專利名稱：一種電網潮流圖自動生成方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)調度自動化技術領域，特別涉及一種電網潮流圖自動生成方法。
背景技術：
電網潮流圖集中顯示廠站、廠站間的線路及其潮流分布和線路開關，是調度員對電網 進行實時監(jiān)控和分析的主要界面。為了保證調度中心的能量管理系統(tǒng)運行和控制結果的合 理性，需要通過上、下級調度中心交互實時模型實現(xiàn)全局的潮流模型；能量管理系統(tǒng)的電 網模型不僅包括本地維護的電網模型，而且包括上下級調度中心維護的電網模型。因此， 能量管理系統(tǒng)中最常用的電網潮流圖已不能再通過人工維護生成了，需要根據全局的電網 模型自動生成全局的潮流圖。
現(xiàn)有的潮流圖自動生成方法有遺傳算法和罰因子算法等。但是由于這些方法對初值的 依賴性較強，而且計算花時較多，不能滿足大規(guī)模的潮流圖的自動生成的需要。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為克服已有技術的不足之處，提出一種電網潮流圖自動生成方法，利 用電網模型的拓撲關系自動生成潮流圖，能夠對廠站隨機初值達到很好的優(yōu)化效果；實現(xiàn) 調度員對電網進行實時監(jiān)控和分析。
本發(fā)明提出的一種電網潮流圖自動生成方法，其特征在于，該發(fā)明方法包括定義電網潮
流圖的廠站圖豐示模型，該圖標由中間的矩形和矩形四邊上伸出的多個引線構成，每邊的引
線長度從中部向兩側依次遞減，連接各邊最短引線端點所圍成的區(qū)域構成廠站圖標禁區(qū)；
該方法包括以下步驟
1) 把待生成潮流圖的畫面分成等間隔的n^n個區(qū)域，m,n均為正整數，將廠站圖標模
型按廠站的相對地理位置分配到相應區(qū)域中；
2) 采用引力一斥力模型對廠站圖標模型坐標在其所屬的區(qū)域內進行優(yōu)化，使廠站圖 標模型間的線路交叉最少；
3)連接兩個廠站圖標模型的線路布置成橫平豎直的折線，使得線路折線不穿過任何廠 站圖標模型圖標及其禁區(qū)。
本發(fā)明的特點及有益效果
本發(fā)明能夠實現(xiàn)電網潮流圖的快速自動生成，對廠站隨機初值達到很好的優(yōu)化效果； 布線的折點也限制在定值2之內，能夠簡單迅速的實現(xiàn)線路的橫平豎直的走線要求；保證 了圖形的美觀。實現(xiàn)調度員對電網進行實時監(jiān)控和分析。保證調度中心的能量管理系統(tǒng)運 行。


圖1為本發(fā)明的廠站圖標模型示意圖，虛線的方框為廠站圖標模型禁區(qū)； 圖2為本發(fā)明的障礙集為非空集的線路對應矩形的至少一側可以布通的情況； 圖3為本發(fā)明的障礙集為非空集的線路對應矩形的兩側都不可以布通的情況； 圖4為本發(fā)明的迷宮算法走線算例。
具體實施例方式
本發(fā)明提出的一種電網潮流圖自動生成方法結合附圖及實施例詳細說明如下 本發(fā)明方法包括定義電網潮流圖的廠站圖標模型，本實施例的廠站圖標模型如圖1 所示，該圖標由中間的矩形11和矩形四邊上伸出的多個引線12 (總引線與該實際廠站的 出線度相等，本發(fā)明設定最多不能超過40條)構成，每邊的引線長度從中部向兩側依次 遞減(保證布線時交叉盡可能少)，連接各邊最短引線端點所圍成的區(qū)域構成的禁區(qū)13組 成；該方法包括以下步驟
1) 把待生成潮流圖的畫面分成等間隔的m相個區(qū)域(一般.m,n〈5),將廠站圖標模型 按廠站的相對地理位置分配到相應區(qū)域中；
2) 采用引力一斥力模型對廠站圖標模型坐標在其所屬的區(qū)域內進行優(yōu)化，使廠站圖 標模型間的線路交叉最少；具體包括以下步驟
