一種基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的電網(wǎng)專題圖布局方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的電網(wǎng)專題圖布局方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電網(wǎng)專題圖也可以稱之為電氣接線圖，是對(duì)電網(wǎng)拓?fù)錉顟B(tài)的可視化表達(dá)方式，是 協(xié)助電網(wǎng)運(yùn)檢人員、調(diào)度人員工作必不可少的工具，電網(wǎng)專題圖往往需要專門人員手工繪 制而成，圖形繪制的工作量大，而且還存在圖數(shù)不一致的問(wèn)題。
[0003] 目前行業(yè)內(nèi)存在各種針對(duì)電網(wǎng)拓?fù)浣泳€圖布局成圖的算法，其采用的算法基本上 為以下二種算法：
[0004] 第一、樹(shù)圖布局算法：層次數(shù)據(jù)的空間填充性布局算法。
[0005] 缺點(diǎn)是：應(yīng)對(duì)復(fù)雜層次數(shù)據(jù)時(shí)，有序樹(shù)圖正方化性能差，難以滿足各層數(shù)據(jù)展現(xiàn)需 求，需要人工參與。
[0006] 第二、正交遺傳算法：通過(guò)旋轉(zhuǎn)正交法快速提取解空間中的優(yōu)異個(gè)體的布局算法。
[0007] 缺點(diǎn)是：算法對(duì)新空間的探索能力是有限的，也容易收斂到局部最優(yōu)解。涉及到大 量個(gè)體的計(jì)算，當(dāng)問(wèn)題復(fù)雜時(shí)，嚴(yán)重影響性能，同時(shí)對(duì)非線性約束的處理方式是添加懲罰因 子，這是一筆不小的性能開(kāi)支。
[0008] 第三、有向無(wú)環(huán)算法：采用消環(huán)、分層、排序、路徑管理的布局算法。
[0009] 缺點(diǎn)是：很多電網(wǎng)數(shù)據(jù)局部成環(huán)，無(wú)法處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的電網(wǎng)專題圖布局方法，在動(dòng) 態(tài)規(guī)劃算法的基礎(chǔ)上延伸拓展出最適合電力網(wǎng)絡(luò)的布局方法，能夠快速、完美成圖，解決了 電網(wǎng)系統(tǒng)在大量數(shù)據(jù)下的渲染效率問(wèn)題。
[0011] 為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0012] 一種基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的電網(wǎng)專題圖布局方法，其特征在于，包括如下步驟：
[0013] 步驟1、根據(jù)電力系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)，構(gòu)建基于單線圖的環(huán)網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系模型；
[0014] 步驟2、根據(jù)構(gòu)建的拓?fù)潢P(guān)系模型、子圖檔的數(shù)量N，構(gòu)建一個(gè)由N個(gè)頂點(diǎn)構(gòu)成的連 通圖和一個(gè)N*N的鄰接矩陣；
[0015] 步驟3、建立函數(shù)模型，根據(jù)動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法計(jì)算最優(yōu)值，直至子圖檔全部遍歷完 成；
[0016] 步驟4、布局子圖檔；
[0017] 步驟5、渲染成圖。
[0018] 優(yōu)選，步驟1具體包括如下步驟：
[0019] 步驟101、根據(jù)電力系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)，按照線路進(jìn)行分類存儲(chǔ)設(shè)備信息和拓?fù)潢P(guān) 系；
[0020] 步驟102、構(gòu)建基于單線圖的環(huán)網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系模型，用于確定子圖檔與子圖檔之間的 關(guān)系；
[0021] 步驟103、對(duì)構(gòu)建的拓?fù)潢P(guān)系模型進(jìn)行合并和去重處理；
[0022] 步驟104、檢查構(gòu)建的拓?fù)潢P(guān)系模型數(shù)據(jù)的完整性和連貫性。
[0023] 優(yōu)選，步驟2中，每一張子圖檔是連通圖的頂點(diǎn)，順序遍歷子圖檔，根據(jù)標(biāo)識(shí)的環(huán) 網(wǎng)點(diǎn)，分析子圖檔間的連接關(guān)系：如果在兩張子圖檔i和j上面都存在同一個(gè)環(huán)網(wǎng)點(diǎn)，則這 兩張子圖檔是連接的，在鄰接矩陣E中標(biāo)識(shí)E(i，j)的值為" 1" ；
