展；从“1”扩展而来的网格点的网格值被标记为“2”，如此下去,直到扩展到目标变电站B或者无法扩展为止。如采用lee算法得出一条以上的可行通路，则采用贪婪行为，即从目标电站回溯通路时尽量不拐弯，以此选用拐弯最少的通路为连接线路。
步骤3.3：对经过步骤3.1、3.2所布线路进行优化。
进一步的，所述步骤3.3中优化的具体步骤为：
步骤3.3.1：如图5、图6所示，统计各通道中线路数量，根据通道宽度将各通道中线路间隔平均分配，为尽量避免交叉，采取如下原则：竖向通道中高纬度站点的线路位于靠近通道中央的位置；横向通道中低经度站点的线路位于靠近通道中央的位置；
步骤3.3.2：根据所述布局的长、宽以及布局中横向线路总数、竖向线路总数算出每条线路的平均间隔；其中横向线路平均间隔＝布局的长/横向线路总数，竖向线路平均间隔＝布局的宽/竖向线路总数；根据通道中包含的线路数以及所述线路的平均间隔调整所述通道显示的宽度，如矩形布局为n行网格×m列网格，优化前每个网格的长宽均相同为a×b，则矩形布局的长＝n×a，矩形布局的宽＝m×b；那么， 矩形布局的总长与总宽不变的前提下，根据各个通道中包含的线路数以及线路之间的平均间隔，调整各个通道的宽度(横向通道中，网格的长为其通道宽度；竖向通道中，网格的宽为其通道宽度)，即包含有越多线路的通道，其优化后的通道宽度越宽，包含有较少线路的通道，其优化后的通道宽度越窄。
进一步的，所述电力电网自动布局布线方法还包括检测数据库，并根据数据库信息的变化更新、维护所述发电站和/或变电站之间的已有布局、布线的步骤。
实施例3：本实施例提供一种电力电网自动布局布线方法，该方法包括：
步骤1：从数据库中读取、解析发电站和/或变电站信息。所述IEC61970规范解析模块用于解析从地方电网EMS系统数据库中读出的发电站或/和变电站等电气厂站信息，其包括IEC 61970规范中的9个包，分别为：核心包(Core)、域包(Domain)、发电包(Generation)、负荷模型包(Load Model)、量测包(Means)、停用包(Outage)、保护包(Protection)、拓扑包(Topology)、电线包(Wires)。
核心包(Core)主要描述的是电气厂站中设备之间的层次关系。
域包(Domain)作为数量和单位的数据字典，能够对对象属性的数据类型下定义。域包不仅包含了元数据类型的定义，还包括了数据单位和取值范围。
发电包(Generation)在给出了诸多发电机模型的同时，还描述了区域在可用发电机组间对负荷进行分配以及计算机组备用容量的发电成本信息。
负荷模型包(Load Model)可以提供从用户到馈线到负荷区再到系统的各个层次的模型，它通常以随时间而变化的曲线来表示，代表了不同日期类型和季节对负荷的影响，负荷对频率和电压的依赖关系也在模型中进行了描述。
量测包(Means)是对各个应用间交换动态测量数据的实体进行了描述。
停用包(Outage)作为电线包(Wires)和核心包(Core)的扩展，描述的是当前网络和计划网络配置中的建模信息。
保护包(Protection)作为电网包(Wires)和核心包(Core)的扩展，对保护设备的信息进行了描述，例如继电保护装置。
拓扑包(Topology)作为核心包(Core)的扩展，是通过将描述连接关系的终端类(Terminal)与之关联起来来对设备的物理连接关系作出定义。同时，拓扑包还对拓扑结构进行了描述，即设备通过将闭合开关/刀闸连接在一起所构成的逻辑连接关系。拓扑定义与其他的电气参数无关。
电线包(Wires)作为拓扑包(Topology)和核心包(Core)的扩展，描述了配电网和输电网设备的电气参数信息。
步骤2：根据发电站和/或变电站信息设置节点，根据节点位置按照既定规则进行布局；
步骤3：根据发电站和/或变电站等节点信息以及布局情况进行布线。
进一步的，所述步骤1中所述发电站和/或变电站信息包括61970规范中的核心包信息、域包信息、发电包信息、负荷模型包信息、测量包信息、停用包信息、保护包信息、拓扑包信息、电线包信息。
进一步的，所述步骤2中根据节点位置进行布局的步骤包括：步骤2.1.2：根据节点数量Nsum)以及布局系数k确定矩形布局，所述布局系数k为显示屏幕分辨率中水平像素与垂直像素的比值，如采用1280*720分辨率的屏幕时，k＝1280/720；矩形布局为长、宽分别为m、n个网格，则m、n同时满足m＝k×n以及
