CN109214052B - 一种多智能配电系统的单线图自动绘制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多智能配电系统的单线图自动绘制方法，具体提出了一种基于三叉树和避碰算法的自动绘制单线图方法，属电力系统调度自动化领域。这种方法的优点在于可以实现不同供应商的不同配电系统规划的单线图绘制SLD。单线图(SLD)自动绘制方法是电力系统可视化的一种重要方法，可以用来控制和监测配电系统的故障定位、识别、分离和服务恢复。首先，在客户端将配电系统图转换为标准的电网公共信息模型CIM，然后发送到服务器。在服务器端通过使用自动绘制单线图方法绘制单线图，最后将其发送回客户端，并通过客户端验证。

Description

一种多智能配电系统的单线图自动绘制方法

技术领域

本发明属于电力系统调度自动化技术领域，特别涉及一种多智能配电系统的单线图自动绘制方法，具体提出了一种基于三叉树和避碰算法的自动绘制单线图方法。

背景技术

配电自动化系统(DAS)是利用计算机和通信技术远程监控和操作电力设备。单线图(SLD)是正交图，它不一定遵循电力设备的地理位置，而是基于电力设备之间的电气连接的。SLD通常可以用于操作分布式网，包括停电恢复、电力保护协调、拓扑识别与优化等的联结应用。配电线路的开关经常随操作条件和负载分布的不同而改变。新设计的配电系统的单线图绘制方法也需要根据条件相应的修改。但是，随着电网规模不断扩大、复杂度不断提高，通过使用传统的方法，工作量大、更新不及时等问题愈来愈凸显，当拓扑变化或系统重新配置后，修改的SLD很难显示。

目前，在分布式网络中存在多个管理系统，并且所有这些都是由一个中央管理系统控制。每个管理系统有不同的电力设备建模系统，数据库方案，图形显示方法，中间件的结构和应用程序接口等。中央管理系统必须使用不同类型的系统来应对每一个本地管理系统，软件的可重用性不好。这些问题在软件升级和应用程序维护的过程中越来越严重。SOA模式已经成为设计大型分布式系统主要模式，其主要思想是设计一个可以交换服务的网络系统。

本发明创新地提出灵活性强，可扩展性，可重用性的软件自动绘图SLD方法。多厂商配电自动化系统的SLD是利用面向服务的体系结构(SOA)技术而自动绘制的。Web服务技术用于实现SOA，电网公共信息模型(CIM)用于配电组件的建模。SLD是运用队列和避碰算法对三叉树排序数据进行重排处理，具体包括建立一个基于三叉树的基本结构，然后运用队列算法来提高可视性，最后，运用避碰算法来解决重叠的问题。可缩放矢量图形(SVG)生成基于XML的文件，用来交换SLD文件。这些文件利用超文本传输协议HTTP通过互联网进行传输。这样可以确保不同操作系统或不同应用程序之间的互操作性。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足之处，提供一种基于三叉树和避碰算法的自动绘制单线图方法，确保不同的应用程序之间的互操作性的基础是交换数据不受操作系统或实现技术影响，Web服务器的使用就是为了确保互操作性，利用SVG格式生成基于XML的消息文件，这些文件利用超文本传输协议HTTP通过互联网进行传输，在单线图绘制过程中，包括建立三叉树，对比函数和避碰算法等三部分，首先是建立一个基于三叉树的基本结构，然后运用队列算法来提高可视性，最后，运用避碰算法来解决重叠的问题，包括以下步骤：

1)配电自动化系统DAS将配电网中所有设备、开关和连接关系等转换为标准的电网公共信息模型CIM；

2)利用超文本传输协议HTTP将电网公共信息模型CIM，通过web服务传输到服务器；

3)单线图绘制SLD服务器根据本发明单线图自动绘制方法，从公共信息模型CIM在获取并理解请求线路的设备组成及连接关系，构建自动绘制单线图的数据结构，并建立转化生成三叉树；

3.1)数据结构与三叉树，自动绘制单线图的数据结构包括配电线路信息，节段Section信息，开关Switch信息等，线路记录，节段记录和开关记录又分别包含着与断路器、开关和插入状态等信息；