(引力一斥力模型基本原理是將所有的廠站考慮成一個個相互排斥的粒子，而有連接 關系的節(jié)點(廠站)之間又有著相互吸引的作用力。相互間存在線路的任何兩個廠站之間 都有斥力的作用。在每個粒子趨于平衡的過程中，有連接關系的節(jié)點會傾向于聚集在一起， 而沒有連接關系的則離得相對較遠。不斷地對所有的節(jié)點進行受力分析，直到最終達到相 對穩(wěn)定的狀態(tài)即可結束)
(21) 在各廠站圖標模型所屬區(qū)域的坐標范圍內，隨機生成所有廠站圖標模型的坐標;
(22) 計算廠站圖標模型間線路的相互引力^:
若兩個廠站圖標模型對應的實際廠站沒有連線時，引力gv為0;
若有連線時，當兩個廠站圖標模型之間的距離小于自然距離時，引力^V為0;否則引 力gv將和廠站圖標模型K,和K之間的當前距離與設定的自然距離的差值成正比，該引力的 絕對值lgvl如公式(l)所示
其中<formula>formula see original document page 6</formula>
正比例系數;d——自然距離；
,F,)——廠站圖標模型K和F,之間的當前距離；
自然距離^設定的規(guī)則為
如果^， ^不在同一個區(qū)域，d為K， ^所在的兩個區(qū)域的中心之間的距離；
如果兩個廠站圖標模型在同一個區(qū)域，d則由公式(2)確定
<formula>formula see original document page 7</formula>
M^/為該區(qū)域X軸方向的寬度，「V^]為該區(qū)域廠站圖標模型個數"開方之后取整加1
的值(設定的規(guī)則就是保證^為期望的^之間的距離)；
正比例系數^設定規(guī)則為
如果^，K的出線度(該廠站圖標模型與其它廠站圖標模型連線的個數為該廠站圖標模 型的出線度)均大于4時，^設為5;
如果^^之中的任一個的出線度小于等于4時，^設為20;
(23) 計算各個廠站圖標模型之間的相互斥力" 當兩個廠站圖標模型的距離小于閾值時，兩者之間的斥力為強斥力值；否則，相互斥
力與兩廠站圖標模型的出線度成正比，與兩廠站圖標模型的距離平方成反比；相互斥力的 絕對值l^l如公式(3)所示<formula>formula see original document page 7</formula>
式中W為自然距離，WF為閾值，cfg(K)為廠站圖標模型K的出線度，SK為強斥力值； 附r設定為K，K的廠站圖標模型不重疊時的最小距離；
SF為固定值且設定該值大于兩個廠站圖標模型緊挨著但不重疊時的斥力值(該值設 定的太小，很難將兩個重疊廠站圖標模型分離；設定的太大，循環(huán)迭代時，廠站圖標模型
的震蕩會很嚴重)；本實施例中設定<formula>formula see original document page 7</formula>
(24) 根據步驟(22)、 (23)的結果計算各廠站圖標模型所受的合力，根據合力的方
向和大小移動廠站圖標模型坐標
把每個廠站圖標模型各自的所有引力與斥力合成，得到各個廠站圖標模型受到的合力將每個廠站圖標模型所受的合力/wre化)分解成x軸向的合力和y軸向的合力/wr"(P;)和/wr^(P;),然后根據公式(4)，公式(5)計算得每個廠站圖標模型的x軸移動距離血(。和y軸移動距離:
將公式(4)，公式(5)計算得每個廠站圖標模型的x軸移動距離血(K)和y軸移動距離辦(K)對步驟(21)中所有廠站圖標模型的坐標進行更新，再將所有的/^ce(JO歸零；
(25)設Jw為所有廠站圖標模型的A(K)，辦(J^)中的最大值；當^!小于設定值《，《為正整數(本實施例中《設定為50)時，廠站圖標模型布局優(yōu)化結束(說明各廠站圖標模型的所受合力都在可以接受的范圍之內了)；否則轉(22);
3)連接兩個廠站圖標模型的線路布置成橫平豎直的折線，使得線路折線不穿過任何廠站圖標模型圖標及其禁區(qū)-.
