CN111414670B - 一种利用bpa数据自动生成地理接线图的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种利用BPA数据自动生成地理接线图的方法，通过分析BPA程序的数据输入文件，生成基于节点和支路的网络拓扑图，然后根据节点命名规则以及节点间支路的特殊类型，将相关的节点聚类生成厂、站模型；根据厂站模型的名称和相关地名的GPS坐标，确定部分厂站间的相对位置；利用遗传算法等进化算法优化厂站间线路交叉重叠情况，并根据扩展力学算法调整厂站间的位置，最终得到电网的地理接线图并加载计算结果显示潮流。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统自动化领域，是一种根据BPA数据文件自动生成电网地理接线图的方法。
背景技术
PSD-BPA电力系统分析程序辅助计算软件是中国电力科学院在引进、消化、吸收美国BPA程序的基础上，增加了国内电网适用模型开发而成的中国版程序。从1984年开始在我国推广应用以来，由于其既有仿真网络规模大、计算迅速和计算结果易于分析的特点，在我国电力系统规划部门、调度运行部门、试验研究部门得到了广泛的应用，成为我国电力系统分析计算的重要工具之一。
基于历史原因，BPA采用格式化文本输入数据，实现电网输入信息的传递，BPA输入数据中每一行是一个数据卡，代表电网中某种设备的信息，不同的卡组合起来，形成了对电网的完整描述。BPA计算输出结果也可以采用文本格式数据进行存储，计算结果可以由BPA自带的地理接线图软件读取，显示电网中的潮流流向和电压分布，以满足电网的可视化分析要求。
但是地理接线图软件的编辑和图形生成操作完全是人工的，网络中每一条母线归属于那个电厂/电站都需要手工编辑，只有母线被加入了地理接线图中，和母线相关联的线路才会在图中显示。对于大区域电网中的BPA数据文件，仅华北地区就有7000多个母线和10000多条支路，如果仅靠人工处理，不仅时间慢，而且也容易出错。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用BPA数据自动生成地理接线图的方法，根据BPA程序的输入文本数据，自动解析数据卡，生成网络结构拓扑，并加载计算结果，生成地理接线图。
本发明所采用的技术手段如下。
一种利用BPA数据自动生成地理接线图的方法，其改进在于：包含如下步骤：
步骤1、分析数据文件中的数据卡信息，生成网络中节点和连接图拓扑；
步骤2、根据数据卡中填写的线路参数，自动判断线路类型并计算线路长度；
步骤3、根据数据卡中节点名称的相似性、支路连接类型以及分区信息，自动将在同一电厂或变电站内的母线和线路汇集到一个站内；
步骤4、根据站内母线集合的名称以及站内的设备类型，自动生成该厂或站的名称；
步骤5、调用网络地图API，对自动生成的厂或站名称进行搜索，确定厂或站位置；
步骤6、对网络拓扑图进行自动优化，减少线路间交叉的次数；
步骤7、对网络拓扑图进行自动优化，调整厂或站间相对位置以及厂或站和线路间相对位置；
步骤8、自动加载潮流计算结果，显示电网潮流和电压。
其中，进一步而言：步骤5还包含如下工作过程：
5.1)调用网络地图api，对自动生成的厂或站名称进行搜索，获取地名和GPS坐标的搜索结果集合；
5.2)根据GPS坐标计算搜索结果中每2点的距离，使用聚类算法，根据距离远近的差别剔除搜索结果中的奇异点；
5.3)使用重心法，根据搜索结果中剩下的坐标集合，计算出该名称所处位置的GPS坐标；
5.4)使用计算出的坐标作为该厂或站的位置坐标。
其中，进一步而言：步骤6还包含如下工作过程：
6.1)将第5步确定的厂站位置代入拓扑图中，初步确定各站点间的相对位置；
6.2)使用进化算法对站点的位置进行调整，目的是减小站点间线路的交叉次数。
