一種單線圖生成方法和裝置的製作方法
2023-05-10 07:21:16
專利名稱：一種單線圖生成方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及電カ系統，尤其涉及一種單線圖生成方法和裝置。
背景技術：
單線圖是調度人員進行分析決策的有力圖形工具，但是往往需要專門人員手工繪製而成。這樣做也能使調度員以簡單清晰的方式查看電網狀態，但是數據維護的工作量大， 而且容易出現人為的數位化錯誤。因此需要在基於現有的地理信息的結構基礎上，設計出相應的拓撲結構和圖形算法來實現單線圖的自動生成，為電カ人員減輕工作負擔，提高生
產效率。
發明內容
本發明實施例提供ー種單線圖生成方法和裝置，根據現有電網的空間信息結構， 建立新型拓撲結構和成圖算法，用於製作出符合電網調度和生產部門分析所需的單線圖， 以減少電カ人員的工作量和數位化錯誤。一方面，本發明實施例提供了ー種單線圖生成方法，所述方法包括根據電カ系統的空間數據，建立拓撲關係；對建立拓撲關係後的拓撲結構進行基於組合模式的重構；對重構後的拓撲結構採用啟發式算法進行走向排布以生成單線圖。可選的，在本發明的一實施例中，所述對重構後的拓撲結構採用啟發式算法進行走向排布以生成單線圖，包括利用方差過濾算法對所述重構後的拓撲結構中的部分線路的線型進行抽樣過濾；對抽樣過濾後的拓撲結構採用啟發式算法進行走向排布以生成單線圖。可選的，在本發明的一實施例中，所述對重構後的拓撲結構採用啟發式算法進行走向排布以生成單線圖，包括對重構後的拓撲結構採用啟發式算法中的貪婪算法進行走向排布以生成單線圖。可選的，在本發明的一實施例中，所述對重構後的拓撲結構採用啟發式算法進行走向排布以生成單線圖後，所述方法還包括對生成的單線圖中線路的局部重疊部分，利用分形局部變換算法進行處理。可選的，在本發明的一實施例中，所述對生成的單線圖中線路的局部重疊部分，利用分形局部變換算法進行處理，包括對生成的單線圖的線路進行分形處理，不斷分形細化到單個設備，並對這些分形做外包矩形計算；對每個分形外包矩形進行重疊測試，通過重疊測試，表明彼此之間沒有重疊，則放入到結果集合中，反之則放入到局部變換集合中；在局部變換集合中，取出分形維數最小的分形分支，對其進行局部變換首先進行位移變換；如果位移變換無法解決時，採用縮放變換；當位移變換和縮放變換這兩個變換都無法解決時， 進行旋轉變換；重複該步驟，直到局部變換集合為空為止。另ー方面，本發明實施例提供了ー種單線圖生成裝置，所述裝置包括
拓撲關係建立単元，用於根據電カ系統的空間數據，建立拓撲關係；拓撲關係重構單元，用於對建立拓撲關係後的拓撲結構進行基於組合模式的重構；單線圖生成単元，用於對重構後的拓撲結構採用啟發式算法進行走向排布以生成單線圖。可選的，在本發明的一實施例中，所述裝置還包括抽樣過濾單元，用於利用方差過濾算法對所述重構後的拓撲結構中的部分線路的線型進行抽樣過濾；所述單線圖生成單元，用於對抽樣過濾後的拓撲結構採用啟發式算法進行走向排布以生成單線圖。可選的，在本發明的一實施例中，所述單線圖生成単元，進ー步用於對重構後的拓撲結構採用啟發式算法中的貪婪算法進行走向排布以生成單線圖。可選的，在本發明的一實施例中，所述裝置還包括局部變換單元，用於對生成的單線圖中線路的局部重疊部分，利用分形局部變換算法進行處理。可選的，在本發明的一實施例中，所述局部變換單元包括外包矩形模塊，用於對生成的單線圖的線路進行分形處理，不斷分形細化到單個設備，並對這些分形做外包矩形計算；重疊測試模塊，用於對每個分形外包矩形進行重疊測試，通過重疊測試，表明彼此之間沒有重疊，則放入到結果集合中，反之則放入到局部變換集合中；局部變換模塊，用於在局部變換集合中，取出分形維數最小的分形分支，對其進行局部變換首先進行位移變換； 如果位移變換無法解決時，採用縮放變換；當位移變換和縮放變換這兩個變換都無法解決時，進行旋轉變換；重複該步驟，直到局部變換集合為空為止。上述技術方案具有如下有益效果因為採用根據電カ系統的空間數據，建立拓撲關係；對建立拓撲關係後的拓撲結構進行基於組合模式的重構；對重構後的拓撲結構採用啟發式算法進行走向排布以生成單線圖的技術手段，所以可以避免人員手工繪製單線圖的工作量以及人工錯誤，快速生成高質量的單線圖為電カ調度和生產提供有力的決策支持。