為了便于布線，定義將所有連接廠站圖標模型的線路用橫平豎直的折線表示；
線路連接的兩個廠站圖標模型的引線端點構成的矩形區(qū)域中包含的廠站圖標模型禁
區(qū)的廠站圖標模型集合為該線路的線路障礙集；
若線路連線的兩個廠站圖標模型的引線端點構成的矩形區(qū)域中不包含任何廠站圖標
模型禁區(qū)，則該線路障礙集為空集，不然該線路障礙集為非空集。
(31) 線路障礙集為空集的線路的走線
線路障礙集為空的線路，根據線路兩端的坐標形成矩形，任意選取該矩形一側折線作為線路的走線；
(32) 障礙集為非空集的線路的走線障礙集非空集的線路的走線進一步可分為兩種情況
a. 線路兩端對應的矩形一側邊緣不會碰到其他廠站圖標模型的廠站圖標模型禁區(qū)，則直接采用矩形該側邊緣折線作為線路的走線；例如圖2中，21為線路對應的矩形區(qū)域，而22和23分別為有線路連接的兩個廠站圖標模型的出線端點(廠站圖標模型某個引腳的末梢)坐標值，24、 25為邊緣走線的兩種路徑，26為3號廠站圖標模型的禁區(qū)；從圖中可知25對應的路徑不會碰到其他廠站圖標模型的廠站圖標模型禁區(qū)，則可以按照25對應的路徑走線。
b. 否則，采用迷宮算法進行走線，同時規(guī)定一條線路最多只能有2個折點，例如圖3中，邊緣走線的兩種路徑都會遇到其它廠站圖標模型的禁區(qū)。
對于情況b，由于一條線路最多只能有2個折點，則只有水平-豎直-水平和豎直-水平-豎直兩種布線方式；具體的布線步驟如下(321) 遍歷所有線路，設這時需要橫平豎直繪圖的線路對應的矩形x軸方向長為/，
y軸方向高為/ 。
(322) 先進行水平-豎直-水平布線方式的嘗試處于左側的廠站圖標模型水平往右探索， 一旦遇到某個廠站圖標模型禁區(qū)時，停止探
索，記錄下此時探索所走過的距離/,;如果在走過/的距離仍未遇到任何廠站圖標模型禁區(qū)，則/,/，并停止探索；同理，處于右側的廠站圖標模型按照類似的方法水平往左探索，得到探索走過的距離/2;
如果(纟+^)《Z (表明水平-豎直-水平的布線方式行不通)，則轉步驟(323);
如果(/, + /2)〉/，將矩形長/從左至右分成3段線段，長度分別為/-/2, /,+/2-/, /-/,(這時，水平-豎直-水平方式若想布通，則其中的豎直線路必須布置在/1+/2-/這段范圍內。而這豎直線路的長度等于矩形y軸方向的高/7);在長為/1+/2-/的這段線段范圍內，從左
至右以步長d (本實施例中d設定為3)不斷嘗試豎直線路是否可以不穿越任何廠站圖標
模型禁區(qū)； 一旦存在豎直線路可以不穿越任何廠站圖標模型禁區(qū)的情況，則按此此嘗試線路采用水平-豎直-水平的方式布線，然后轉歩驟(325);如果在/1+/2-/的范圍內不存在豎直線路可以布通的情況(說明水平-豎直-水平的方式不可行)，則轉步驟(323)。
(323) 進行豎直-水平-豎直布線方式的嘗試
豎直-水平-豎直布線方式的原理與水平-豎直-水平布線方式一樣，具體方法如下
處于上方的廠站圖標模型豎直向下探索， 一旦遇到某個廠站圖標模型禁區(qū)時，停止探
索，記錄下此時探索所走過的距離^;如果在走過A的距離仍未遇到任何廠站圖標模型禁區(qū)，則/^=^,并停止探索；同理，處于下方的廠站圖標模型按照類似的方法豎直向上探索，得到探索走過的距離&;
如果(A(表明豎直-水平-豎直的布線方式行不通)，則轉步驟(324);
如果(A將矩形高A從上到下分成3段線段，長度分別為A —&， A，/z-A (這時，豎直-水平-豎直方式若想布通，則其中的水平線路必須布置在^+/^-/2這段范圍內。而這水平線路的長度等于矩形X軸方向的長/);在長為盡+^-A的這段線段范圍內，從上至下以步長dZ (本實施例中d設定為3)不斷嘗試豎直線路是否可以不穿越任何廠站圖標模型禁區(qū)； 一旦存在水平線路可以不穿越任何廠站圖標模型禁區(qū)的情況，則按此此嘗試線路采用豎直-水平-豎直的方式布線，然后轉步驟(325);如果在/^+^-A的范圍內不存在水平線路可以布通的情況(說明豎直-水平-豎直的方式不可行)，則轉步驟(324)。