[0024] 對(duì)鄰接矩陣進(jìn)行廣度優(yōu)先遍歷，返回多個(gè)能構(gòu)成連通圖的鄰接矩陣以及該矩陣的 遍歷序列Link。
[0025] 優(yōu)選，步驟3具體包括如下步驟：
[0026] 步驟301、根據(jù)鄰接矩陣的寬度w，計(jì)算出一個(gè)能容納全部子圖檔并留有最少空位 的正方形范圍，設(shè)正方形邊長(zhǎng)為正整數(shù)L，則滿足：L*L>w>= (L-1ML-1);
[0027] 步驟302、遍歷第一個(gè)子圖檔到最后一個(gè)圖檔，如果兩個(gè)子圖檔間有連接關(guān)系 E(i，j)，就計(jì)算兩個(gè)點(diǎn)之間的距離，不重復(fù)計(jì)算距離，對(duì)應(yīng)的函數(shù)模型為：
[0028]
[0029] op(i,j)為計(jì)算子圖檔間距離的公式：op(i,j) = (xi-xj)2*100+(yi_yj)2*100 ;
[0030] 其中，x和y屬于1到L之間的正整數(shù)，代表每張子圖檔中心點(diǎn)的坐標(biāo)值；
[0031] 步驟303、根據(jù)動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法，迭代尋找函數(shù)op(i，j)新的最優(yōu)解，直到確定每張 子圖檔中心點(diǎn)的X和y的值。
[0032] 本發(fā)明的有益效果是：
[0033] 與現(xiàn)有技術(shù)相比：
[0034] 第一、提出了由多張子圖檔構(gòu)成的連通圖構(gòu)想方案，通過(guò)函數(shù)模型計(jì)算出連通圖 頂點(diǎn)的位置來(lái)確定子圖檔的位置，并且該位置是最合適的，能夠快速、完美成圖。
[0035] 第二、放棄遺傳算法等算法，通過(guò)算法優(yōu)化，使用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法能夠算出最優(yōu)解， 而不是近似的最優(yōu)解。
[0036] 第三、通過(guò)把每一張子圖檔渲染成一個(gè)圖元的方法，解決了電網(wǎng)系統(tǒng)在大數(shù)據(jù)量 下的渲染效率問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0037] 圖1是本發(fā)明一種基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的電網(wǎng)專題圖布局方法的整體流程圖；
[0038] 圖2是本發(fā)明步驟1的詳細(xì)流程圖；
[0039] 圖3是本發(fā)明步驟303的詳細(xì)流程圖；
[0040] 圖4是本發(fā)明圖檔合并流程圖；
[0041] 圖5是本發(fā)明布局前后聯(lián)絡(luò)圖結(jié)構(gòu)對(duì)比圖；
[0042] 圖6是本發(fā)明41條饋線布局后聯(lián)絡(luò)圖效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，以使本領(lǐng) 域的技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明并能予以實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對(duì)本發(fā)明的限 定。
[0044] 一種基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的電網(wǎng)專題圖布局方法，如圖1所示，包括如下步驟：
[0045] 步驟1、根據(jù)電力系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)，構(gòu)建基于單線圖的環(huán)網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系模型；
[0046] 步驟2、根據(jù)構(gòu)建的拓?fù)潢P(guān)系模型、子圖檔的數(shù)量N，構(gòu)建一個(gè)由N個(gè)頂點(diǎn)構(gòu)成的連 通圖和一個(gè)N*N的鄰接矩陣；
[0047] 步驟3、建立函數(shù)模型，根據(jù)動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法計(jì)算最優(yōu)值，直至子圖檔全部遍歷完成； 步驟3滿足有連接關(guān)系的圖檔盡可能近，圖檔不重疊的目的，計(jì)算最優(yōu)值。
[0048] 步驟4、布局子圖檔；
[0049] 步驟5、渲染成圖。
[0050] 下面對(duì)各個(gè)步驟進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0051 ] 優(yōu)選，步驟1如圖2所示具體包括如下步驟：