步骤2.2：根据节点的经纬度分别将各个节点布入所述矩形布局的各个网格中。
进一步的，所述步骤2.2中将各个节点步入所述矩形布局的各个网格的规则包括：
步骤2.2.1：确定待布线区域经度范围(longitudemin，longitudemax)，并将所述经度范围分为m份，每份经度范围为所述m份经度范围从最低经度范围开始从左向右分别对应矩形布局中的m列；
步骤2.2.2：搜索各个经度范围内的节点，分别得出各范围内的节点集合Si，其中1≤i≤m，并确定每个集合中的节点数量NUMi；从最低经度范围S1开始，依次判断集合Si中节点数量NUMi与n的关系，如进入步骤2.2.3；如NUMi大于n，则进入步骤2.2.4；如则进入步骤2.2.5；
步骤2.2.3：根据集合Si中各节点纬度，依次将所述节点从高到低布入对应矩形布局中的第i列网格中，每个网格内布一个节点；
步骤2.2.4：将所述集合Si中经度最大的(NUMi-n)个节点归入集合Si+1中；将Si中剩余节点按照纬度高低，依次从高到低步入对应矩形布局中的第i列网格中，每个网格内布一个节点；
步骤2.2.5：将集合Si+1中经度最低的个节点归入集合Si中，将将Si中节点按照纬度高低，依次从高到低步入对应矩形布局中的第i列网格中，每个网格内布一个节点；
步骤2.2.6：如集合Sm中节点数目NUMm>n，则在矩形布局中第m列后新增列，其中，ceil()为上取整函数，并将集合Sm中经度最高的(NUMm-n)个节点按照经度从低到高，纬度从高到低依次布入新增列中，即当最后一列的节点数目NUMm大于n时，如果n<NUMm≤2n,则在第m列后新增一列，即(m+1)列，并将集合Sm中经度最高的(NUMm-n)个节点，按照纬度从高到低步入新增的(m+1)列中，如2n<NUMm≤3n，则在第m列后新增两列，即(m+1)列和(m+2)列，并将集合Sm中经度最高的(NUMm-n)个节点中，经度最低的n个节点按照纬度从高到低，依次步入第m+1列，将剩余的节点按照纬度从高到低依次步入第m+2列；依此类推，将集合Sm中(NUMm-n)个节点全部布完。
进一步的，所述步骤3中每个发电站和/或变电站节点与经度平行的方向最多出7条线路，与纬度平行的方向最多出4条线路。
进一步的，所述步骤3中布线的具体步骤为：
步骤3.1：对需要连接的节点之间采用线探索法进行连线，矩形布局的各个网格即为连线通道，其中横向通道中，网格的长为其通道宽度；竖向通道中，网格的宽为其通道宽度，如图3所示，当需要连接某地电网的两座变电站A、B时，从A、B分别引出一条水平逸出辅助线和一条垂直逸出辅助线，所述逸出辅助线遇到障碍(如与A、B均无连接关系的其他发电站或变电站)则停止前进；若所述逸出辅助线之间有交点D,则(A,D,B)即为A、B间的连接线路；如所述逸出辅助线遇到障碍而无交点，则检测辅助线所遇障碍位置，将辅助线上距离所遇障碍距离为d(此距离可设定)处标记为逸出点E。从逸出点引出一条与原辅助线垂直的新辅助线，并检测新辅助线与对应节点辅助线是否存在交点，若无交点，则继续根据上述规则引出辅助线，直至寻找到交点D，此时，从交点D沿辅助线回溯到两个变电站AB的线路即为两个节点之间的连线。
步骤3.2：对于步骤3.1中不能连接的节点，采用lee算法进行布线，如图4所示，如起始变电站网格为A，将该网格的网格值设置为“0”,这样,其相邻的不是障碍(障碍指没有连接关系的发电厂或变电站)的网格值被标记为“1”，并向外扩展；从“1”扩展而来的网格点的网格值被标记为“2”，如此下去,直到扩展到目标变电站B或者无法扩展为止。如采用lee算法得出一条以上的可行通路，则采用贪婪行为，即从目标电站回溯通路时尽量不拐弯，以此选用拐弯最少的通路为连接线路。
步骤3.3：对经过步骤3.1、3.2所布线路进行优化。
进一步的，所述步骤3.3中优化的具体步骤为：
步骤3.3.1：如图5、图6所示，统计各通道中线路数量，根据通道宽度将各通道中线路间隔平均分配，为尽量避免交叉，采取如下原则：竖向通道中高纬度站点的线路位于靠近通道中央的位置；横向通道中低经度站点的线路位于靠近通道中央的位置；