配电线路通常具有1-3条分支线路，所以三叉树是最适合用来描述SLD的数据结构，如果有超过三个分支线，可以通过使用虚拟线路和虚拟节点将其转化为一个三叉树，例如，从节点A出发，到达节点O，当节点O具有3个以上分支时，选择节点O以及其他任何两个连接线路，所有剩余的分支通过一个虚拟线路连接到一个虚拟节点O'，重复这个过程，直到虚拟节点连接到三个或三个以下的分支，通过这种方式，可以将多个分支线路线转化为一个三叉树，虚拟节点和线路可以追溯到原始节点O；

三叉树由节点和弧组成，其中线路，开关Switch和连接点之间的关系建模为节点，而节段Section建模为弧，位于起始点的变电站的供电被认为是三叉树的根节点，利用节段Section信息搜索连通的开关，当开关处于关闭状态，流程继续，当开关处于打开状态，表示终端或有连接的Section被搜索到，通过这一过程，每一个由变电所驱动的节段Section被识别，开关之间的连接也被清晰识别，由于其构造是使用实时数据，因此单线图可以应用于各种变化的系统拓扑结构；

3.2)为了避免屏幕某部分符号的重叠，三叉树安排从中心开始，然后向子树继续，最长的节点路径标识从根节点开始，然后安排树的中心，最长的节点路径标识从根节点开始，到达树的中心，这个可以成为该树的主干，同样的方法，每一个分枝到达树主干被确定；

将树的主干(即中央路径)定义为第1级，并从左到右水平排列，从第1级分出来的线路命名为第2级，根据第2级线路节点的数量来安排排列位置，如果节点数据是偶数，则安排在上方，如果为奇数，则安排在下方，同理，从第2级分出来的线路命名为第3级，第3级路线像第1级路线一样从左到右水平排列，第4级，按照第2级的规则排列，这种排列规则对所有更多层级的树型结构是有效的，偶数层级都按照第2级的规则排列，奇数层级都按照第1级的规则排列；

3.3)碰撞检测和避碰过程是智能配电系统的SLD自动绘制的最后一步，每个电力设备符号将在屏幕上显示之前，接收到直角坐标，比较它们的坐标，以避免任何可能的碰撞，利用添加虚拟开关Switch的方式，来清除碰撞，检测碰撞点，从碰撞点回溯到第一个共同节点确定需要添加虚拟开关的位置，如果检测的碰撞点发生在第1层级上方时，应该在第一共同节点向右或向上添加虚拟开关Switch，比较两个发生碰撞节点的子节点个数，选择节点较少的一方，确定向右或向上，即水平方向的一方节点少，就向右，否则就向上，如果碰撞点发生在第1层级下方时，应该在第一个共同节点向下或向右选择添加虚拟开关Switch，比较两个发生碰撞节点的子节点个数，选择节点较少的一方，确定向右或向下，即水平方向的一方节点少，就向右，否则就向下，循环检测碰撞点，直到消除所有碰撞；

4)利用可缩放矢量图形SVG格式生成单线图SLD，并转送到配电自动化系统DAS(即客户端)；

5)配电自动化系统DAS解析用XML文档编写SVG格式并将SLD显示在屏幕上。

本发明的有益效果在于：

本发明提供一种基于三叉树和避碰算法的自动绘制单线图方法，确保不同的应用程序之间的互操作性的基础是交换数据不受操作系统或实现技术影响，Web服务器的使用就是为了确保互操作性，利用SVG格式生成基于XML的消息文件，这些文件利用超文本传输协议HTTP通过互联网进行传输，在单线图绘制过程中，包括建立三叉树，对比函数和避碰算法等三部分，首先是建立一个基于三叉树的基本结构，然后运用队列算法来提高可视性，最后，运用避碰算法来解决重叠的问题。

附图说明

图1为本发明自动配电系统的自动绘制SLD流程图；

图2为本发明SLD的数据结构结构示意图；

图3为本发明多分支转化为三叉树示意图；

图4为本发明使用Section信息和Switch信息的三叉树结构示意图；

图5为本发明比对算法的中央路径识别方法示意图；

图6为本发明单线图绘制级别分配与布置示意图；

图7为本发明碰撞检测和避碰示意图1；

图8为本发明碰撞检测和避碰示意图2；

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。

本发明的目的是为了克服现有技术的不足之处，提供一种基于三叉树和避碰算法的自动绘制单线图方法。确保不同的应用程序之间的互操作性的基础是交换数据不受操作系统或实现技术影响。Web服务器的使用就是为了确保互操作性。利用SVG格式生成基于XML的消息文件，这些文件利用超文本传输协议HTTP通过互联网进行传输。在单线图绘制过程中，包括建立三叉树，对比函数和避碰算法等三部分。首先是建立一个基于三叉树的基本结构，然后运用队列算法来提高可视性，最后，运用避碰算法来解决重叠的问题。包括以下步骤：