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發明實施例ー種單線圖生成方法流程圖；圖2為本發明實施例ー種單線圖生成裝置結構示意圖；圖3為本發明實施例另ー種單線圖生成裝置結構示意圖；圖4為本發明實施例局部變換單元結構示意圖；圖5為本發明應用實例組合模式示意圖；圖6為本發明應用實例拓撲結構重構流程圖；圖7為本發明應用實例抽樣過濾示意圖；圖8為本發明應用實例走向排布示意圖；圖9為本發明應用實例局部變換前後示意圖；圖10為本發明應用實例系統自動的成單線圖示意圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。本發明實施例提供一種單線圖生成方法和裝置，以避免人員手工繪製單線圖的エ 作量以及人工錯誤，快速生成高質量的單線圖為電カ調度和生產提供有力的決策支持。本發明實施例是這樣實現的a)拓撲結構重構，對原有的拓撲結構進行改造，以便使其使與新算法融合；b)在新型拓撲結構中融入本發明的自動布線算法，對線路的走向和節點布局實現系統自動化控制，製作出符合電網人員要求的單線圖。如圖1所示，為本發明實施例ー種單線圖生成方法流程圖，所述方法包括101、根據電カ系統的空間數據，建立拓撲關係；102、對建立拓撲關係後的拓撲結構進行基於組合模式的重構；103、對重構後的拓撲結構採用啟發式算法進行走向排布以生成單線圖。可選的，在本發明的一實施例中，所述對重構後的拓撲結構採用啟發式算法進行走向排布以生成單線圖，包括利用方差過濾算法對所述重構後的拓撲結構中的部分線路的線型進行抽樣過濾；對抽樣過濾後的拓撲結構採用啟發式算法進行走向排布以生成單線圖。可選的，在本發明的一實施例中，所述對重構後的拓撲結構採用啟發式算法進行走向排布以生成單線圖，包括對重構後的拓撲結構採用啟發式算法中的貪婪算法進行走向排布以生成單線圖。可選的，在本發明的一實施例中，所述對重構後的拓撲結構採用啟發式算法進行走向排布以生成單線圖後，所述方法還包括對生成的單線圖中線路的局部重疊部分，利用分形局部變換算法進行處理。可選的，在本發明的一實施例中，所述對生成的單線圖中線路的局部重疊部分，利用分形局部變換算法進行處理，包括對生成的單線圖的線路進行分形處理，不斷分形細化到單個設備，並對這些分形做外包矩形計算；對每個分形外包矩形進行重疊測試，通過重疊測試，表明彼此之間沒有重疊，則放入到結果集合中，反之則放入到局部變換集合中 』在局部變換集合中，取出分形維數最小的分形分支，對其進行局部變換首先進行位移變換；如果位移變換無法解決時，採用縮放變換；當位移變換和縮放變換這兩個變換都無法解決時， 進行旋轉變換；重複該步驟，直到局部變換集合為空為止。本發明上述方法實施例因為採用根據電カ系統的空間數據，建立拓撲關係；對建立拓撲關係後的拓撲結構進行基於組合模式的重構；對重構後的拓撲結構採用啟發式算法進行走向排布以生成單線圖的技術手段，所以可以避免人員手工繪製單線圖的工作量以及人工錯誤，快速生成高質量的單線圖為電カ調度和生產提供有力的決策支持。對應於上述方法實施例，如圖2所示，為本發明實施例ー種單線圖生成裝置結構示意圖，所述裝置包括拓撲關係建立単元21，用於根據電カ系統的空間數據，建立拓撲關係；
拓撲關係重構單元22，用於對建立拓撲關係後的拓撲結構進行基於組合模式的重構；單線圖生成単元23，用於對重構後的拓撲結構採用啟發式算法進行走向排布以生成單線圖。如圖3所示，為本發明實施例另ー種單線圖生成裝置結構示意圖，所述裝置不但包括上述拓撲關係建立単元21、拓撲關係重構單元22和單線圖生成単元23，所述裝置還可以包括抽樣過濾單元對，用於利用方差過濾算法對所述重構後的拓撲結構中的部分線路的線型進行抽樣過濾；所述單線圖生成単元23，用於對抽樣過濾後的拓撲結構採用啟發式算法進行走向排布以生成單線圖。可選的，在本發明的一實施例中，所述單線圖生成単元23，進ー步用於對重構後的拓撲結構採用啟發式算法中的貪婪算法進行走向排布以生成單線圖。