[0052] 步驟101、根據(jù)電力系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)，按照線路進(jìn)行分類存儲(chǔ)設(shè)備信息和拓?fù)潢P(guān) 系，即構(gòu)建多線路模型，以單條線路為標(biāo)記，分別存儲(chǔ)各自對(duì)應(yīng)的設(shè)備信息和拓?fù)潢P(guān)系。
[0053] 步驟102、構(gòu)建基于單線圖的環(huán)網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系模型，用于確定子圖檔與子圖檔之間的 關(guān)系，構(gòu)建連通圖模型，通過(guò)聯(lián)絡(luò)關(guān)系來(lái)確定線路之間的關(guān)系是否正常，聯(lián)絡(luò)關(guān)系為環(huán)網(wǎng)點(diǎn) (環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)），拓?fù)潢P(guān)系模型包括饋線F1、饋線F2和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)K三個(gè)基本屬性。
[0054] 步驟103、對(duì)構(gòu)建的拓?fù)潢P(guān)系模型進(jìn)行合并和去重處理；其中，如有需要還可以簡(jiǎn) 化設(shè)備，形成新的拓?fù)潢P(guān)系模型。
[0055] 步驟104、檢查構(gòu)建的拓?fù)潢P(guān)系模型數(shù)據(jù)的完整性和連貫性，具體步驟為：
[0056] A)通過(guò)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)K對(duì)饋線F1和饋線F2進(jìn)行下游設(shè)備追蹤，如果追蹤出變壓器則 標(biāo)記為上游設(shè)備P，否則為下游設(shè)備Q;
[0057] B)以上游設(shè)備P對(duì)應(yīng)的饋線為基準(zhǔn)，將下游設(shè)備Q對(duì)應(yīng)的饋線的所有重復(fù)設(shè)備和 連接關(guān)系進(jìn)行刪除，其中，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)K不進(jìn)行刪除處理；
[0058] C)處理完畢后，再隨機(jī)選擇饋線F1或F2的變壓器進(jìn)行向下追蹤，直至追蹤到另一 條線路的變壓器為止，如果追蹤通過(guò)，則拓?fù)潢P(guān)系模型數(shù)據(jù)正確。
[0059] 優(yōu)選，步驟2中，每一張子圖檔是連通圖的頂點(diǎn)，順序遍歷子圖檔，根據(jù)標(biāo)識(shí)的環(huán) 網(wǎng)點(diǎn)，分析子圖檔間的連接關(guān)系：如果在兩張子圖檔i和j上面都存在同一個(gè)環(huán)網(wǎng)點(diǎn)，則這 兩張子圖檔是連接的，在鄰接矩陣E中標(biāo)識(shí)E(i，j)的值為" 1" ；
[0060] 因?yàn)槭褂玫氖莿?dòng)態(tài)規(guī)劃的算法，為了提高算法的性能，對(duì)鄰接矩陣進(jìn)行廣度優(yōu)先 遍歷，返回多個(gè)能構(gòu)成連通圖的鄰接矩陣以及該矩陣的遍歷序列Link。
[0061 ] 優(yōu)選，步驟3具體包括如下步驟：
[0062] 步驟301、根據(jù)鄰接矩陣的寬度w，計(jì)算出一個(gè)能容納全部子圖檔并留有最少空 位的正方形范圍，考慮到范圍越大，計(jì)算函數(shù)需要花費(fèi)的時(shí)間越大，所以使用一個(gè)能容納 全部子圖檔并留有最少空位的正方形范圍，設(shè)正方形邊長(zhǎng)為正整數(shù)L，則滿足：L*L>w> = (L_1)*(L_1);
[0063] 步驟302、遍歷第一個(gè)子圖檔到最后一個(gè)圖檔，如果兩個(gè)子圖檔間有連接關(guān)系 E(i，j)，就計(jì)算兩個(gè)點(diǎn)之間的距離，不重復(fù)計(jì)算距離，為了減少圖檔間連接的交叉，構(gòu)建的 函數(shù)模型應(yīng)滿足有關(guān)系子圖檔盡量緊湊，同時(shí)不能重疊。
[0064] 對(duì)應(yīng)的函數(shù)模型為：
[0065]
[0066] op(i，j)為計(jì)算子圖檔間距離的公式：
[0067] 〇p(i,j) = (xi-xj) 2*100+(yi-yj) 2*100 ；
[0068] 其中，x和y屬于1到L之間的正整數(shù)，代表每張子圖檔中心點(diǎn)的坐標(biāo)值；
[0069] 該函數(shù)模型經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)和調(diào)優(yōu)，效率和效果都是最佳。
[0070] 步驟303、根據(jù)動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法，迭代尋找函數(shù)op(i，j)新的最優(yōu)解，直到確定每張 子圖檔中心點(diǎn)的X和y的值。具體如圖3所示：
[0071] 1)根據(jù)