1)配电自动化系统DAS将配电网中所有设备、开关和连接关系等转换为标准的电网公共信息模型CIM。

2)利用超文本传输协议HTTP将电网公共信息模型CIM，通过web服务传输到服务器。

3)单线图绘制SLD服务器根据本发明单线图自动绘制方法，从公共信息模型CIM在获取并理解请求线路的设备组成及连接关系，构建自动绘制单线图的数据结构，并建立转化生成三叉树。

3.1)数据结构与三叉树，自动绘制单线图的数据结构包括配电线路信息，节段Section信息，开关Switch信息等。线路记录，节段记录和开关记录又分别包含着与断路器、开关和插入状态等相关的信息。

配电线路通常具有1-3条分支线路，所以三叉树是最适合用来描述SLD的数据结构。如果有超过三个分支线，可以通过使用虚拟线路和虚拟节点将其转化为一个三叉树，例如，从节点A出发，到达节点O，当节点O具有3个以上分支时，选择节点O以及其他任何两个连接线路，所有剩余的分支通过一个虚拟线路连接到一个虚拟节点O'。重复这个过程，直到虚拟节点连接到三个或三个以下的分支。通过这种方式，可以将多个分支线路线转化为一个三叉树，虚拟节点和线路可以追溯到原始节点O。

三叉树由节点和弧组成，其中线路，开关Switch和连接点之间的关系建模为节点，而节段Section建模为弧。位于起始点的变电站的供电被认为是三叉树的根节点。利用节段Section信息搜索连通的开关，当开关处于关闭状态，流程继续。当开关处于打开状态，表示终端或有连接的Section被搜索到。通过这一过程，每一个由变电所驱动的节段Section被识别，开关之间的连接也被清晰识别。由于其构造是使用实时数据，因此单线图可以应用于各种变化的系统拓扑结构。

3.2)为了避免屏幕某部分符号的重叠，三叉树安排从中心开始，然后向子树继续。最长的节点路径标识从根节点开始，然后安排树的中心。最长的节点路径标识从根节点开始，到达树的中心，这个可以成为该树的主干。同样的方法，每一个分枝到达树主干被确定。

将树的主干(中央路径)定义为第1级，并从左到右水平排列。从第1级分出来的线路命名为第2级。根据第2级线路节点的数量来安排排列位置。如果节点数据是偶数，则安排在上方，如果为奇数，则安排在下方。同理，从第2级分出来的线路命名为第3级。第3级路线像第1级路线一样从左到右水平排列。第4级，按照第2级的规则排列。这种排列规则对所有更多层级的树型结构是有效的，偶数层级都按照第2级的规则排列，奇数层级都按照第1级的规则排列。

3.3)碰撞检测和避碰过程是智能配电系统的SLD自动绘制的最后一步。每个电力设备符号将在屏幕上显示之前，接收到直角坐标。比较它们的坐标，以避免任何可能的碰撞。利用添加虚拟开关Switch的方式，来清除碰撞。检测碰撞点，从碰撞点回溯到第一个共同节点确定需要添加虚拟开关的位置。如果检测的碰撞点发生在第1层级上方时，应该在第一共同节点向右或向上添加虚拟开关Switch。比较两个发生碰撞节点的子节点个数，选择节点较少的一方，确定向右或向上，即水平方向的一方节点少，就向右，否则就向上。如果碰撞点发生在第1层级下方时，应该在第一个共同节点向下或向右选择添加虚拟开关Switch。比较两个发生碰撞节点的子节点个数，选择节点较少的一方，确定向右或向下，即水平方向的一方节点少，就向右，否则就向下。循环检测碰撞点，直到消除所有碰撞。

图7中，由于与S24发生碰撞，导致S18是不可见的。S18回到根节点的路径为S5,S4,S3,S2,S1，S24回到根节点的路径为S23，S12，S3，S2，S1。其中S3是第一个公共点，选择添加一个虚拟开关Switch。