步骤3.3.2：根据所述布局的长、宽以及布局中横向线路总数、竖向线路总数算出每条线路的平均间隔；其中横向线路平均间隔＝布局的长/横向线路总数，竖向线路平均间隔＝布局的宽/竖向线路总数；根据通道中包含的线路数以及所述线路的平均间隔调整所述通道显示的宽度，如矩形布局为n行网格×m列网格，优化前每个网格的长宽均相同为a×b，则矩形布局的长＝n×a，矩形布局的宽＝m×b；那么， 矩形布局的总长与总宽不变的前提下，根据各个通道中包含的线路数以及线路之间的平均间隔，调整各个通道的宽度(横向通道中，网格的长为其通道宽度；竖向通道中，网格的宽为其通道宽度)，即包含有越多线路的通道，其优化后的通道宽度越宽，包含有较少线路的通道，其优化后的通道宽度越窄。
进一步的，所述电力电网自动布局布线方法还包括检测数据库，并根据数据库信息的变化更新、维护所述发电站和/或变电站之间的已有布局、布线的步骤。
Claims (11)
1.一种电力电网自动布局布线系统，其特征在于，包括控制模块、数据解析模块、布局模块及布线模块；所述数据解析模块、布局模块、布线模块分别与所述控制模块连接；所述数据解析模块用于从数据库中读取、解析发电站和/或变电站的信息；所述布局模块根据发电站和/或变电站信息设定节点，并根据节点位置按照既定规则进行布局；所述布线模块用于根据发电站和/或变电站信息以及布局情况进行布线；
所述布局模块根据节点位置按照既定规则进行布局的方法为：
步骤2.1.1：根据节点数量Nsum确定矩形布局，所述矩形布局为长、宽分别为m、n个网格，且m、n同时满足以及 其中ceil()为上取整函数；
步骤2.2：根据节点的经纬度分别将各个节点布入所述矩形布局的各个网格中；
或，
步骤2.1.2：根据节点数量Nsum以及布局系数k确定矩形布局，所述布局系数k为显示屏幕分辨率中水平像素与垂直像素的比值；矩形布局为长、宽分别为m、n个网格，则m、n同时满足m＝k×n以及
步骤2.2：根据节点的经纬度分别将各个节点布入所述矩形布局的各个网格中；
所述步骤2.2中将各个节点步入所述矩形布局的各个网格的规则包括：
步骤2.2.1：确定待布线区域经度范围(longitudemin，longitudemax)，并将所述经度范围分为m份，每份经度范围为所述m份经度范围从最低经度范围开始从左向右分别对应矩形布局中的m列；
步骤2.2.2：搜索各个经度范围内的节点，分别得出各范围内的节点集合Si，其中1≤i≤m，并确定每个集合中的节点数量NUMi；从最低经度范围S1开始，依次判断集合Si中节点数量NUMi与n的关系，如果进入步骤2.2.3；如果NUMi大于n，则进入步骤2.2.4；如果则进入步骤2.2.5；
步骤2.2.3：根据集合Si中各节点纬度，依次将所述节点从高到低布入对应矩形布局中的第i列网格中，每个网格内布一个节点；
步骤2.2.4：将所述集合Si中经度最大的(NUMi-n)个节点归入集合Si+1中；将Si中剩余节点按照纬度高低，依次从高到低步入对应矩形布局中的第i列网格中，每个网格内布一个节点；
步骤2.2.5：将集合Si+1中经度最低的个节点归入集合Si中，将Si中节点按照纬度高低，依次从高到低步入对应矩形布局中的第i列网格中，每个网格内布一个节点；
步骤2.2.6：如果集合Sm中节点数目NUMm>n，则在矩形布局中第m列后新增列，并将集合Sm中经度最高的(NUMm-n)个节点按照经度从低到高，纬度从高到低依次布入新增列中，所述ceil()为上取整函数。
2.根据权利要求1所述的电力电网自动布局布线系统，其特征在于，所述电力电网布局布线系统还包括监测模块，所述监测模块用于监测数据库中是否有新增数据，并根据监测结果对原有布局、布线情况进行维护。
3.根据权利要求1所述的电力电网自动布局布线系统，其特征在于，所述解析模块包括IEC 61970规范解析模块。
4.根据权利要求1所述的电力电网自动布局布线系统，其特征在于，所述布局模块包括矩阵设置模块和节点分配模块；所述矩阵设置模块根据节点数量Nsum以及矩阵长宽比例要求设置布局的矩阵空间；所述节点分配模块根据节点的经纬度将所述节点分配进所述矩阵空间中。
5.根据权利要求1所述的电力电网自动布局布线系统，其特征在于，所述布线模块包括线探索布线模块、Lee算法布线模块、布线优化模块；所述线探索布线模块采用线探索算法对所述节点进行布线；所述Lee算法布线模块采用Lee算法对所述节点进行布线；布线优化模块对已布线之间的线距进行优化。
