CN115203868A - 基于力导向算法的线路潮流图厂站布局生成方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了线路潮流图技术领域的基于力导向算法的线路潮流图厂站布局生成方法及系统，方法包括：结合厂站模型与线路模型进行拓扑分析，以厂站作为潮流图的节点，识别出厂站之间的连接关系；根据相连节点之间存在引力的原则，计算各个节点所受到的引力集合，并将引力转换为节点的位移；在节点受到引力的基础上，基于相同的方法将斥力转换为节点的位移；以潮流图的中心点为基准点设置惩罚函数，根据各节点与基准点的距离叠加引力效果，将引力转换为节点的位移；在达到动态平衡后，将节点位置映射到特定矩形边界上，生成线路潮流图厂站布局。本发明提高了潮流图的绘制效率且厂站布局均匀，降低了绘图工作量和维护成本，并提高了潮流图的准确性。

Description

基于力导向算法的线路潮流图厂站布局生成方法及系统

技术领域

本发明属于线路潮流图技术领域，具体涉及一种基于力导向算法的线路潮流图厂站布局生成方法及系统。

背景技术

电网潮流图对电网的运行管理人员非常重要，运行管理人员可以直观地通过电网潮流图对电网进行管理、方式调度及事故处理等工作。伴随着国民经济的快速发展，社会对于电力需求逐年上升，电力系统规模不断扩大，电网潮流图也越来越复杂，单纯依靠人工手动绘制潮流图则非常困难，工作量巨大；目前潮流图多采用人工绘制的方式，通过EMS中提供的手工绘图工具绘制电网潮流图。虽然人力手工绘制的潮流图比较符合调度运行人员的认知习惯，但这种方式维护工作量过大，并可能会出现不及时、不准确等问题，给电网调度运行人员的工作带来不便。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种基于力导向算法的线路潮流图厂站布局生成方法及系统，提高了潮流图的绘制效率且厂站布局均匀，降低了绘图工作量和维护成本，并提高了潮流图的准确性，同时又满足潮流图节点在矩形区域内的使用习惯。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

第一方面，提供一种基于力导向算法的线路潮流图厂站布局生成方法，包括：结合厂站模型与线路模型进行拓扑分析，以厂站作为潮流图的节点，识别出厂站之间的连接关系；根据相连节点之间存在引力的原则，计算各个节点所受到的引力集合，并将引力转换为节点的位移；根据节点之间存在斥力的原则，在节点受到引力的基础上，计算各个节点所受到的斥力集合，并将斥力转换为节点的位移；以潮流图的中心点为基准点设置惩罚函数，根据各节点与基准点的距离叠加引力效果，将引力转换为节点的位移；在所有节点达到动态平衡后，将节点位置映射到特定矩形边界上，生成线路潮流图厂站布局。

进一步地，通过以下公式，将引力转换为节点的位移：

其中，dx为节点在x方向的位移，dy为节点在y方向的位移，p_ox为待计算节点p_o的x坐标，p_kx为与节点p_o直接相连接的节点p_k的x坐标，p_oy为待计算节点p_o的y坐标，p_ky为与节点p_o直接相连接的节点p_k的y坐标，m为与节点p_o直接相连接的节点个数，w₁为x方向引力系数，w₂为y方向引力系数。

进一步地，通过以下公式，将斥力转换为节点的位移：

其中，p_0x为待计算节点p₀的x坐标，p_kx为节点p_k的x坐标，p_0y为待计算节点p₀的y坐标，p_ky为节点p_k的y坐标，n为节点总个数，c₁为x方向斥力系数，c₂为y方向斥力系数，l_k为待计算节点p₀与节点p_k之间的距离。

