[发明专利]电力调度大屏输电网单线图的自动布局方法

摘要

本发明涉及电力调度大屏输电网单线图的自动布局方法。目前的布局方法辨识困难。本发明方法包括两个步骤：供区和地区布局和供区和地区内变电站布局。其中供区和地区布局的方法首先建立输电网中的变电站和线路的数学模型，然后供区优化布置求解，再地区优化布置求解。供区和地区内变电站布局的方法首先获取该变电站初始布局，然后随机选取区块内的两个变电站，进行坐标相互交换，计算线路间的交叉数与线路曼哈顿距离的复合函数。本发明对于供区内变电站布置，不仅考虑了线路交叉尽可能少，相连变电站之间距离尽可能短，也考虑了后续布线的效果，可以避免布局-布线多次循环，能获得全局优化解，实现了许多局部优化方法不能达到的效果。

主权项

电力调度大屏输电网单线图的自动布局方法，该方法包括两个步骤，第一步为供区和地区布局，第二步为供区和地区内变电站布局；其特征在于第一步供区和地区布局的具体方法是：步骤(1).建立输电网中的变电站和线路的数学模型；变电站数学模型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为变电站的标识码，Source为变电站的供区属性，i为供区编号，District为变电站的地区属性，j为地区编号，VoltageS为变电站最高电压等级属性，k为电压等级编号，m、n分别是在调度大屏的网格坐标，m∈[1，M]，n∈[1，N]，M为调度大屏的宽度，N为调度大屏的长度；线路数学模型Line(k)，Line(k)＝Line(LineID，VoltageL(k)，SubID1，SubID2)；其中，LineID为线路标识码，VoltageL为线路电压等级属性，k为电压等级编号，SubID1为该线路的起端变电站标识码，SubID2为该线路的末端变电站标识码；步骤(2).供区优化布置求解；步骤a.建立供区优化模型；设定供区按照矩形方式占据空间，其优化布置模型为Source(i)，Source(i)＝SOU(i，n_substation_i，Lx_i，Ly_i，Xi，Yi)；其中i为供区编号，设总供电区块有imax；n_substation_i为该供区该电压等级的变电站数量，Lx_i为该供区的水平占格数量、Ly_i为该供区的垂直方向占格数量，Xi，Yi为该供区中心右下角坐标；则有：Lx_i×Ly_i≤n_substation_iXi≤MYi≤NXi+Lx_i≤MYi+Ly_i≤N供区联络线Ls(l)，Ls(l)＝Ls(LineID，VoltageL(k)，Source(i)，Source(j))；其中LineID为线路标识码；该联络线连接的供区编号分别为i和j；在给定矩形容器中放入具有连接的imax块矩形，要求浪费的网格数最少，同时具有联络线的区块之间距离最短，并尽可能减少联络线交叉数量；步骤b.利用辅助布局工具或自动求解方法来进行布局求解；所述的辅助布局工具求解采用基于Java script脚本控制的可缩放矢量图形求解；Java脚本中包含了各区的变电站数量和区间的连线关系：供区图元为矩形，调整时长宽之积小于该区的总变电站数；供区若存在联络线，则有一连线连接两供区间的中心坐标；该可视化工具，人工可调整供区相对位置、供区占空间大小，及判断是否存在交叉；该工具将分区参数即布局结果写入数据库，完成布局求解；所述的自动求解方法：首先在模型Source(i)中引入供区重心的坐标(X0i，Y0i)；Source(i)＝SOU(i，n_substation_i，Lx_i，Ly_i，Xi，Yi；X0i，Y0i)引入供区关联的两种类型即强关联和紧挨关联，所述的强关联为具有联络线关联的两个供区；所述的紧挨关联：设定两个参数(εx，εy)，作为两供区之间上下左右关系的判别依据：|X0i-X0j|≤εx，则i、j供区左右紧挨；|Y0i-Y0j|≤εy，则i、j供区上下紧挨；然后进行求解；求解的具体步骤如下：b-1选择最北侧的一个供区SO(x0最小)，并确定调度大屏最右大块的供区组成和空间分配：b-1-1选择最北侧的一个供区SO(x0最小)b-1-2寻找与SO具有强关联的供区集合SQ；b-1-3寻找SO上下紧挨关联的供区集合SA；b-1-4若SQ和SA存在交集，则交集的供区与SO共同组成调度大屏最右侧的占块；若SQ和SA不存在交集，且SA非空，则选择SA与SO共同组成调度大屏最右侧的占块；若SQ和SA不存在交集，且SA为空，则选择SQ与SO共同组成调度大屏最右侧的占块；若SQ、SA全为空，则SO独立占用最由侧的占块；b-1-5最右侧的占块空间分配为：假定选择行数为N，则最右块的水平方向总占列数l′x为选择占位的供区变电站数量除以N后的最小整数之和，参与占位的供区的垂直占位数为其供区变电站数量除以l′x后的最小整数；然后按照各参与最右块的占位的供区上下关系依次至上而下分配空间；b-1-6将以上确定的调度大屏最右侧占块的供区作为整体SR；b-2确定与调度大屏已确定的右块的左边大块的供区组成和空间分配：b-2-1在余下未布置的供区中选择与SR具有强关联的供区集合SQ1；b-2-2在余下未布置的供区中选择与SR左紧挨关联的供区集合SA1；b-2-3若SQ1和SA1的并集非空，则SQ1和SA1的并集为已确定的调度大屏右块的左紧挨大块的供区组成，并按照步骤b-1-5确定空间分配；若SQ1和SA1的并集为空，则按照步骤b-1的流程寻找余下最北侧的一个供区，并按照步骤b-1的流程选择已确定的调度大屏右块的左紧挨大块的供区组成和空间分配；重复步骤(2)，一直到所有供区均进行了布局；步骤(3).地区优化布置求解；所述的地区优化布置求解的方法与供区优化布置求解的方法相同，只是求解的对象不同；第二步供区和地区内变电站布局的具体方法是：采用随机优化方法；首先需要获取该变电站初始布局，然后随机选取区块内的两个变电站sub1、sub2，将sub1与sub2的坐标相互交换，最后重新计算目标函数F；所述的目标函数F为线路间的交叉数与线路曼哈顿距离的复合函数F＝N+w·D其中N为总的线路交叉点个数、D为总的曼哈顿距离、w为权重因子；N的计算方法如下：在布局中，采用变电站之间直接连线作为布线的基本规则，设两条交叉线段中的第一条线段的两端变电站坐标分别为(x1，y1)、(x2，y2)，另一条线段的两端变电站坐标分别为(x3，y3)、(x4，y4)；通过建立直线方程，计算交点坐标O(x0，y0)；只要同时满足如下两式，则交点个数便为1；(x0-x1)·(x0-x2)＜0(x0-x3)·(x0-x4)＜0D的计算方法如下：设存在线路连接的两变电站坐标分别为(x1，y1)，(x2，y2)，则该线路的曼哈顿距离d，d＝|x1-x2|+|y1-y2|；则D为所有线路曼哈顿距离之和；所述的随机优化方法采用模拟退火算法。