(324) 如果水平-豎直-水平和豎直-水'平-豎直兩種布線方式都行不通的話，則先不繪制該條線路；
(325) 如果已經遍歷完所有的線路，則轉步驟(326)，否則轉步驟(321)。
(326) 若存在未繪制的線路，則手工移動某些影響橫平豎直繪圖的廠站圖標模型，從而確保所有線路都可以用橫平豎直的折線表示出來，結束布局；若不存在未繪制的線路，結束布局。
權利要求
1、一種電網潮流圖自動生成方法，其特征在于，該發(fā)明方法包括定義電網潮流圖的廠站圖標模型，該圖標由中間的矩形和矩形四邊上伸出的多個引線構成，每邊的引線長度從中部向兩側依次遞減，連接各邊最短引線端點所圍成的區(qū)域構成廠站圖標禁區(qū)；該方法包括以下步驟1)把待生成潮流圖的畫面分成等間隔的m*n個區(qū)域，m，n均為正整數，將廠站圖標模型按廠站的相對地理位置分配到相應區(qū)域中；2)采用引力-斥力模型對廠站圖標模型坐標在其所屬的區(qū)域內進行優(yōu)化，使廠站圖標模型間的線路交叉最少；3)連接兩個廠站圖標模型的線路布置成橫平豎直的折線，使得線路折線不穿過任何廠站圖標模型圖標及其禁區(qū)。
2、 如權利要求l所述方法，其特征在于，所述步驟2)具體包括以下步驟(21) 在各廠站圖標模型所屬區(qū)域的坐標范圍內，隨機生成所有廠站圖標模型的坐標;(22) 計算各個廠站圖標模型之間的相互引力^:若兩個廠站圖標模型對應的實際廠站沒有連線時，引力^V為0;若有連線時，當兩個廠站圖標模型之間的距離小于自然距離時，引力^為0;否則引力gV將與廠站圖標模型^和^之間的當前距離與設定的自然距離的差值成正比，該引力的絕對值IH如公式(1)所示其中&——正比例系數；d——自然距離；tfoO^,K)——廠站圖標模型K和K,之間的當前距離；(23)計算各個廠站圖標模型之間的相互斥力^:當兩個廠站圖標模型的距離小于閾值時，兩者之間的斥力為強斥力值；否則，相互斥力與兩廠站圖標模型的出線度成正比，與兩廠站圖標模型的距離平方成反比；相互斥力的絕對值l ^ i如公式(3)所示 '式中d為自然距離，w7為閾值，dg(K)為廠站圖標模型K的出線度，sK為強斥力值;設定為的廠站圖標模型不重疊時的最小距離；《F為固定值且設定該值大于兩個廠站圖標模型緊挨著但不重疊時的斥力值；(24)根據步驟(22)、 (23)的結果計算各廠站圖標模型所受的合力，根據合力的方向和大小移動廠站圖標模型坐標把每個廠站圖標模型各自的所有引力與斥力合成，得到各個廠站圖標模型受到的合力將每個廠站圖標模型所受的合力/orce(。分解成x軸向的合力和y軸向的合力/w";c(P:)和/wrw(K)，然后根據公式(4)，公式(5)計算得每個廠站圖標模型的x軸移動距離血(。和y軸移動距離辦化)<formula>formula see original document page 3</formula>將公式(4)，公式(5)計算得每個廠站圖標模型的x軸移動距離血(K)和y軸移動距離辦(K)對步驟(21)中所有廠站圖標模型的坐標進行更新，再將所有廠站圖標模型的/orce(。歸零；(25)設^7為所有廠站圖標模型的血(K)，辦化)中的最大值；當"w小于設定值《時，f為正整數，廠站圖標模型布局優(yōu)化結束；否則轉(22);