进一步地，根据各节点与基准点的距离叠加引力效果，将引力转换为节点的位移，具体为：在节点受到引力和斥力的基础上，叠加因设置惩罚函数带来的引力，通过以下公式计算：

其中，c_x为接线图的宽度，c_y为接线图的高度，g₁为x方向补偿系数，g₂为y方向补偿系数。

进一步地，将节点位置映射到特定矩形边界上，包括：以基准点为中心点，节点到中心点的距离为半径R，将圆周上的节点映射到以2R为边长的正方形上，映射的起始点90度方向切点，计算公式为：

p_ol＝2×a sin(1/(2×R)) (4)

其中，p_ol为节点p_o映射到矩形上后，新位置距离映射起始点的周长。

第二方面，提供一种基于力导向算法的线路潮流图厂站布局生成系统，包括：拓扑分析模块，用于结合厂站模型与线路模型进行拓扑分析，以厂站作为潮流图的节点，识别出厂站之间的连接关系；引力计算模块，用于根据相连节点之间存在引力的原则，计算各个节点所受到的引力集合，并将引力转换为节点的位移；斥力计算模块，用于根据节点之间存在斥力的原则，在节点受到引力的基础上，计算各个节点所受到的斥力集合，并将斥力转换为节点的位移；惩罚函数模块，用于以潮流图的中心点为基准点设置惩罚函数，根据各节点与基准点的距离叠加引力效果，将引力转换为节点的位移；几何位置映射模块，用于在所有节点达到动态平衡后，将节点位置映射到特定矩形边界上，生成线路潮流图厂站布局。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：本发明通过采用力导向为基础的节点布局方法，实现节点运动的动态平衡；在动态平衡的过程中引入惩罚函数约束节点运动，平衡后节点的均布度得到提高；在动态平衡后采用节点位置几何映射的方法，节点(厂站)布局均匀，提高了潮流图的绘制效率，降低了绘图工作量和维护成本，并提高了潮流图的准确性，同时又满足潮流图节点在矩形区域内的使用习惯。

附图说明

图1是本发明实施例基于力导向算法的线路潮流图厂站布局框架示意图；

图2是本发明实施例基于力导向算法的线路潮流图厂站布局过程示意图；

图3是本发明实施例基于力导向算法的线路潮流图厂站布局实例效果图(一)；

图4是本发明实施例基于力导向算法的线路潮流图厂站布局实例效果图(二)；

图5是本发明实施例基于力导向算法的线路潮流图厂站布局实例效果图(三)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

如图1、图2所示，一种基于力导向算法的线路潮流图厂站布局生成方法，包括：结合厂站模型与线路模型进行拓扑分析，以厂站作为潮流图的节点，识别出厂站之间的连接关系；根据相连节点之间存在引力的原则，计算各个节点所受到的引力集合，并将引力转换为节点的位移；根据节点之间存在斥力的原则，在节点受到引力的基础上，计算各个节点所受到的斥力集合，并将斥力转换为节点的位移；以潮流图的中心点为基准点设置惩罚函数，根据各节点与基准点的距离叠加引力效果，将引力转换为节点的位移；在所有节点达到动态平衡后，将节点位置映射到特定矩形边界上，生成线路潮流图厂站布局。

步骤1、拓扑分析：结合厂站模型与线路模型进行拓扑分析，以厂站作为潮流图的节点，识别出厂站之间的连接关系。

作为一种具体实施方式，在调度技术支持系统中，厂站模型与线路模型的连接关系可以根据连接点号来推导。每个厂站自带一个连接点号，线路包括首端连接点号与末端连接点号，首端连接点号与末端连接点号与厂站的连接点号对应。

