專(zhuān)利名稱(chēng)：電力調(diào)度大屏輸電網(wǎng)單線(xiàn)圖的自動(dòng)布局方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力調(diào)度自動(dòng)化領(lǐng)域，具體涉及一種電力調(diào)度大屏輸電網(wǎng)單線(xiàn)圖的自
動(dòng)布局方法。
背景技術(shù)：
電力調(diào)度大屏一般呈現(xiàn)為長(zhǎng)條形，其上的輸電網(wǎng)單線(xiàn)圖或在單線(xiàn)圖上增加斷路器狀態(tài)、潮流及潮流方向的潮流圖，要求布局和走線(xiàn)清晰，從而使調(diào)度人員一 目了然，便于調(diào)度決策。目前該單線(xiàn)圖或潮流圖還是多采用人工繪制的方式，但隨著變電站和線(xiàn)路的不斷增加，借助于人力來(lái)繪制輸電網(wǎng)接線(xiàn)圖的任務(wù)越來(lái)越艱巨，并且生成的調(diào)度大屏接線(xiàn)圖越來(lái)越呈現(xiàn)出擁擠凌亂的狀態(tài)，給調(diào)度人員的辨識(shí)帶來(lái)困難，所以開(kāi)發(fā)大屏輸電網(wǎng)接線(xiàn)圖自動(dòng)生成系統(tǒng)是一項(xiàng)急需的工作。 國(guó)內(nèi)外對(duì)調(diào)度大屏輸電網(wǎng)自動(dòng)生成研究較少。新加坡學(xué)者提出了"最短的連接線(xiàn)、最少的交叉、元件均勻分布"的原則，提出的方法以輸電網(wǎng)絡(luò)為主要研究對(duì)象，以發(fā)電廠(chǎng)為電源點(diǎn)，并以其出發(fā)，建立有向樹(shù)，離根部級(jí)數(shù)相同的元件(母線(xiàn)、斷路器)放置在相同的縱坐標(biāo)上，顯然這種排法與常規(guī)的調(diào)度用輸電網(wǎng)單線(xiàn)圖布局不一致。國(guó)內(nèi)曾有學(xué)者(可參見(jiàn)《電力系統(tǒng)自動(dòng)化》2007,31 (24) :12-15和《電網(wǎng)技術(shù)》2008,32(21) :9-12)提出采用優(yōu)化方法進(jìn)行輸電單線(xiàn)圖的嘗試，但其自動(dòng)布局方法只考慮了連線(xiàn)的總長(zhǎng)度作為目標(biāo)函數(shù)，而且優(yōu)化方法是采用了類(lèi)似局部搜索優(yōu)化的算法，這樣容易使得目標(biāo)函數(shù)陷入局部極值點(diǎn)而無(wú)法跳出，給自動(dòng)布局布線(xiàn)帶來(lái)難以處理的情況。 布局布線(xiàn)理論和應(yīng)用在集成電路、材料切割等不規(guī)則多邊形布局、容器構(gòu)件布局等得到了較為廣泛的研究和應(yīng)用；電力調(diào)度大屏輸電網(wǎng)潮流圖是在單線(xiàn)圖上增加實(shí)時(shí)信息顯示，因此其自動(dòng)生成，可分解為單線(xiàn)圖布局、單線(xiàn)圖布線(xiàn)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接入三個(gè)步驟。布局時(shí)若能充分考慮到布線(xiàn)的特性，則布局可以獨(dú)立于布線(xiàn)進(jìn)行；布局是自動(dòng)成圖最重要的環(huán)節(jié)，直接決定了最后圖紙的效果，也決定了走線(xiàn)可能的最佳效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電力調(diào)度大屏輸電網(wǎng)單線(xiàn)圖的自動(dòng)布局方法。 本發(fā)明方法包括兩個(gè)步驟，第一步為供區(qū)和地區(qū)布局，第二步為供區(qū)和地區(qū)內(nèi)變電站布局。 