CN107844620B - 基于目标导向的故障站点专题图自动生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供基于目标导向的故障站点专题图自动生成方法，属于调度自动化及配电自动化系统技术领域，所述方法包含拓扑模型抽取、设备建模、自动布局及可视化展示等过程。通过拓扑模型抽取、设备建模、自动布局及可视化展示等过程地实施，实现故障发生后，按照“站‑线‑变‑户”关系，自动生成相关厂站专题图及配网单线图，完成从电网模型到图形的无缝转变，以达到辅助电网调度员定位故障、掌握受影响区域和用户的目的，可以更加有效的有针对性地开展快速复电。

Description

基于目标导向的故障站点专题图自动生成方法

【技术领域】

本发明涉及调度自动化及配电自动化系统技术领域，具体的来说是涉及基于目标导向的故障站点专题图自动生成方法。

【背景技术】

当电网发生异常时，网省地各级系统运行部门按照“统一调度、分级管理”的原则协调处置，当事调度机构调度员既要面对海量的告警信息及大量的事故处理操作，同时还需开展异常影响信息的收集和统计：一方面对事故(事件)等级进行初步的“定性”，为应急指挥机构启动相应级别的应急响应或预案提供参考依据；另一方面对电网的故障及停电影响范围(重要用户、敏感用户、人流密集场所、敏感区域)进行快速“定位”，以便有针对性地开展快速复电。由于缺乏足够的管理和技术支持，经常造成“定位”和“定性”不准确、不及时的情况，既影响了事故处理进度，也不利于对敏感区域(场所)和重要用户的快速复电。

国务院599号令和新安全生产法等法律法规、公司以客户为中心的经营理念、网省地“发输配用”一体化系统运行管理需求等，均对影响用户正常供电的事故(事件)提出了更高的管理要求。

因此，为了应对新形势下国家、社会和用户对安全供电提出的新要求，充分利用先进的计算机技术，实现故障发生后，按照“站-线-变-户”关系，快速、准确、有序地自动生成故障站点专题图的目标，有效的解决人工定位故障、掌握受影响区域和用户情况困难的问题，全面提升电网精益化管理水平，为快速复电，提高电网可观测性与运行可靠性提供信息化保障。

【发明内容】

本发明提供基于目标导向的故障站点专题图自动生成方法，达到了故障发生后，按照“站-线-变-户”关系，快速、准确、有序地自动生成故障站点专题图的目标，有效的解决人工定位故障、掌握受影响区域和用户情况困难的问题，全面提升电网精益化管理水平，为快速复电，提高电网可观测性与运行可靠性提供信息化保障。

本发明通过以下技术方案解决上述问题：

基于目标导向的故障站点专题图自动生成方法，包括如下步骤：

步骤1：对发生故障的电网输送系统发出拓扑服务请求，获取故障设备的属性，把设备的属性组装成中间格式文件完成拓扑模型抽取；

步骤2：解析中间格式文件，根据设备对象及其节点号完成设备模型建立；

步骤3：以边抽象表述各个双节点设备，通过静态拓扑出设备所有的节点对象，构建组合对象，根据节点集合和边集合计算出节点在二维空间逻辑坐标，实现图元布局；

步骤4：根据图元布局获得节点类型及相对位置信息，按照图形布线算法，实现故障站点专题图的自动生成。

优选为：所述步骤1中中间格式文件为S-MODEL，

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；

R：{r|r∈devSet×V}.描述设备对象和节点集合的关系。

上述方案中，优选的是步骤2中设备模型建立的过程为，

步骤2.1：从S-MODEL中的集合V遍历各个母线节点对象，压入队列；

步骤2.2：将弹出的首节点通过开关、刀闸的关联的未访问过的节点压入队列；

步骤2.3：当队列为空时，停止一次组合识别；当队列不为空时，返回步骤2.2。

上述方案中，优选的是步骤3中图元布局的具体过程为，。

步骤3.1：在完成各个节点、边对象的构建后，进行基于节点的宽度优先(BFS)遍历，分层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；

步骤3.2：依据节点类型及节点的度信息进行节点的优化调整；

步骤3.3：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。

上述方案中，优选的是步骤4中可视化展示的过程为，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，根据通道布线法，在各个通道中设定多个轨道对象，制订通道中轨道的分配原则。

上述方案中，优选的是分配原则为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。

本发明的优点与效果是：

1、本发明提供的方法，通过拓扑模型抽取、设备建模、自动布局及可视化展示等过程地实施，实现故障发生后，按照“站-线-变-户”关系，自动生成相关厂站专题图及配网单线图，完成从电网模型到图形的无缝转变，以达到辅助电网调度员定位故障、掌握受影响区域和用户的目的，可以更加有效的有针对性地开展快速复电；

2、本发明提供的方法，有效解决了依靠人工绘制图形定位故障，分析故障影响范围及影响用户工作量大，效率低下，易出错的问题。

【附图说明】

图1为本发明专题图自动生成流程示意图；

图2是本发明母线结构图；

图3是本发明节点布局过程示意图；

图4是本发明开关对象排序示意图；

图5是本发明自动布局示意图；

图6是本发明图元布线示意图；

图7是本发明电网故障影响可视化示意图。

【具体实施方式】

以下结合实施例对本发明作进一步说明。

基于目标导向的故障站点专题图自动生成方法，如图1所示，所述方法包含拓扑模型抽取、设备建模、自动布局及可视化展示等过程。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故障影响厂站及线路子模型对象，通过节点布局、图形布线过程自动生成故障站点专题图模型对象。根据成图需求及参数对象，通过请求对应的拓扑服务，获得设备对应的属性(名称、ID、节点号、颜色、所示馈线等)。