通过对线路首末端点号的索引即可得知厂站模型的连接关系。

步骤2、引力计算：根据相连节点之间存在引力的原则，计算各个节点所受到的引力集合，并将引力转换为节点的位移。

作为一种具体实施方式，依次计算各节点受到引力作用后，x方向与y方向的位移值。节点x方向位移dx与节点y方向位移dy的计算公式为：

其中，dx为节点在x方向的位移，dy为节点在y方向的位移，p_ox为待计算节点p_o的x坐标，p_kx为与节点p_o直接相连接的节点p_k的x坐标，p_oy为待计算节点p_o的y坐标，p_ky为与节点p_o直接相连接的节点p_k的y坐标，m为与节点p_o直接相连接的节点个数，w₁为x方向引力系数，w₂为y方向引力系数。

w₁与w₂的取值范围为：w₁∈(0，1)，w₂∈(0，1)。

步骤3、斥力计算：根据节点之间存在斥力的原则，在节点受到引力的基础上，计算各个节点所受到的斥力集合，并将斥力转换为节点的位移。

作为一种具体实施方式，叠加步骤2节点x方向位移dx与节点y方向位移dy的基础之上，计算各节点斥力作用后引起的总位移，计算公式为：

其中，p_0x为待计算节点p₀的x坐标，p_kx为节点p_k的x坐标，p_0y为待计算节点p₀的y坐标，p_ky为节点pk的y坐标，n为节点总个数，c₁为x方向斥力系数，c₂为y方向斥力系数，l_k为待计算节点p₀与节点p_k之间的距离；c₁与c₂的取值范围为：c₁∈(0，2)，c₂∈(0，2)。

步骤4、惩罚函数：以潮流图的中心点为基准点设置惩罚函数，根据各节点与基准点的距离叠加引力效果，将引力转换为节点的位移。

作为一种具体实施方式，步骤4中，惩罚函数是以潮流图中心点为基准点位，离基准点距离越远，引力作用越大，反之越小，叠加步骤3节点x方向位移dx与节点y方向位移dy的基础之上计算惩罚函数引起的位移，计算公式为：

其中，c_x为接线图的宽度，c_y为接线图的高度，g₁为x方向补偿系数，g₂为y方向补偿系数；g₁与g₂的取值范围为：g₁∈(0，1)，g₂∈(0，1)。

步骤5、几何位置映射算法：在所有节点达到动态平衡后，将节点位置映射到特定矩形边界上，生成线路潮流图厂站布局。

作为一种具体实施方式，步骤5中，其运行条件是所有节点达到了运动平衡，即dx＝0，dy＝0，通过迭代计算，节点位置不再发生变化。通过以步骤4中基准点为中心点，节点到中心点的距离为半径R，将圆周上的节点映射到以2R为边长的正方形上(正方形为圆的外切圆)，映射的起始点90度方向切点。计算公式为：

p_ol＝2×a sin(1/(2×R)) (4)

其中，p_ol为节点p_o映射到矩形上后，新位置距离映射起始点的周长。

为了验证本发明方案的有效性，进行如下仿真实验。

模拟真实线路潮流图构建厂站节点27个并分别编索引号1-27，构建节点之间线路39条。模拟应用先执行步骤1，步骤2与步骤3验证力导向算法有效性，执行结果如图3所示；然后执行步骤1、步骤2、步骤3与步骤4验证惩罚函数的有效性，执行结果如图4所示；最后执行步骤1、步骤2、步骤3、步骤4、步骤5，验证几何映射算法的有效性，同时验证专利最终整体执行结果的有效性，执行结果如图5所示。

利用本方案，能够生成准确、符合用户绘图习惯、布局均匀，节点位置合理的潮流图布。

实施例二：

基于实施例一所述的一种基于力导向算法的线路潮流图厂站布局生成方法，本实施例提供一种基于力导向算法的线路潮流图厂站布局生成系统，包括：

拓扑分析模块，用于结合厂站模型与线路模型进行拓扑分析，以厂站作为潮流图的节点，识别出厂站之间的连接关系；

引力计算模块，用于根据相连节点之间存在引力的原则，计算各个节点所受到的引力集合，并将引力转换为节点的位移；

斥力计算模块，用于根据节点之间存在斥力的原则，在节点受到引力的基础上，计算各个节点所受到的斥力集合，并将斥力转换为节点的位移；

惩罚函数模块，用于以潮流图的中心点为基准点设置惩罚函数，根据各节点与基准点的距离叠加引力效果，将引力转换为节点的位移；

几何位置映射模块，用于在所有节点达到动态平衡后，将节点位置映射到特定矩形边界上，生成线路潮流图厂站布局。

本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种基于力导向算法的线路潮流图厂站布局生成方法，其特征在于，包括：