6.一种电力电网自动布局布线方法，其特征在于，该方法包括：
步骤1：从数据库中读取、解析发电站和/或变电站信息；
步骤2：根据发电站和/或变电站信息设置节点，根据节点位置按照既定规则进行布局；
所述步骤2中根据节点位置进行布局的步骤包括：
步骤2.1.1：根据节点数量Nsum确定矩形布局，所述矩形布局为长、宽分别为m、n个网格，且m、n同时满足以及 其中ceil()为上取整函数；
步骤2.2：根据节点的经纬度分别将各个节点布入所述矩形布局的各个网格中；
或，
步骤2.1.2：根据节点数量Nsum以及布局系数k确定矩形布局，所述布局系数k为显示屏幕分辨率中水平像素与垂直像素的比值；矩形布局为长、宽分别为m、n个网格，则m、n同时满足m＝k×n以及
步骤2.2：根据节点的经纬度分别将各个节点布入所述矩形布局的各个网格中；
所述步骤2.2中将各个节点步入所述矩形布局的各个网格的规则包括：
步骤2.2.1：确定待布线区域经度范围(longitudemin，longitudemax)，并将所述经度范围分为m份，每份经度范围为所述m份经度范围从最低经度范围开始从左向右分别对应矩形布局中的m列；
步骤2.2.2：搜索各个经度范围内的节点，分别得出各范围内的节点集合Si，其中1≤i≤m，并确定每个集合中的节点数量NUMi；从最低经度范围S1开始，依次判断集合Si中节点数量NUMi与n的关系，如果进入步骤2.2.3；如果NUMi大于n，则进入步骤2.2.4；如果则进入步骤2.2.5；
步骤2.2.3：根据集合Si中各节点纬度，依次将所述节点从高到低布入对应矩形布局中的第i列网格中，每个网格内布一个节点；
步骤2.2.4：将所述集合Si中经度最大的(NUMi-n)个节点归入集合Si+1中；将Si中剩余节点按照纬度高低，依次从高到低步入对应矩形布局中的第i列网格中，每个网格内布一个节点；
步骤2.2.5：将集合Si+1中经度最低的个节点归入集合Si中，将Si中节点按照纬度高低，依次从高到低步入对应矩形布局中的第i列网格中，每个网格内布一个节点；
步骤2.2.6：如果集合Sm中节点数目NUMm>n，则在矩形布局中第m列后新增列，并将集合Sm中经度最高的(NUMm-n)个节点按照经度从低到高，纬度从高到低依次布入新增列中，所述ceil()为上取整函数；
步骤3：根据发电站和/或变电站节点信息以及布局情况进行布线。
7.根据权利要求6所述的电力电网自动布局布线方法，其特征在于，所述步骤1中所述发电站和/或变电站信息包括IEC61970规范中的核心包信息、域包信息、发电包信息、负荷模型包信息、测量包信息、停用包信息、保护包信息、拓扑包信息及电线包信息。
8.根据权利要求6所述的电力电网自动布局布线方法，其特征在于，所述步骤3中每个发电站和/或变电站节点与经度平行的方向最多出7条线路，与纬度平行的方向最多出4条线路。
9.根据权利要求8所述的电力电网自动布局布线的方法，其特征在于，所述步骤3中布线的具体步骤为：
步骤3.1：对需要连接的节点之间采用线探索法进行连线；
步骤3.2：对于步骤3.1中不能连接的节点，采用lee算法进行布线；
步骤3.3：对经过步骤3.1、3.2所布线路进行优化。
10.根据权利要求9所述的电力电网自动布局布线的方法，其特征在于，所述步骤3.3中优化的具体步骤为：
步骤3.3.1：统计各通道中线路数量，根据通道宽度将各通道中线路间隔平均分配，为尽量避免交叉，采取如下原则：竖向通道中高纬度站点的线路位于靠近通道中央的位置；横向通道中低经度站点的线路位于靠近通道中央的位置；
步骤3.3.2：根据所述布局的长、宽以及布局中横向线路总数、竖向线路总数算出每条线路的平均间隔；其中横向线路平均间隔＝矩形布局的长/横向线路总数，竖向线路平均间隔＝矩形布局的宽/竖向线路总数；根据通道中包含的线路数以及所述线路的平均间隔调整各个通道显示的宽度。
11.根据权利要求6至10任一项所述的电力电网自动布局布线方法，其特征在于，还包括检测数据库，并根据数据库信息的变化更新、维护所述发电站和/或变电站之间的已有布局、布线的步骤。
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