第一步供區(qū)和地區(qū)布局的具體方法是 步驟(1)建立輸電網(wǎng)中的變電站和線(xiàn)路的數(shù)學(xué)模型； 變電站數(shù)學(xué)模型Sub(i， j， k， m， n) ， Sub(i， j， k， m， n) = Sub(SubID， Source (i)，Distict(j)， VoltageS(k)， m， n);其中，SubID為變電站的標(biāo)識(shí)碼；Source為變電站的供區(qū)屬性，i為供區(qū)編號(hào)；District為變電站的地區(qū)屬性，j為地區(qū)編號(hào)；VoltageS為變電站最高電壓等級(jí)屬性，k為電壓等級(jí)編號(hào)；m， n分別是在調(diào)度大屏的網(wǎng)格坐標(biāo)，m G [1， M]，n G [1， N] ， M為調(diào)度大屏的寬度；N為調(diào)度大屏的長(zhǎng)度； 線(xiàn)路數(shù)學(xué)模型Line (k) ， Line (k) = Line (LineID， VoltageL(k) ， SubIDl， SublD2);其中，LineID為線(xiàn)路標(biāo)識(shí)碼；VoltageL為線(xiàn)路電壓等級(jí)屬性，k為電壓等級(jí)編號(hào)，SubIDl為該線(xiàn)路的起端變電站標(biāo)識(shí)碼，SublD2為該線(xiàn)路的末端變電站標(biāo)識(shí)碼；
步驟(2)供區(qū)優(yōu)化布置求解；
步驟a.建立供區(qū)優(yōu)化模型； 設(shè)定供區(qū)按照矩形方式占據(jù)空間，其優(yōu)化布置模型為Source (i)， Source (i)=SOU(i，n_substation_i，Lx_i，Ly_i，Xi，Yi);其中i為供區(qū)編號(hào)，設(shè)總供電區(qū)塊有imax ;n_substation」為該供區(qū)該電壓等級(jí)的變電站數(shù)量，Lx」為該供區(qū)的水平占格數(shù)量、Ly」為該供區(qū)的垂直方向占格數(shù)量，Xi， Yi為該供區(qū)中心右下角坐標(biāo)。則有
Lx_iXLy_i《n_substation_i
Xi《M
Yi《N
Xi+Lx_i《M
Yi+Ly_i《N 供區(qū)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)Ls(l)， Ls(l) = Ls(LineID， VoltageL(k)， Source (i)， Source (j));其中LineID為線(xiàn)路標(biāo)識(shí)碼；該聯(lián)絡(luò)線(xiàn)連接的供區(qū)編號(hào)分別為i和j。 在給定矩形容器中放入具有連接的imax塊矩形，要求浪費(fèi)的網(wǎng)格數(shù)最少，同時(shí)具
有聯(lián)絡(luò)線(xiàn)的區(qū)塊之間距離最短，并盡可能減少聯(lián)絡(luò)線(xiàn)交叉數(shù)量。 步驟b.利用輔助布局工具或自動(dòng)求解方法來(lái)進(jìn)行布局求解； 所述的輔助布局工具求解采用基于Java script (簡(jiǎn)寫(xiě)js)腳本控制的
SVG(Scalable Vector Gr即hics，可縮放矢量圖形)圖形求解；Java腳本中包含了各區(qū)的
變電站數(shù)量和區(qū)間的連線(xiàn)關(guān)系供區(qū)圖元為矩形，可以拖動(dòng)，其長(zhǎng)寬可以調(diào)整，調(diào)整時(shí)其矩
形大小同時(shí)調(diào)整，即長(zhǎng)寬之積小于該區(qū)的總變電站數(shù)；供區(qū)若存在聯(lián)絡(luò)線(xiàn)，則有一連線(xiàn)連接
兩供區(qū)間的中心坐標(biāo)；該可視化工具，人工可調(diào)整供區(qū)相對(duì)位置、供區(qū)占空間大小，及判斷
是否存在交叉。該工具將分區(qū)參數(shù)即布局結(jié)果寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)，完成布局求解。 所述的自動(dòng)求解方法 首先在模型Source (i)中引入供區(qū)重心的坐標(biāo)(X0i， Y0i)。
Source (i) = SOU (i ， n_substation_i ， Lx_i ， Ly_i ， Xi ， Yi ;X0i ， Y0i)
引入供區(qū)關(guān)聯(lián)的兩種類(lèi)型即強(qiáng)關(guān)聯(lián)和緊挨關(guān)聯(lián)，
所述的強(qiáng)關(guān)聯(lián)為具有聯(lián)絡(luò)線(xiàn)關(guān)聯(lián)的兩個(gè)供區(qū)； 所述的緊挨關(guān)聯(lián)設(shè)定兩個(gè)參數(shù)(e x， e y)，作為兩供區(qū)之間上下左右關(guān)系的判別依據(jù)|X0i-X0j|《ex，則i、j供區(qū)左右緊挨；lY0i-Y0j《ey，則i、j供區(qū)上下緊挨。
然后進(jìn)行求解；