调整的规则是:6.2.1)已经由网络地图确定位置的厂站间相对位置不变，仅按照比例调整距离；
6.2.2)未查到位置的厂站，按照电压等级高低作为优先级顺序，先后调整；
6.2.3)尽量减少较高等级电压的线路交叉次数。
其中，进一步而言：步骤7还包含如下工作过程：
7.1)根据站点内最高电压等级的高低为站点赋给不同的质量因子；
7.2)根据每2个站点间斥力公式，计算各个站点受到的各个斥力；
7.3)根据站点和附近线路的垂直距离，计算线路对站点的斥力；
7.4)根据斥力的合力，计算出总斥力的方向和大小；
7.5)根据步骤2计算出的线路类型，获得线路的拉力因子；
7.6)根据步骤2计算出的线路长度，以及目前2个站点间的距离，计算此时线路的拉力；
7.7)根据各个站点连接线路，计算站点受到总拉力合力的方向和大小；
7.8)根据总拉力和总斥力合力的方向和大小，计算站点的位移量；7.9)重复7.2-7.8的流程，直到整个网络图达到较为稳定的状态。
本发明所产生的技术效果是实现了电网地理接线图的自动生成和优化，以可视化的形式显示电网中的潮流传输和电压分布。电力工作者能直观快速地获得所关注的潮流结果信息，避免繁杂的文本筛选和手工工作，大幅提高工作效率。
附图说明
图1为本发明利用BPA数据自动生成地理接线图的方法的工作流程图。
具体实施方式
本发明的核心思想是通过分析BPA程序的数据输入文件，生成基于节点和支路的网络拓扑图，然后根据节点命名规则以及节点间支路的特殊类型，将相关的节点聚类生成厂、站模型；根据厂站模型的名称和相关地名的GPS坐标，确定部分厂站间的相对位置；利用遗传算法等进化算法优化厂站间线路交叉重叠情况，并根据扩展力学算法调整厂站间的位置，最终得到电网的地理接线图并加载计算结果显示潮流。
请参阅图1所示，本发明提供如下步骤：
步骤1、分析数据文件中的数据卡信息，生成网络中节点和连接图拓扑；
步骤2、根据数据卡中填写的线路参数，自动判断线路类型并计算线路长度；
步骤3、根据数据卡中节点名称的相似性、支路连接类型以及分区信息，自动将在同一电厂或变电站内的母线和线路汇集到一个站内；
步骤4、根据站内母线集合的名称以及站内的设备类型，自动生成该厂或站的名称；
步骤5、调用网络地图API，对自动生成的厂或站名称进行搜索，确定厂或站位置；
步骤6、对网络拓扑图进行自动优化，减少线路间交叉的次数；
步骤7、对网络拓扑图进行自动优化，调整厂或站间相对位置以及厂或站和线路间相对位置；
步骤8、自动加载潮流计算结果，显示电网潮流和电压。
以下为本发明的具体案例：
1、分析数据文件中的数据卡信息，生成网络中节点和连接图拓扑。
2、根据数据卡中填写的线路参数，自动判断线路类型并计算线路长度。
例如，典型线路4XLGJQ-300参数如下表所示：
500kV，100MVA基准下，BPA数据输入文件中填写的123km线路数据的R/X/B分别为：
| 0.0012 | 0.0120 | 0.7080 |
根据数据文件中R/X，R/B，X/B三个值的比例关系，可以从典型参数列表里面找到此线路型号是4XLGJQ-300，然后根据每公里典型参数计算出线路长度。
3、根据数据卡中节点名称的相似性、支路连接类型以及分区信息，自动将在同一电厂或变电站内的母线和线路汇集到一个站内。
4、根据站内母线集合的名称以及站内的设备类型，自动生成该厂或站的名称；
5、根据网络地图确定厂站位置:
5.1)调用网络地图api，对自动生成的厂或站名称进行搜索，获取地名和GPS坐标的搜索结果集合；
5.2)根据GPS坐标计算搜索结果中每2点的距离，使用聚类算法，根据距离远近的差别剔除搜索结果中的奇异点；
5.3)使用重心法，根据搜索结果中剩下的坐标集合，计算出该名称所处位置的GPS坐标；
5.4)使用计算出的坐标作为该厂/站的位置坐标。
6、使用进化算法对网络拓扑图进行自动优化，减少线路间交叉的次数:
6.1)将第5步确定的厂站位置代入拓扑图中，初步确定各站点间的相对位置；
6.2)使用进化算法对站点的位置进行调整，目的是减小站点间线路的交叉次数。
调整的规则是:6.2.1)已经由网络地图确定位置的厂站间相对位置不变，仅按照比例调整距离；
6.2.2)未查到位置的厂站，按照电压等级高低作为优先级顺序，先后调整；
6.2.3)尽量减少较高等级电压的线路交叉次数。
7、使用扩展力学算法对网络拓扑图进行自动优化，调整厂或站间相对位置以及厂或站和线路间相对位置；
7.1)根据站点内最高电压等级的高低为站点赋给不同的质量因子；
7.2)根据每2个站点间斥力公式，计算各个站点受到的各个斥力；
7.3)根据站点和附近线路的垂直距离，计算线路对站点的斥力；
7.4)根据斥力的合力，计算出总斥力的方向和大小；
7.5)根据步骤2计算出的线路类型，获得线路的拉力因子；
7.6)根据步骤2计算出的线路长度，以及目前2个站点间的距离，计算此时线路的拉力；
7.7)根据各个站点连接线路，计算站点受到总拉力合力的方向和大小；
7.8)根据总拉力和总斥力合力的方向和大小，计算站点的位移量；7.9)重复7.2-7.8的流程，直到整个网络图达到较为稳定的状态。
8、自动加载潮流计算结果，显示电网潮流和电压。
Claims (1)
1.一种利用BPA数据自动生成地理接线图的方法，其特征在于：包含如下步骤：
步骤1、分析数据文件中的数据卡信息，生成网络中节点和连接图拓扑；
步骤2、根据数据卡中填写的线路参数，自动判断线路类型并计算线路长度；
步骤3、根据数据卡中节点名称的相似性、支路连接类型以及分区信息，自动将在同一电厂或变电站内的母线和线路汇集到一个站内；
步骤4、根据站内母线集合的名称以及站内的设备类型，自动生成该厂或站的名称；
步骤5、调用网络地图API，对自动生成的厂或站名称进行搜索，确定厂或站位置；
步骤6、对网络拓扑图进行自动优化，减少线路间交叉的次数；
步骤7、对网络拓扑图进行自动优化，调整厂或站间相对位置以及厂或站和线路间相对位置；
步骤8、自动加载潮流计算结果，显示电网潮流和电压；
步骤5还包含如下工作过程：
5.1)调用网络地图api，对自动生成的厂或站名称进行搜索，获取地名和GPS坐标的搜索结果集合；
5.2)根据GPS坐标计算搜索结果中每2点的距离，使用聚类算法，根据距离远近的差别剔除搜索结果中的奇异点；
5.3)使用重心法，根据搜索结果中剩下的坐标集合，计算出该名称所处位置的GPS坐标；
5.4)使用计算出的坐标作为该厂或站的位置坐标；
步骤6还包含如下工作过程：
6.1)将第5步确定的厂站位置代入拓扑图中，初步确定各站点间的相对位置；
6.2)使用进化算法对站点的位置进行调整，目的是减小站点间线路的交叉次数；
调整的规则是:
6.2.1)已经由网络地图确定位置的厂站间相对位置不变，仅按照比例调整距离；
6.2.2)未查到位置的厂站，按照电压等级高低作为优先级顺序，先后调整；
6.2.3)尽量减少较高等级电压的线路交叉次数；
步骤7还包含如下工作过程：
7.1)根据站点内最高电压等级的高低为站点赋给不同的质量因子；
7.2)根据每2个站点间斥力公式，计算各个站点受到的各个斥力；
7.3)根据站点和附近线路的垂直距离，计算线路对站点的斥力；
7.4)根据斥力的合力，计算出总斥力的方向和大小；
7.5)根据步骤2计算出的线路类型，获得线路的拉力因子；
7.6)根据步骤2计算出的线路长度，以及目前2个站点间的距离，计算此时线路的拉力；
7.7)根据各个站点连接线路，计算站点受到总拉力合力的方向和大小；
7.8)根据总拉力和总斥力合力的方向和大小，计算站点的位移量；
7.9)重复7.2-7.8的流程，直到整个网络图达到较为稳定的状态。
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