所述裝置還可以包括局部變換單元25，用於對生成的單線圖中線路的局部重疊部分，利用分形局部變換算法進行處理。可選的，如圖4所示，為本發明實施例局部變換單元結構示意圖，所述局部變換單元25包括外包矩形模塊251，用於對生成的單線圖的線路進行分形處理，不斷分形細化到單個設備，並對這些分形做外包矩形計算；重疊測試模塊252，用於對每個分形外包矩形進行重疊測試，通過重疊測試，表明彼此之間沒有重疊，則放入到結果集合中，反之則放入到局部變換集合中；局部變換模塊253，用於在局部變換集合中，取出分形維數最小的分形分支，對其進行局部變換首先進行位移變換；如果位移變換無法解決時，採用縮放變換；當位移變換和縮放變換這兩個變換都無法解決時，進行旋轉變換；重複該步驟，直到局部變換集合為空為止。上述技術方案具有如下有益效果可以避免人員手工繪製單線圖的工作量以及人 エ錯誤，快速生成高質量的單線圖為電カ調度和生產提供有力的決策支持。下面應用實例對本發明的技術方案進行詳細說明建立拓撲關係現有的空間數據點設備(設備種類饋線開關、隔離開關、接地刀閘、柱上變壓器和杆塔等，屬性唯一標識和空間坐標(X，y))，線設備(設備種類導線，電纜和連接線等， 屬性唯一標識和空間坐標Uci，れ…ん，yn))。這些空間數據統ー表示成
Pubic class Node //設備對象類
{
Public string UniqueID;//設備唯一標識 Public string Geometry;//設備的空間坐標信息
Public string Type;//設備類型
}根據現有的空間數據，建立拓撲關係。對所有的電網設備(即所有的點設備和線設備)做相連判斷，如果設備間有坐標點(χ，y)相等的話，就在鄰接矩陣(表的形式建立，有欄位連接標識ConnectID，開始設備唯一標識MartID，結束設備唯一標識EndID)中，插入一條記錄，該記錄包含新生成的連接標識，和這兩個設備的唯一標識(上遊設備的唯一標識表示填入MartID，下遊設備唯一標識填入EndID)。以此來表示設備之間的拓撲連接大爾。拓撲結構重構在建立全網拓撲關係後，對拓撲結構進行基於組合模式的重構。所有的電網設備都是繼承組件類(Component)這個抽象類，區別是具有下遊設備的是容器類(Composite)， 沒有下遊設備的是葉子類(Leaf)。如圖5所示，為本發明應用實例組合模式示意圖，如圖6 所示，為本發明應用實例拓撲結構重構流程圖。以下是類的基本描述
Public class Component//抽象類，定義了接ロ的規範
{
Public int EquipmentType;//0 歡不點設備，1 不線設備
Public Node Equipment;//Equipment該變量指電網設備的空間數據類
Public ListくComponent〉ChildNodes;// ChildNodes 以列表結構的形式保存其該
//設備下所有下遊設備。 Public void addNode (Component child) //添加子節點到 ChildNodes 列表 Public void removeNode (Component child) //從 ChildNodes 列表移除子節點 Public Node getNode(int Index)//根據索引值獲取子節點 Public void operation O //各個子類必須顯式實現的方法
}
Public class Composite:Component//繼承類 Component 的所有萬法
{
Public Composite(Node pEquipment)//以設備空間數據Node作為實例化參數
{
This.Equipment=pEquipment;
}
Public void operation O //實現抽象方法
{foreachCComponent chndNode in ChiiaNodes ι
childNode. operationG;//特點容器類的方法體中會遞歸調用其
//ChildNodes所有的節點的接ロ方法operation。