具体步骤包括如下步骤：

步骤1：对发生故障的电网输送系统发出拓扑服务请求，获取故障设备的属性，把设备的属性组装成中间格式文件完成拓扑模型抽取。模型抽取是自动生成的前提和基础，调度模型总体上质量较高，变化频率也较低。通常厂站与厂站的联络关联可直接获得厂站专题图的模型集合，无需通过拓扑搜索算法实现。一般根据选择的入口参数：厂站ID集合，搜索所有的调度馈线段，遍历两段厂站都属于传入的厂站ID集合的馈线段，即获得待布局的厂站专题图设备集合。配网模型的总体结构复杂而多变，主要体现在配网线路多级联络及运行方式的频繁变化。由于通过层次关系划分配网单线图的管理范围一般不够可靠，因此一般通过馈线ID基于拓扑搜索服务自动搜索本馈线设备范围集合馈线，其难点主要体现在如何界定本馈线的边界。所述模型抽取是指，故障发生后，按照“站-线-变-户”关系，自动识别与本次故障相关的“站-线-变”，通过请求相应的拓扑服务，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。

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，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；

R：{r|r∈devSet×V}.描述设备对象和节点集合的关系。

步骤2：解析中间格式文件，根据设备对象及其节点号完成设备模型建立。在完成模型抽取，构建成中间格式文件后，即可进行设备建模。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(A)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2(B)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。

步骤3：以边抽象表述各个双节点设备，通过静态拓扑出设备所有的节点对象，构建组合对象，根据节点集合和边集合计算出节点在二维空间逻辑坐标，实现图元布局。

节点布局过程如图3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4(A)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4(B)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5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6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。

步骤4：根据图元布局获得节点类型及相对位置信息，按照图形布线算法，实现故障站点专题图的自动生成。

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6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。

按照以上步骤，本发明实现的电网故障影响厂站连接关系专题图示意图如图7所示，图中包含，故障影响220kV厂站、110kV厂站、标识各厂站之间连接关系的交流线段、厂站下游影响用户以及各节点潮流断面，展示内容丰富，展示效果更加直观。

以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可以作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请的范围内。

Claims (6)

1.基于目标导向的故障站点专题图自动生成方法，其特征在于，所述方法包含拓扑模型抽取、设备建模和自动布局及可视化展示；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故障影响厂站及线路子模型对象，通过节点布局、图形布线过程自动生成故障站点专题图模型对象；

所述方法包括如下步骤：

步骤1：对发生故障的电网输送系统发出拓扑服务请求，获取故障设备的属性，把设备的属性组装成中间格式文件完成拓扑模型抽取；

步骤2：解析中间格式文件，根据设备对象及其节点号完成设备模型建立；

步骤3：以边抽象表述各个双节点设备，通过静态拓扑出设备所有的节点对象，构建组合对象，根据节点集合和边集合计算出节点在二维空间逻辑坐标，实现图元布局；

步骤4：根据图元布局获得节点类型及相对位置信息，按照图形布线算法，实现故障站点专题图的自动生成及可视化展示；

所述模型抽取是指，故障发生后，按照“站-线-变-户”关系，自动识别与本次故障相关的“站-线-变”，通过请求相应的拓扑服务，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；

所述可视化展示包括故障影响220kV厂站、110kV厂站、标识各厂站之间连接关系的交流线段、厂站下游影响用户以及各节点潮流断面。

2.根据权利要求1所述的基于目标导向的故障站点专题图自动生成方法，其特征在于：所述步骤1中中间格式文件为S-MODEL，

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，每个设备对象的基本属性包括ID、名称、电压等级色和所属线路；

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。

3. 根据权利要求1所述的基于目标导向的故障站点专题图自动生成方法，其特征在于： 所述步骤2中设备模型建立的过程为，

步骤2.1：从S-MODEL中的集合V遍历各个母线节点对象，压入队列；

步骤2.2：将弹出的首节点通过开关、刀闸的关联的未访问过的节点压入队列；

步骤2.3：当队列为空时，停止一次组合识别；当队列不为空时，返回步骤2.2。

4.根据权利要求1所述的基于目标导向的故障站点专题图自动生成方法，其特征在于：所述步骤3中图元布局的具体过程为,

步骤3.1：在完成各个节点、边对象的构建后，进行基于节点的宽度优先(BFS)遍历，分层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；

步骤3.2：依据节点类型及节点的度信息进行节点的优化调整；

步骤3.3：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。

5.根据权利要求1所述的基于目标导向的故障站点专题图自动生成方法，其特征在于：所述步骤4中可视化展示的过程为，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，根据通道布线法，在各个通道中设定多个轨道对象，制订通道中轨道的分配原则。

6. 根据权利要求5所述的基于目标导向的故障站点专题图自动生成方法，其特征在于： 所述分配原则为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。

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