3、如權利要求l所述方法，其特征在于，所述步驟3)具體包括以下步驟定義將所有連接廠站圖標模型的線路用橫平豎直的折線表示；線路連接的兩個廠站圖標模型的引線端點構成的矩形區(qū)域中包含的廠站圖標模型禁區(qū)的廠站圖標模型集合為該線路的線路障礙集；若線路連線的兩個廠站圖標模型的引線端點構成的矩形區(qū)域中不包含任何廠站圖標模型禁區(qū)，則該線路障礙集為空集，否則該線路障礙集為非空集。(31) 線路障礙集為空集的線路的走線根據線路兩端的坐標形成矩形，任意選取該矩形一側折線作為線路的走線；(32) 障礙集為非空集的線路的走線a. 線路兩端對應的矩形一側邊緣不會碰到其他廠站圖標模型的廠站圖標模型禁區(qū)，則直接采用矩形該側邊緣折線作為線路的走線；b. 否則，采用迷宮算法進行走線，同時規(guī)定一條線路最多只能有2個折點，具體的布線步驟如下(321 )設當前需要橫平豎直繪圖的線路對應的矩形x軸方向長為/ ， y軸方向高為A ;(32"先進行水平-豎直-水平布線方式的嘗試處于左側的廠站圖標模型水平往右探索， 一旦遇到某個廠站圖標模型禁區(qū)時，停止探索，記錄下此時探索所走過的距離/,;如果在走過/的距離仍未遇到任何廠站圖標模型禁區(qū)，則/,/，并停止探索；同理，處于右側的廠站圖標模型按照類似的方法水平往左探索，得到探索走過的距離/2;如果(/,+/2)《/，則轉步驟(323);如果(/1+/2)>/，將矩形長/從左至右分成3段線段，長度分別為/—/2， /1+/2-/，在長為/1+/2-/的這段線段范圍內，從左至右以步長d不斷嘗試豎直線路是否可以不穿越任何廠站圖標模型禁區(qū)； 一旦存在豎直線路可以不穿越任何廠站圖標模型禁區(qū)的情況，則按此此嘗試線路采用水平-豎直-水平的方式布線，然后轉步驟(325);如果在/1+/2-/的范圍內不存在豎直線路可以布通的情況，則轉步驟(323);(323) 進行豎直-水平-豎直布線方式的嘗試具體方法如下處于上方的廠站圖標模型豎直向下探索， 一旦遇到某個廠站圖標模型禁區(qū)時，停止探索，記錄下此時探索所走過的距離^;如果在走過/ 的距離仍未遇到任何廠站圖標模型禁區(qū)，則/^=/ ，并停止探索；同理，處于下方的廠站圖標模型按照類似的方法豎直向上探索，得到探索走過的距離/^;如果(A則轉步驟(324);如果(、+^)〉A，將矩形高A從上到下分成3段線段，長度分別為A-^， ^+^-Zz，在長為/^+Z^-/z的這段線段范圍內，從上至下以步長^不斷嘗試豎直線路是否可以不穿越任何廠站圖標模型禁區(qū)； 一旦存在水平線路可以不穿越任何廠站圖標模型禁區(qū)的情況，則按此此嘗試線路采用豎直-水平-豎直的方式布線，然后轉步驟(325);如果在h+Z22-;2的范圍內不存在水平線路可以布通的情況，則轉步驟(324)。(324) 如果水平-豎直-水平和豎直-水平-豎直兩種布線方式都行不通的話，則先不繪制該條線路；(325) 如果已經遍歷完所有的線路，則轉步驟(326)，否則轉步驟(321)。(326) 若存在未繪制的線路，則手工移動某些影響橫平豎直繪圖的廠站圖標模型，從而確保所有線路都可以用橫平豎直的折線表示出來，結束布局；若不存在未繪制的線路，結束布局。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電網潮流圖自動生成方法，屬于電力系統(tǒng)調度自動化領域。該方法包括定義電網潮流圖的廠站圖標模型由本體及在本體四周構成的禁區(qū)組成；該方法包括以下步驟把待生成潮流圖的畫面分成等間隔的m*n個區(qū)域，m，n均為正整數，將廠站圖標模型按廠站的相對地理位置分配到相應區(qū)域中；采用引力-斥力模型對廠站圖標模型坐標在其所屬的區(qū)域內進行優(yōu)化，使廠站圖標模型間的線路交叉最少。然后，對連接兩個變電站的線路布置成橫平豎直的折線，使得線路折線不穿過任何廠站圖標模型圖標及其領域。本發(fā)明能夠對廠站隨機初值達到很好的優(yōu)化效果；實現(xiàn)調度員對電網進行實時監(jiān)控和分析。
文檔編號H02J3/00GK101673949SQ20091009328
公開日2010年3月17日 申請日期2009年9月25日 優(yōu)先權日2009年9月25日
發(fā)明者馮永青, 吳文傳, 孫宏斌, 張伯明, 鵬 李, 梁壽愚, 偉 沈 申請人:中國南方電網有限責任公司;清華大學