}
doSomething;//針對自身的處理
Public class Leaf:Component//實際上只實現了類 Component 的 operation 方法,
//其沒有ChildNodes，即沒有下遊設備
{
Public Leaf (Node pEquipment)//以設備的空間數據Node作為實例化參數
{
Tms.Equipment=pEquipment;
}
Public void operation O //實現抽象方法
{
doSomething;//針對自身的處理重構的過程以饋線開關開始。系統對其鄰接矩陣進行深度遍歷，通過圖6所示的流程實現拓撲結構的重構。數據抽樣過濾對按上述步驟所生成的拓撲類，本發明應用實例還需要額外的處理。就是對於一些線路走向複雜的電纜和導線，本發明應用實例需要使用新發明的方差過濾算法來對線型進行抽樣過濾以獲取這些複雜線段的基本線形，以降低節點的數據量，從而減少對內存的消耗，加快布線算法的計算。該算法的程序實現過程如下1、選擇設備類型為線設備且節點數超過2的容器對象Composite和葉子對象 Leaf (其包含的空間數據是電纜或導線)。2、連接該線的頭尾兩點得到直線1。3、求該線中所有的節點P (xp, yp)到直線1 (Ax+By+C = 0)的垂直距離(Δ dp距離計算公式M= ^)。4、求所有節點距離Δ dp的方差Σ時(—為平均值，で=)。
5、對每個節點進行特徵判斷，當節點P到直線1的距離Δ dp的平方與平均值相減
的平方大於閾值方差，則保留，反之則剔除該節點(Δベ2-。)2 >刀…；——)—
(1 『 )。 如圖7所示，為本發明應用實例抽樣過濾示意圖，按照此過濾算法能夠較好地提
取線路的特徵點，保持線路的基本走向，為電網人員提供清晰的線路分支走向。走向排布在系統程序完成上述步驟的數據重構和數據抽樣過濾加工後，線路走向排布這個步驟上本發明應用實例採用的是啟發式算法中的貪婪算法來實現支線排布的最優化。在貪婪算法中首先要確立目標函數和貪心函數。如圖8所示，為本發明應用實例走向排布示意圖。目標函數，樹Σ,=。⑷Pi表示電網中導線(或電纜)基本走向的變換，即使原有的基本走向變換最小化(基本走向是以線型設備的東南西北四個坐標軸方向來表示，如果線性設備的角度θ滿足了 >タ>-彳則其基本走向為東，則其基本走向為北，
~^>θ>—貝IJ其基本走向為西，了>タ>1則其基本走向為南)。策略函數嚴U Di表示該分支下所有線性設備的基本走向之和。算法實現1、將上述步驟生成的所有容器對象Composite (包含其所對應的各個分支信息) 放入到候選對象集合中。2、從候選對象集合中取出策略函數值最大的容器對象(第一次為整個單線圖的源頭饋線開關)。根據該容器的分支數目對該容器的空間進行分割(分支數小於4，分割軸為4，大於4的分割軸與分支數相同)。3、對該容器的各個分支進行策略函數求值，以ー個策略函數值最大的分支作為布線的第一支(這樣可以使原有的基本走向變換儘可能最小化)，該分支將自動排布到走向
離其最近的分割軸上(minHeI I) θ i表示分割軸i的角度走向，θ表示該分支的角
度走向)。4、該分割軸被佔後，其他的分支就只可從剩餘的分割軸中挑選離其最近的ー個方向進行排布，並按策略函數值的大小確定先後順序。5、按深度遍歷的順序重複第2，3，4歩，直到候選對象集合中的容器組件為空。局部重疊的解決本發明應用實例能快速得到電カ人員所需要的單線圖。但是在一些線路走向密集而複雜的地方，會出現局部重疊的現象，為此本發明應用實例利用幾何分形理論對系統自動修復該問題進行研究和創新。開發出了分形局部變換算法，該算法的實現如下1、對已按步驟1，2，3生成單線圖的線路進行分形處理，不斷分形細化到單個設
備，並對這些分形做外包矩形計算(LC。v(x，>0 v(x,y)表示節點集合)。2、對每個分形外包矩形進行重疊測試(CLEnv實·Π Env表示外包矩形)。通過重疊測試，表明彼此之間沒有重疊，則放入到結果集合中，反之則放入到局部變換集合中。3、在局部變換集合中，取出分形維數最小的分形分支(影響範圍大的分支不做變換，而是由影響範圍小的分支做變換來解決重疊現象)，對其進行局部變換