求解的具體步驟如下 b-1選擇最北側(cè)的一個(gè)供區(qū)SO (xO最小)，并確定調(diào)度大屏最右大塊的供區(qū)組成和空間分配 b-1-1選擇最北側(cè)的一個(gè)供區(qū)SO (xO最小)
b-1-2尋找與SO具有強(qiáng)關(guān)聯(lián)的供區(qū)集合SQ ;
b-1-3尋找SO上下緊挨關(guān)聯(lián)的供區(qū)集合SA ; b-l-4若SQ和SA存在交集，則交集的供區(qū)與S0共同組成調(diào)度大屏最右側(cè)的占?jí)K； 若SQ和SA不存在交集，且SA非空，則選擇SA與SO共同組成調(diào)度大屏最右側(cè)的占?jí)K；若SQ 和SA不存在交集，且SA為空，則選擇SQ與SO共同組成調(diào)度大屏最右側(cè)的占?jí)K；若SQ、 SA 全為空，則SO獨(dú)立占用最由側(cè)的占?jí)K。
b-1-5最右側(cè)的占?jí)K空間分配為 假定選擇行數(shù)為N，則最右塊的水平方向總占列數(shù)1' x為選擇占位的供區(qū)變電 站數(shù)量除以N后的最小整數(shù)之和，參與占位的供區(qū)的垂直占位數(shù)為其供區(qū)變電站數(shù)量除以 1' x后的最小整數(shù)。然后按照各參與最右塊的占位的供區(qū)上下關(guān)系依次至上而下分配空 間。 b-1-6將以上確定的調(diào)度大屏最右側(cè)占?jí)K的供區(qū)作為整體SR。 b_2確定與調(diào)度大屏已確定的右塊的左邊大塊的供區(qū)組成和空間分配 b-2-1在余下未布置的供區(qū)中選擇與SR具有強(qiáng)關(guān)聯(lián)的供區(qū)集合SQ1 ; b-2-2在余下未布置的供區(qū)中選擇與SR左緊挨關(guān)聯(lián)的供區(qū)集合SA1 ; b-2-3若SQ1和SA1的并集非空，則SQ1和SA1的并集為已確定的調(diào)度大屏右塊的
左緊挨大塊的供區(qū)組成，并按照步驟b-1-5確定空間分配。若SQ1和SA1的并集為空，則按
照步驟b-l的流程尋找余下最北側(cè)的一個(gè)供區(qū)，并按照步驟b-l的流程選擇已確定的調(diào)度
大屏右塊的左緊挨大塊的供區(qū)組成和空間分配。 重復(fù)步驟(2)，一直到所有供區(qū)均進(jìn)行了布局。 步驟(3)地區(qū)優(yōu)化布置求解；所述的地區(qū)優(yōu)化布置求解的方法與供區(qū)優(yōu)化布置求 解的方法相同，只是求解的對(duì)象不同。 第二步供區(qū)和地區(qū)內(nèi)變電站布局的具體方法是 采用隨機(jī)優(yōu)化方法。首先需要獲取該變電站初始布局，然后隨機(jī)選取區(qū)塊內(nèi)的兩 個(gè)變電站subl、sub2，將subl與sub2的坐標(biāo)相互交換，最后重新計(jì)算目標(biāo)函數(shù)F。
所述的目標(biāo)函數(shù)F為線(xiàn)路間的交叉數(shù)與線(xiàn)路曼哈頓距離的復(fù)合函數(shù)
F = N+w D 其中N為總的線(xiàn)路交叉點(diǎn)個(gè)數(shù)，D為總的曼哈頓距離，w為權(quán)重因子，通過(guò)多次試驗(yàn) 比較得到。 N的計(jì)算方法如下在布局中，采用變電站之間直接連線(xiàn)作為布線(xiàn)的基本規(guī)則，但 是在計(jì)算線(xiàn)路交叉點(diǎn)數(shù)時(shí)必須顧及未來(lái)走線(xiàn)的繞過(guò)直接連線(xiàn)的可能，尤其是在具有連接的 變電站在同 一水平或垂直線(xiàn)上。 最一般的情況是兩條線(xiàn)段之間的交叉，設(shè)第一條線(xiàn)段的兩端變電站坐標(biāo)分別為 (xl，yl)、(x2，y2)，另一條線(xiàn)段的兩端變電站坐標(biāo)分別為(x3， y3) 、 (x4， y4);通過(guò)建立直線(xiàn) 方程，計(jì)算交點(diǎn)坐標(biāo)O(xO，yO);只要同時(shí)滿(mǎn)足如下兩式，則交點(diǎn)個(gè)數(shù)便為1。
(xO-xl) (x0-x2) < 0
(x0-x3) (x0-x4) < 0 另外，在布局圖中變電站之間的連線(xiàn)穿越了其他變電站的中心，計(jì)算交叉點(diǎn)時(shí)必
須考慮到輸電網(wǎng)單線(xiàn)圖走線(xiàn)規(guī)則的約束，以可能的最小交叉點(diǎn)作為交叉點(diǎn)數(shù)。 D的計(jì)算方法如下設(shè)存在線(xiàn)路連接的兩變電站坐標(biāo)分別為(xl，yl)， (x2，y2)，則