结合厂站模型与线路模型进行拓扑分析，以厂站作为潮流图的节点，识别出厂站之间的连接关系；

根据相连节点之间存在引力的原则，计算各个节点所受到的引力集合，并将引力转换为节点的位移；

根据节点之间存在斥力的原则，在节点受到引力的基础上，计算各个节点所受到的斥力集合，并将斥力转换为节点的位移；

以潮流图的中心点为基准点设置惩罚函数，根据各节点与基准点的距离叠加引力效果，将引力转换为节点的位移；

在所有节点达到动态平衡后，将节点位置映射到特定矩形边界上，生成线路潮流图厂站布局。

2.根据权利要求1所述的基于力导向算法的线路潮流图厂站布局生成方法，其特征在于，通过以下公式，将引力转换为节点的位移：

其中，dx为节点在x方向的位移，dy为节点在y方向的位移，p_ox为待计算节点p_o的x坐标，p_kx为与节点p_o直接相连接的节点p_k的x坐标，p_oy为待计算节点p_o的y坐标，p_ky为与节点p_o直接相连接的节点p_k的y坐标，m为与节点p_o直接相连接的节点个数，w₁为x方向引力系数，w₂为y方向引力系数。

3.根据权利要求2所述的基于力导向算法的线路潮流图厂站布局生成方法，其特征在于，通过以下公式，将斥力转换为节点的位移：

其中，p_0x为待计算节点p₀的x坐标，p_kx为节点p_k的x坐标，p_0y为待计算节点p₀的y坐标，p_ky为节点p_k的y坐标，n为节点总个数，c₁为x方向斥力系数，c₂为y方向斥力系数，l_k为待计算节点p₀与节点p_k之间的距离。

4.根据权利要求3所述的基于力导向算法的线路潮流图厂站布局生成方法，其特征在于，根据各节点与基准点的距离叠加引力效果，将引力转换为节点的位移，具体为：在节点受到引力和斥力的基础上，叠加因设置惩罚函数带来的引力，通过以下公式计算：

其中，c_x为接线图的宽度，c_y为接线图的高度，g₁为x方向补偿系数，g₂为y方向补偿系数。

5.根据权利要求4所述的基于力导向算法的线路潮流图厂站布局生成方法，其特征在于，将节点位置映射到特定矩形边界上，包括：以基准点为中心点，节点到中心点的距离为半径R，将圆周上的节点映射到以2R为边长的正方形上，映射的起始点90度方向切点，计算公式为：

p_ol＝2×asin(1/(2×R)) (4)

其中，p_ol为节点p_o映射到矩形上后，新位置距离映射起始点的周长。

6.一种基于力导向算法的线路潮流图厂站布局生成系统，其特征在于，包括：

拓扑分析模块，用于结合厂站模型与线路模型进行拓扑分析，以厂站作为潮流图的节点，识别出厂站之间的连接关系；

引力计算模块，用于根据相连节点之间存在引力的原则，计算各个节点所受到的引力集合，并将引力转换为节点的位移；

斥力计算模块，用于根据节点之间存在斥力的原则，在节点受到引力的基础上，计算各个节点所受到的斥力集合，并将斥力转换为节点的位移；

惩罚函数模块，用于以潮流图的中心点为基准点设置惩罚函数，根据各节点与基准点的距离叠加引力效果，将引力转换为节点的位移；

几何位置映射模块，用于在所有节点达到动态平衡后，将节点位置映射到特定矩形边界上，生成线路潮流图厂站布局。

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