P
權利要求
1.ー種單線圖生成方法，其特徵在幹，所述方法包括根據電カ系統的空間數據，建立拓撲關係；對建立拓撲關係後的拓撲結構進行基於組合模式的重構；對重構後的拓撲結構採用啟發式算法進行走向排布以生成單線圖。
2.如權利要求1所述方法，其特徵在幹，所述對重構後的拓撲結構採用啟發式算法進行走向排布以生成單線圖，包括利用方差過濾算法對所述重構後的拓撲結構中的部分線路的線型進行抽樣過濾；對抽樣過濾後的拓撲結構採用啟發式算法進行走向排布以生成單線圖。
3.如權利要求1所述方法，其特徵在幹，所述對重構後的拓撲結構採用啟發式算法進行走向排布以生成單線圖，包括對重構後的拓撲結構採用啟發式算法中的貪婪算法進行走向排布以生成單線圖。
4.如權利要求1所述方法，其特徵在幹，所述對重構後的拓撲結構採用啟發式算法進行走向排布以生成單線圖後，所述方法還包括對生成的單線圖中線路的局部重疊部分，利用分形局部變換算法進行處理。
5.如權利要求4所述方法，其特徵在幹，所述對生成的單線圖中線路的局部重疊部分， 利用分形局部變換算法進行處理，包括對生成的單線圖的線路進行分形處理，不斷分形細化到單個設備，並對這些分形做外包矩形計算；對每個分形外包矩形進行重疊測試，通過重疊測試，表明彼此之間沒有重疊，則放入到結果集合中，反之則放入到局部變換集合中；在局部變換集合中，取出分形維數最小的分形分支，對其進行局部變換首先進行位移變換；如果位移變換無法解決時，採用縮放變換；當位移變換和縮放變換這兩個變換都無法解決時，進行旋轉變換；重複該步驟，直到局部變換集合為空為止。
6.ー種單線圖生成裝置，其特徵在幹，所述裝置包括拓撲關係建立単元，用於根據電カ系統的空間數據，建立拓撲關係；拓撲關係重構單元，用於對建立拓撲關係後的拓撲結構進行基於組合模式的重構；單線圖生成単元，用於對重構後的拓撲結構採用啟發式算法進行走向排布以生成單線圖。
7.如權利要求6所述裝置，其特徵在幹，所述裝置還包括抽樣過濾單元，用於利用方差過濾算法對所述重構後的拓撲結構中的部分線路的線型進行抽樣過濾；所述單線圖生成単元，用於對抽樣過濾後的拓撲結構採用啟發式算法進行走向排布以生成單線圖。
8.如權利要求6所述裝置，其特徵在幹，所述單線圖生成単元，進ー步用於對重構後的拓撲結構採用啟發式算法中的貪婪算法進行走向排布以生成單線圖。
9.如權利要求6所述裝置，其特徵在幹，所述裝置還包括局部變換單元，用於對生成的單線圖中線路的局部重疊部分，利用分形局部變換算法進行處理。
10.如權利要求9所述裝置，其特徵在幹，所述局部變換單元包括外包矩形模塊，用於對生成的單線圖的線路進行分形處理，不斷分形細化到單個設備， 並對這些分形做外包矩形計算；重疊測試模塊，用於對每個分形外包矩形進行重疊測試，通過重疊測試，表明彼此之間沒有重疊，則放入到結果集合中，反之則放入到局部變換集合中；局部變換模塊，用於在局部變換集合中，取出分形維數最小的分形分支，對其進行局部變換首先進行位移變換；如果位移變換無法解決時，採用縮放變換；當位移變換和縮放變換這兩個變換都無法解決時，進行旋轉變換；重複該步驟，直到局部變換集合為空為止。
全文摘要
本發明實施例提供一種單線圖生成方法和裝置，所述單線圖生成方法包括根據電力系統的空間數據，建立拓撲關係；對建立拓撲關係後的拓撲結構進行基於組合模式的重構；對重構後的拓撲結構採用啟發式算法進行走向排布以生成單線圖。所述單線圖生成裝置包括拓撲關係建立單元，用於根據電力系統的空間數據，建立拓撲關係；拓撲關係重構單元，用於對建立拓撲關係後的拓撲結構進行基於組合模式的重構；單線圖生成單元，用於對重構後的拓撲結構採用啟發式算法進行走向排布以生成單線圖。本發明實施例可以避免人員手工繪製單線圖的工作量以及人工錯誤，快速生成高質量的單線圖為電力調度和生產提供有力的決策支持。
文檔編號G06F17/50GK102592005SQ20111045069
公開日2012年7月18日 申請日期2011年12月29日 優先權日2011年12月29日
發明者廖悲雨, 譚弘武 申請人:北京煜邦電力技術有限公司