7該線(xiàn)路的曼哈頓距離d， d = |xl-x2| + |yl-y2| ;則D為所有線(xiàn)路曼哈頓距離之和。
所述的隨機(jī)優(yōu)化方法采用模擬退火算法。 本發(fā)明對(duì)于供區(qū)內(nèi)變電站布置，建立的復(fù)合目標(biāo)函數(shù)不僅考慮了線(xiàn)路交叉盡可能 少，相連變電站之間距離盡可能短，也考慮了后續(xù)布線(xiàn)的效果，可以避免布局-布線(xiàn)多次循 環(huán)；基于隨機(jī)模擬退火算法的自動(dòng)布局算法，能獲得全局優(yōu)化解，實(shí)現(xiàn)了許多局部?jī)?yōu)化方法 不能達(dá)到的效果


圖1是本發(fā)明的調(diào)度大屏網(wǎng)格劃分及布局狀態(tài)下的輸電網(wǎng)單線(xiàn)圖；
圖2是本發(fā)明的由js腳本控制的SVG輔助分區(qū)布局工具；
圖3是本發(fā)明的供區(qū)最終布局； 圖4是本發(fā)明的計(jì)算變電站線(xiàn)路交叉點(diǎn)的計(jì)算常見(jiàn)情況；
圖5為本發(fā)明的計(jì)算變電站線(xiàn)路交叉點(diǎn)的一種特殊情況；
圖6為本發(fā)明的計(jì)算變電站線(xiàn)路交叉點(diǎn)的另一種特殊情況；
圖7為供區(qū)內(nèi)優(yōu)化前變電站布局；
圖8為供區(qū)內(nèi)優(yōu)化后變電站布局； 圖9為供區(qū)優(yōu)化后變電站位置微小移動(dòng)后的布線(xiàn)效果。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施案例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。 圖1是本發(fā)明的調(diào)度大屏網(wǎng)格劃分及布局狀態(tài)下的輸電網(wǎng)單線(xiàn)圖，變電站為水平 放置的矩形，占據(jù)某一個(gè)網(wǎng)格；兩變電站之間存在的線(xiàn)路采用變電站中心之間的連線(xiàn)。
圖2是本發(fā)明的由Java Script (簡(jiǎn)寫(xiě)js)為腳本控制的SVG輔助分區(qū)布局工具。 某省220kV及以上變電站劃分為13個(gè)供區(qū)；供區(qū)采用長(zhǎng)寬格數(shù)可調(diào)節(jié)的活動(dòng)矩形，可拖動(dòng)， 矩形大小可以調(diào)整，即長(zhǎng)寬之積小于該區(qū)的總變電站數(shù)；供區(qū)若存在聯(lián)絡(luò)線(xiàn)，則有一連線(xiàn)連 接兩供區(qū)間的中心坐標(biāo)；該可視化工具，人工可調(diào)整供區(qū)相對(duì)位置、供區(qū)占空間大小，及直 覺(jué)判斷是否存在交叉，是很好的人工輔助供區(qū)布局工具。該工具可以將分區(qū)參數(shù)即布局參 數(shù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)。 圖3是本發(fā)明的某省13個(gè)供區(qū)的最終布局圖 圖4是本發(fā)明的計(jì)算變電站線(xiàn)路交叉點(diǎn)的計(jì)算常見(jiàn)情況。 圖5和圖6為本發(fā)明的計(jì)算變電站線(xiàn)路交叉點(diǎn)的特殊情況。由于在布局圖中變 電站之間的連線(xiàn)穿越了其他變電站的中心，計(jì)算交叉點(diǎn)時(shí)必須考慮到輸電網(wǎng)單線(xiàn)圖走線(xiàn)規(guī) 則的約束，即有些特殊情況不能通過(guò)一般線(xiàn)段交叉的解決方案來(lái)處理，如圖5情況，subl與 sub2、 sub4與sub5、 sub3與sub6、 sub3與sub7之間存在連線(xiàn)；如果subl與sub2之間連 線(xiàn)L12從subl按向上箭頭方向走線(xiàn)，則會(huì)產(chǎn)生2個(gè)交點(diǎn)，若按向下箭頭方向走線(xiàn)則會(huì)產(chǎn)生 1個(gè)交點(diǎn)，而走線(xiàn)規(guī)則中L12會(huì)按向下箭頭方向走線(xiàn)，所以此時(shí)交叉點(diǎn)數(shù)記為1，因此在計(jì)算 此類(lèi)情況交叉點(diǎn)數(shù)時(shí)，水平連線(xiàn)的上方與下方中交叉數(shù)少的作為目標(biāo)函數(shù)中的交點(diǎn)個(gè)數(shù)， 垂直連線(xiàn)按相同原理計(jì)算。 兩條線(xiàn)路有部分重合時(shí)，交叉點(diǎn)的計(jì)算也需要考慮走線(xiàn)規(guī)則，如圖6，subl與sub2之間有連線(xiàn)L12， sub3與sub4之間有連線(xiàn)L34， sub3與sub5之間有連線(xiàn)L35，布局圖中這