由于S24右边没有子节点，所以图7只需添加一个虚拟交换机即可清除碰撞。虚拟交换机不显示在屏幕上，从而避免碰撞而不影响系统的拓扑结构。图8碰撞的情况发生在第1层级。S26和S4是重叠的。

4)利用可缩放矢量图形SVG格式生成单线图SLD，并转送到配电自动化系统DAS(客户端)。

5)配电自动化系统DAS解析用XML文档编写SVG格式并将SLD显示在屏幕上。

以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本公开方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种多智能配电系统的单线图自动绘制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)配电自动化系统DAS将配电网中所有设备、开关和连接关系转换为标准的电网公共信息模型CIM；

2)利用超文本传输协议HTTP将电网公共信息模型CIM，通过web服务传输到服务器；

3)单线图绘制SLD服务器根据所述单线图自动绘制方法，从公共信息模型CIM在获取并理解请求线路的设备组成及连接关系，构建自动绘制单线图的数据结构，并建立转化生成三叉树；

3.1)数据结构与三叉树，自动绘制单线图的数据结构包括配电线路信息，节段Section信息，开关Switch信息，线路记录，节段记录和开关记录又分别包含着与断路器、开关和插入状态信息；

配电线路具有1-3条分支线路，通过采用三叉树描述SLD的数据结构，如果有超过三个分支线，可以通过使用虚拟线路和虚拟节点将其转化为一个三叉树，当从节点A出发，到达节点O，并且节点O具有3个以上分支时，选择节点O以及其他任何两个连接线路，所有剩余的分支通过一个虚拟线路连接到一个虚拟节点O'，重复这个过程，直到虚拟节点连接到三个或三个以下的分支，通过这种方式，可以将多个分支线路线转化为一个三叉树，虚拟节点和线路可以追溯到原始节点O；

三叉树由节点和弧组成，其中线路，开关Switch和连接点之间的关系建模为节点，而节段Section建模为弧，位于起始点的变电站的供电被认为是三叉树的根节点，利用节段Section信息搜索连通的开关，当开关处于关闭状态，流程继续，当开关处于打开状态，表示终端或有连接的Section被搜索到，通过这一过程，每一个由变电所驱动的节段Section被识别，开关之间的连接也被清晰识别，由于其构造是使用实时数据，因此单线图可以应用于各种变化的系统拓扑结构；

3.2)为了避免屏幕某部分符号的重叠，三叉树安排从中心开始，然后向子树继续；最长的节点路径标识从根节点开始，然后安排树的中心，最长的节点路径标识从根节点开始，到达树的中心，成为该树的主干，同样的方法，每一个分枝到达树主干被确定；

将树的主干定义为第1级，并从左到右水平排列，从第1级分出来的线路命名为第2级，根据第2级线路节点的数量来安排排列位置，如果节点数据是偶数，则安排在上方，如果为奇数，则安排在下方，同理，从第2级分出来的线路命名为第3级，第3级路线像第1级路线一样从左到右水平排列，第4级，按照第2级的规则排列，这种排列规则对所有更多层级的树型结构是有效的，偶数层级都按照第2级的规则排列，奇数层级都按照第1级的规则排列；

3.3)碰撞检测和避碰过程是智能配电系统的SLD自动绘制的最后一步，每个电力设备符号将在屏幕上显示之前，接收到直角坐标，比较它们的坐标，以避免任何可能的碰撞，利用添加虚拟开关Switch的方式，来清除碰撞，检测碰撞点，从碰撞点回溯到第一个共同节点确定需要添加虚拟开关的位置，如果检测的碰撞点发生在第1层级上方时，应该在第一共同节点向右或向上添加虚拟开关Switch；比较两个发生碰撞节点的子节点个数，选择节点较少的一方，确定向右或向上，即水平方向的一方节点少，就向右，否则就向上；如果碰撞点发生在第1层级下方时，应该在第一个共同节点向下或向右选择添加虚拟开关Switch，比较两个发生碰撞节点的子节点个数，选择节点较少的一方，确定向右或向下，即水平方向的一方节点少，就向右，否则就向下，循环检测碰撞点，直到消除所有碰撞；

4)利用可缩放矢量图形SVG格式生成单线图SLD，并转送到配电自动化系统DAS；

5)配电自动化系统DAS解析用XML文档编写SVG格式并将SLD显示在屏幕上。

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