[发明专利]基于虚拟节点的电网单线图自动布局方法

说明书

本发明提供了一种基于虚拟节点的电网单线图自动布局方法，该方法包括：读取电网拓扑结构，获取所有节点、线路集合，应用第一次差分进化算法对所有节点线路进行第一阶段布局得到初始布局图，并应用第二次差分进化算法进行第二阶段布局中主区域的优化布局，基于虚拟节点坐标确定虚拟区域的范围，应用第三次差分进化算法，进行第二阶段布局中虚拟区域的布局，在每个虚拟节点对应的虚拟区域范围分别布局，得到每个节点的坐标，完成电网单线图的自动布局。本发明应用差分进化算法，采用综合布局和走线方式，在目标函数中引入惩罚项，有效解决了环状带辐射电网单线图自动布局问题，并通过引入虚拟节点，能更准确且快速地完成单线图自动布局。

技术领域

本发明属于电网单线图自动布局技术领域，特别涉及一种基于虚拟节点的电网单线图自动布局方法。

背景技术

电网单线图将电网拓扑以图形的形式清晰展现，为电力工程师提供更直观的图形，在电网监控、分析中发挥着重要作用。随着电网规模不断扩大，环网带辐射结构的出现对单线图提出了更高的要求。电网单线图分为输电网单线图和配电网单线图。

在输电网方面，“横平竖直”是目前单线图布局的主流方式，以往的研究中，有的采用折线的连线方式实现变电站之间的连接；有的针对调度大屏潮流，利用模拟退火法寻求全局最优；有的将输电网的自动布局转化为QAP问题，运用蚁群算法实现实时布局；有的应用模拟退火算法将组元图形进行优化。但大部分在网格中布局，适合输电网应用于调度大屏进行监控、调度；而固定网格的布局，一般先布局再走线，这对于节点比较多的电网很难避免线路交叉现象。

在配电网方面，其单线图研究中一般不设定固定坐标，以往研究中，有的生成以变电站为中心的辐射状配电网单线图，并对布局进行美化最终形成分布均匀美观的单线图，但在多环带辐射电网中并无中心变电站；有的生成以辐射网为主带环状结构的电网单线图，但布局严重依赖初始布局；有的在辐射状电网中通过先确定主干线来获得良好的单线图，但对无主干线的环状带辐射结构配网显然不适用；有的先对拓扑进行化简，导致生成的单线图与实际不符；有的优化时加入地理坐标，此时算法的可应用性被地理坐标是否能获取限制。

综上，对大电网分解成小部分单独布局，不适合多环内部连接紧密难分解电网；采用多层分布方法使节点分布趋近均匀，但视觉效果差且计算复杂，层内交叉现象严重；而在没有地理信息的情况下，对于环状带辐射电网，若进行整体优化，辐射节点坐标部分又很难同步变化，不可避免地与环状网产生交叉线路，影响布局的美观性。因此，寻求一种用于解决电网单线图自动布局问题且能够避免环网辐射网之间的交叉和重叠并生成电网单线图的方法是十分迫切且必要的。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的缺陷，基于虚拟节点，提出一种电网单线图自动布局方法。该方法包括读取电网拓扑结构，获取所有节点、线路集合，应用第一次差分进化算法对所有节点线路进行第一阶段布局得到初始布局图，并应用第二次差分进化算法进行第二阶段布局中主区域的优化布局，基于虚拟节点坐标确定虚拟区域的范围，应用第三次差分进化算法，进行第二阶段布局中虚拟区域的布局，在每个虚拟节点对应的虚拟区域范围分别布局，得到每个节点的坐标，完成电网单线图的自动布局。本发明应用差分进化算法，采用综合布局和走线方式，在目标函数中引入惩罚项，有效解决了环状带辐射电网单线图自动布局问题，并通过引入虚拟节点，可更准确且较快速地完成单线图自动布局。

本发明提供一种基于虚拟节点的电网单线图自动布局方法，所述方法包括以下步骤：

S1、获取初始布局图：读取电网拓扑结构，获取所有节点、线路集合，应用第一次差分进化算法对所有节点线路进行第一阶段布局得到初始布局图；

S2、进行主区域优化布局：基于初始布局图，应用第二次差分进化算法进行第二阶段布局中主区域的优化布局，布局涉及到环网节点的线路、虚拟节点、虚拟线路；所述步骤S2中的第二次差分进化算法具体包括以下步骤：