三條線(xiàn)路都有重合，但我們可以看出，最終所得的布線(xiàn)圖是按照箭頭的方向來(lái)走線(xiàn)的，所以
這種重合的線(xiàn)路不計(jì)入交叉點(diǎn)數(shù)。 區(qū)塊內(nèi)變電站優(yōu)化布置的具體方法是 采用隨機(jī)優(yōu)化方法。首先需要獲取該變電站初始布局，然后隨機(jī)選取此區(qū)塊內(nèi)的 兩個(gè)變電站subl、 sub2，將subl與sub2的坐標(biāo)相互交換，最后重新計(jì)算目標(biāo)函數(shù)值。
所述的隨機(jī)優(yōu)化方法采用模擬退火算法；
模擬退火算法基本思想 初始化初始溫度T (充分大)，初始解狀態(tài)S (是算法迭代的起點(diǎn))，每個(gè)T值的迭 代次數(shù)L ; 對(duì)k = 1，， L做第3步至第6步； 產(chǎn)生新解S'; 計(jì)算增量At' =C(S' )-C(S)，其中C(S)為目標(biāo)函數(shù); 若At' 〈0則接受S'作為新的當(dāng)前解，否則以概率e鄧(-At' /T)接受S'作 為新的當(dāng)前解； 如果滿(mǎn)足終止條件則輸出當(dāng)前解作為最優(yōu)解，結(jié)束程序，終止條件通常取為連續(xù)
若干個(gè)新解都沒(méi)有被接受時(shí)終止算法； T逐漸減少，且T-〉 0，然后轉(zhuǎn)第2步。 所述的目標(biāo)函數(shù)為線(xiàn)路間的交叉數(shù)與線(xiàn)路曼哈頓距離綜合，即復(fù)合目標(biāo)函數(shù)
F = N+w D N為總的交叉點(diǎn)個(gè)數(shù)，D為總的曼哈頓距離，w為權(quán)重因子，N與D可通過(guò)計(jì)算得到， w通過(guò)多次試驗(yàn)比較得到，如表l可見(jiàn)，優(yōu)化后的結(jié)果都可以接受，初步比較我們可以確定w 在0. 3到0. 6之間較為合適取w為0. 5。
表1權(quán)重因子影響優(yōu)化結(jié)果
供區(qū)初始N初始D權(quán)重因子w優(yōu)化后N優(yōu)化后D
供區(qū)一67970, 1055
67970. 3047
67970. 6046
67970. 9046
供區(qū)二11570. 1038
11570. 3033
11570. 6131
11570. 9133 確定算法過(guò)程條件
(l)初始溫度TO選取 初始溫度要求足夠高，這樣才能在初始溫度下，使問(wèn)題的求解以等概率處于任何
一個(gè)狀態(tài)。TO的選取可以采用升溫的方法，設(shè)初始接受概率為P0 = 0. 95，初始溫度TO =
1，隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)狀態(tài)序列，并按下式計(jì)算該序列的接受概率
接受概調(diào)
接受的狀態(tài)數(shù)
產(chǎn)生的狀態(tài)總數(shù) 如果接受概率小于P0，則按T0 = 2W0提高溫度，重新計(jì)算接受概率并比較，直到 接受概率大于PO。本次設(shè)計(jì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)多次調(diào)整，確定TO選取為1300。
(2)溫度的下降方法 退火過(guò)程要求溫度下降得足夠緩慢，我們采用等比例下降法，設(shè)置一個(gè)接近為1 但小于1的衰減系數(shù)，使得溫度每次以相同的比率下降，如下式，Tk是當(dāng)前溫度，Tk+1是下 一個(gè)時(shí)刻的溫度，a為衰減系數(shù)。 Tk+1 = a Tk (a = 0.9985) (k = 0，l，…)
(3)每一溫度下的停止準(zhǔn)則 在每一個(gè)溫度下，模擬退火算法都要求產(chǎn)生足夠的狀態(tài)交換，我們采用了最簡(jiǎn)單 的一種停止準(zhǔn)則，即固定長(zhǎng)度法，在每一個(gè)溫度下都采用相同的Lk， Lk的選取與具體的問(wèn) 題相關(guān)，一般與鄰域的大小直接關(guān)聯(lián)，通常選擇為問(wèn)題規(guī)模n的一個(gè)多項(xiàng)式函數(shù)。本次設(shè)計(jì) 中，問(wèn)題規(guī)模n為單個(gè)供區(qū)內(nèi)的變電站總的個(gè)數(shù)，產(chǎn)生新解策略是兩兩交換變電站位置，所 以L(fǎng)k選取為11* (n-l)/2。 [OWO] (4)算法的終止準(zhǔn)則 為了綜合優(yōu)化時(shí)間與優(yōu)化質(zhì)量，我們采取了兩種算法終止準(zhǔn)則，一種是經(jīng)過(guò)多次 調(diào)整設(shè)置終止溫度Te = 0. 000008，當(dāng)溫度TO下降到T < Te后，算法終止。另一種是當(dāng)目 標(biāo)函數(shù)值長(zhǎng)時(shí)間無(wú)變化時(shí)也結(jié)束優(yōu)化。 以有19個(gè)變電站的含山供區(qū)為例，供區(qū)布局結(jié)果是在4X5的網(wǎng)格內(nèi)進(jìn)行變電站 基于變電站地理坐標(biāo)離散化的初始布局解法 依據(jù)變電站坐標(biāo)，按x、y方向排序，并離散化得到19X 19的屬性矩陣，并將其壓縮 到4 X 5的矩陣，即可獲取其初始布局，如圖7 。
優(yōu)化結(jié)果及分析 圖7顯示的初始布局，變電站之間的連線(xiàn)交叉非常多，且位置很不合理，對(duì)自動(dòng)布
線(xiàn)帶來(lái)極大的困難。圖8是優(yōu)化計(jì)算后的布局，圖9將其變電站位置在網(wǎng)格內(nèi)進(jìn)行了一點(diǎn)
偏移，來(lái)示意其布線(xiàn)的可能途徑，此圖表明線(xiàn)路交叉點(diǎn)數(shù)已降為O。另外表2顯示了優(yōu)化前
后的目標(biāo)函數(shù)、交叉點(diǎn)數(shù)、曼哈頓距離的變化，可見(jiàn)已達(dá)到非常理想的效果。 表2含山供區(qū)優(yōu)化前后數(shù)據(jù)變化
含山供區(qū)交叉點(diǎn)數(shù)曼哈頓距離目標(biāo)函數(shù)值
優(yōu)化前6677104. 5
優(yōu)化后03517. 5 某省220kV及以上變電站組成的220kV電網(wǎng)，變電站節(jié)點(diǎn)數(shù)為248，220kV線(xiàn)路為 519條，對(duì)于某一給定行數(shù)的布局計(jì)算所需時(shí)間為1個(gè)小時(shí)左右；500kV電網(wǎng)由于節(jié)點(diǎn)與線(xiàn) 路少，布局只需15分鐘左右；表明其算法是現(xiàn)實(shí)可行的。
權(quán)利要求
電力調(diào)度大屏輸電網(wǎng)單線(xiàn)圖的自動(dòng)布局方法，該方法包括兩個(gè)步驟，第一步為供區(qū)和地區(qū)布局，第二步為供區(qū)和地區(qū)內(nèi)變電站布局；其特征在于第一步供區(qū)和地區(qū)布局的具體方法是步驟(1).建立輸電網(wǎng)中的變電站和線(xiàn)路的數(shù)學(xué)模型；變電站數(shù)學(xué)模型Sub(i，j，k，m，n)，Sub(i，j，k，m，n)＝Sub(SubID，Source(i)，Distict(j)，VoltageS(k)，m，n)；其中，SubID為變電站的標(biāo)識(shí)碼，Source為變電站的供區(qū)屬性，i為供區(qū)編號(hào)，District為變電站的地區(qū)屬性，j為地區(qū)編號(hào)，VoltageS為變電站最高電壓等級(jí)屬性，k為電壓等級(jí)編號(hào)，m、n分別是在調(diào)度大屏的網(wǎng)格坐標(biāo)，m∈[1，M]，n∈[1，N]，M為調(diào)度大屏的寬度，N為調(diào)度大屏的長(zhǎng)度；線(xiàn)路數(shù)學(xué)模型Line(k)，Line(k)＝Line(LineID，VoltageL(k)，SubID1，SubID2)；其中，LineID為線(xiàn)路標(biāo)識(shí)碼，VoltageL為線(xiàn)路電壓等級(jí)屬性，k為電壓等級(jí)編號(hào)，SubID1為該線(xiàn)路的起端變電站標(biāo)識(shí)碼，SubID2為該線(xiàn)路的末端變電站標(biāo)識(shí)碼；步驟(2).供區(qū)優(yōu)化布置求解；步驟a.建立供區(qū)優(yōu)化模型；設(shè)定供區(qū)按照矩形方式占據(jù)空間，其優(yōu)化布置模型為Source(i)，Source(i)＝SOU(i，n_substation_i，Lx_i，Ly_i，Xi，Yi)；其中i為供區(qū)編號(hào)，設(shè)總供電區(qū)塊有imax；n_substation_i為該供區(qū)該電壓等級(jí)的變電站數(shù)量，Lx_i為該供區(qū)的水平占格數(shù)量、Ly_i為該供區(qū)的垂直方向占格數(shù)量，Xi，Yi為該供區(qū)中心右下角坐標(biāo)；則有Lx_i×Ly_i≤n_substation_iXi≤MYi≤NXi+Lx_i≤MYi+Ly_i≤N供區(qū)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)Ls(l)，Ls(l)＝Ls(LineID，VoltageL(k)，Source(i)，Source(j))；其中LineID為線(xiàn)路標(biāo)識(shí)碼；該聯(lián)絡(luò)線(xiàn)連接的供區(qū)編號(hào)分別為i和j；在給定矩形容器中放入具有連接的imax塊矩形，要求浪費(fèi)的網(wǎng)格數(shù)最少，同時(shí)具有聯(lián)絡(luò)線(xiàn)的區(qū)塊之間距離最短，并盡可能減少聯(lián)絡(luò)線(xiàn)交叉數(shù)量；步驟b.利用輔助布局工具或自動(dòng)求解方法來(lái)進(jìn)行布局求解；所述的輔助布局工具求解采用基于Java script腳本控制的可縮放矢量圖形求解；Java腳本中包含了各區(qū)的變電站數(shù)量和區(qū)間的連線(xiàn)關(guān)系供區(qū)圖元為矩形，調(diào)整時(shí)長(zhǎng)寬之積小于該區(qū)的總變電站數(shù)；供區(qū)若存在聯(lián)絡(luò)線(xiàn)，則有一連線(xiàn)連接兩供區(qū)間的中心坐標(biāo)；該可視化工具，人工可調(diào)整供區(qū)相對(duì)位置、供區(qū)占空間大小，及判斷是否存在交叉；該工具將分區(qū)參數(shù)即布局結(jié)果寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)，完成布局求解；所述的自動(dòng)求解方法首先在模型Source(i)中引入供區(qū)重心的坐標(biāo)(X0i，Y0i)；Source(i)＝SOU(i，n_substation_i，Lx_i，Ly_i，Xi，Yi；X0i，Y0i)引入供區(qū)關(guān)聯(lián)的兩種類(lèi)型即強(qiáng)關(guān)聯(lián)和緊挨關(guān)聯(lián)，所述的強(qiáng)關(guān)聯(lián)為具有聯(lián)絡(luò)線(xiàn)關(guān)聯(lián)的兩個(gè)供區(qū)；所述的緊挨關(guān)聯(lián)設(shè)定兩個(gè)參數(shù)(εx，εy)，作為兩供區(qū)之間上下左右關(guān)系的判別依據(jù)|X0i-X0j|≤εx，則i、j供區(qū)左右緊挨；|Y0i-Y0j|≤εy，則i、j供區(qū)上下緊挨；然后進(jìn)行求解；求解的具體步驟如下b-1選擇最北側(cè)的一個(gè)供區(qū)SO(x0最小)，并確定調(diào)度大屏最右大塊的供區(qū)組成和空間分配b-1-1選擇最北側(cè)的一個(gè)供區(qū)SO(x0最小)b-1-2尋找與SO具有強(qiáng)關(guān)聯(lián)的供區(qū)集合SQ；b-1-3尋找SO上下緊挨關(guān)聯(lián)的供區(qū)集合SA；b-1-4若SQ和SA存在交集，則交集的供區(qū)與SO共同組成調(diào)度大屏最右側(cè)的占?jí)K；若SQ和SA不存在交集，且SA非空，則選擇SA與SO共同組成調(diào)度大屏最右側(cè)的占?jí)K；若SQ和SA不存在交集，且SA為空，則選擇SQ與SO共同組成調(diào)度大屏最右側(cè)的占?jí)K；若SQ、SA全為空，則SO獨(dú)立占用最由側(cè)的占?jí)K；b-1-5最右側(cè)的占?jí)K空間分配為假定選擇行數(shù)為N，則最右塊的水平方向總占列數(shù)l′x為選擇占位的供區(qū)變電站數(shù)量除以N后的最小整數(shù)之和，參與占位的供區(qū)的垂直占位數(shù)為其供區(qū)變電站數(shù)量除以l′x后的最小整數(shù)；然后按照各參與最右塊的占位的供區(qū)上下關(guān)系依次至上而下分配空間；b-1-6將以上確定的調(diào)度大屏最右側(cè)占?jí)K的供區(qū)作為整體SR；b-2確定與調(diào)度大屏已確定的右塊的左邊大塊的供區(qū)組成和空間分配b-2-1在余下未布置的供區(qū)中選擇與SR具有強(qiáng)關(guān)聯(lián)的供區(qū)集合SQ1；b-2-2在余下未布置的供區(qū)中選擇與SR左緊挨關(guān)聯(lián)的供區(qū)集合SA1；b-2-3若SQ1和SA1的并集非空，則SQ1和SA1的并集為已確定的調(diào)度大屏右塊的左緊挨大塊的供區(qū)組成，并按照步驟b-1-5確定空間分配；若SQ1和SA1的并集為空，則按照步驟b-1的流程尋找余下最北側(cè)的一個(gè)供區(qū)，并按照步驟b-1的流程選擇已確定的調(diào)度大屏右塊的左緊挨大塊的供區(qū)組成和空間分配；重復(fù)步驟(2)，一直到所有供區(qū)均進(jìn)行了布局；步驟(3).地區(qū)優(yōu)化布置求解；所述的地區(qū)優(yōu)化布置求解的方法與供區(qū)優(yōu)化布置求解的方法相同，只是求解的對(duì)象不同；第二步供區(qū)和地區(qū)內(nèi)變電站布局的具體方法是采用隨機(jī)優(yōu)化方法；首先需要獲取該變電站初始布局，然后隨機(jī)選取區(qū)塊內(nèi)的兩個(gè)變電站sub1、sub2，將sub1與sub2的坐標(biāo)相互交換，最后重新計(jì)算目標(biāo)函數(shù)F；所述的目標(biāo)函數(shù)F為線(xiàn)路間的交叉數(shù)與線(xiàn)路曼哈頓距離的復(fù)合函數(shù)F＝N+w·D其中N為總的線(xiàn)路交叉點(diǎn)個(gè)數(shù)、D為總的曼哈頓距離、w為權(quán)重因子；N的計(jì)算方法如下在布局中，采用變電站之間直接連線(xiàn)作為布線(xiàn)的基本規(guī)則，設(shè)兩條交叉線(xiàn)段中的第一條線(xiàn)段的兩端變電站坐標(biāo)分別為(x1，y1)、(x2，y2)，另一條線(xiàn)段的兩端變電站坐標(biāo)分別為(x3，y3)、(x4，y4)；通過(guò)建立直線(xiàn)方程，計(jì)算交點(diǎn)坐標(biāo)O(x0，y0)；只要同時(shí)滿(mǎn)足如下兩式，則交點(diǎn)個(gè)數(shù)便為1；(x0-x1)·(x0-x2)＜0(x0-x3)·(x0-x4)＜0D的計(jì)算方法如下設(shè)存在線(xiàn)路連接的兩變電站坐標(biāo)分別為(x1，y1)，(x2，y2)，則該線(xiàn)路的曼哈頓距離d，d＝|x1-x2|+|y1-y2|；則D為所有線(xiàn)路曼哈頓距離之和；所述的隨機(jī)優(yōu)化方法采用模擬退火算法。
全文摘要
本發(fā)明涉及電力調(diào)度大屏輸電網(wǎng)單線(xiàn)圖的自動(dòng)布局方法。目前的布局方法辨識(shí)困難。本發(fā)明方法包括兩個(gè)步驟供區(qū)和地區(qū)布局和供區(qū)和地區(qū)內(nèi)變電站布局。其中供區(qū)和地區(qū)布局的方法首先建立輸電網(wǎng)中的變電站和線(xiàn)路的數(shù)學(xué)模型，然后供區(qū)優(yōu)化布置求解，再地區(qū)優(yōu)化布置求解。供區(qū)和地區(qū)內(nèi)變電站布局的方法首先獲取該變電站初始布局，然后隨機(jī)選取區(qū)塊內(nèi)的兩個(gè)變電站，進(jìn)行坐標(biāo)相互交換，計(jì)算線(xiàn)路間的交叉數(shù)與線(xiàn)路曼哈頓距離的復(fù)合函數(shù)。本發(fā)明對(duì)于供區(qū)內(nèi)變電站布置，不僅考慮了線(xiàn)路交叉盡可能少，相連變電站之間距離盡可能短，也考慮了后續(xù)布線(xiàn)的效果，可以避免布局-布線(xiàn)多次循環(huán)，能獲得全局優(yōu)化解，實(shí)現(xiàn)了許多局部?jī)?yōu)化方法不能達(dá)到的效果。
文檔編號(hào)G06F17/50GK101706834SQ20091015491
公開(kāi)日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月26日
發(fā)明者章堅(jiān)民 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)