一种新型电力配网图自动成图方法与流程

本发明属于电力配网，特别涉及一种新型电力配网图自动成图方法。

背景技术：

1、配电网络图作为电力行业不可或缺的管理工具，它能够帮助电力工程师和决策者理解和控制复杂的电力系统，进而提高电力供应的效率和可靠性。随着市场的发展，配电网络图的绘制要求，特别是对于图形的清晰度、准确性以及生成速度等方面的要求在不断提高。

2、现有技术中公开了一些致力于开发更高效、更准确的配电网络图自动绘制方法。文献1（何雄坤.大数据技术在配网单线图自动成图的应用研究[j].电力大数据,2020,(5):54-63.）提出了一种结合大数据技术和机器学习技术的单线图自动绘制方法，该方法能够有效地处理大规模的电力系统数据，利用机器学习算法自动生成单线图。然而，该方法的运行速度和生成图形的清晰度仍有待提高。

3、文献2（章坚民,章剑光,陈士云,等.变电站为中心配电网单线图：(一)基于广义开闭所的图数模型[j].电力系统自动化,2019,43(18):102-110. doi:10.7500/aeps20180826004.）和文献3（zhan jianmin, zhang jianguang, chen shiyun, et al.single-line diagram of substation centralized distribution network part onediagram-data model based on generic switching station[j]. automation ofelectric power systems, 2019, 43(18):102-110. doi:10.7500/aeps20180826004.）针对广义开闭所图数模型在电力行业的应用进行了深入探讨，他们利用该模型对电力系统进行抽象和简化，以提高图形生成的效率和准确性。但是，该方法对电力系统的抽象程度较高，可能无法准确反映电力系统的实际状态。

4、文献4（陈兵,赵肖旭,施伟成,马海涛,王昊炜,笪涛.配电网网格化自动成图的实现[j].电力工程技术,2017,36(6):100-105）提出了基于网格化的配电网自动绘制方法，该方法利用电力系统的拓扑结构，将电力系统的各个部分映射到网格上，然后利用网格化算法自动生成配电网络图。这种方法的优点是可以生成清晰的图形，但其运行速度较慢，且可能需要消耗大量的计算资源。

5、尽管这些研究成果在某种程度上改善了配电网络图的自动绘制过程，但是它们都没有从根本上解决高性能、高质量的电力配电网络图自动绘制的问题。在现代电网管理的高要求面前，如何解决电力配电网络图自动绘制的耗时长、效果不理想等问题，仍然是当前电力行业迫切需要解决的问题。

6、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的主要目标是解决在传统的电力配网图绘制方法中存在的问题，满足日常业务的实际需求。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种新型电力配网图自动成图方法，将用户输入的具有拓扑关系的输入信息与配置信息进行解析，成图模块参照设计模式中工厂模式的特性、将输入信息与配置信息封装成相应模式的成图对象；进行数据类型转换和数据清洗操作；将数据传入成图对象中的处理链中，通过不同处理链对数据进行计算处理；封装成输出格式文件并输出给用户；不同处理链的具体步骤如下：

3、s1参数预处理：用于解析和转换输入的json格式的变电站拓扑数据，以便后续的分析和应用；

4、s2变电站布点处理：将主站放置在画布中心位置，将其他的辅站均匀且随机地分布在画布的四周，通过划分等分区域，然后在每个区域内随机选择一个位置放置辅站，回型算法进行最终计算位置；

5、s3变电站坐标微调处理：用于对变电站的布点进行适当的调整，避免变电站之间的相互覆盖；

6、s4站内开关布点处理：站内开关的位置根据电力设备的实际关联关系来布置并计算相关信息；

7、s5站外开关布点处理：通过划分区域将站外开关均匀地分布在相连接的主站与辅站之间，通过多条件联合算法进行计算位置；

8、s6站内开关朝向处理：每个站内开关的朝向与联络开关的朝向一致、文字显示完全；

9、s7布线处理：对于每对需要连接的主站、辅站和站外开关，使用floyd-warshall算法寻找一条初始路径，找到的初始路径是由一系列的横平竖直线段组成；根据连接关系与位置关系采用不同规格线路处理算法进行微调；

10、s8线路标注处理：对每条线路进行标注，包括线路的名称、电压信息；

11、s9线路矩形处理：以矩形条的方式展示每条线路，线路的宽度表示线路的电压或电流大小；

12、s10颜色处理：为不同类型的设备和线路分配不同的颜色；

13、s11锚点处理：在线路的拐点和终点处添加锚点；

14、s12恢复尺寸处理：在对不同数据在“变电站布点”、“变电站坐标微调处理”两个处理链动态处理过程中，如果数据计算超过设定阈值，此时会进行缩放处理；如果在变电站布点处理、变电站坐标微调处理的步骤中对画布进行了缩放，这一步需要恢复到原始的尺寸；

15、s13文字处理：为设备和线路添加文字描述，包括设备的名称、电压信息；

16、s14输出处理：将处理后的数据转换为json格式，输出到前端进行展示。

17、本发明提出了一种全新的、基于多算法组合的自动配电网络图绘制方案。这个方案将多种算法的优势有效地结合在一起，针对图形生成过程中的各个环节，采取最适合的算法进行处理，从而解决其中的突出问题。优化了性能、成图效果和对计算资源的占用，使得在一秒左右可完成绝大多数电力配网图形的生成，且成图效果好，无需人工调整。

18、回型算法与多条件联合算法效果提升： 计算量减少40%，在处理不同条件下的数据时，算法更具灵活性和高效性，成图效率提高30%，计算时长从分钟级降低到秒级。

19、线路处理算法效果提升： 成图美观度提升30%，线路布局更加清晰和直观。适应5种特殊的数据连接关系，使得算法更具通用性，能够处理多样化的数据并不影响美观与效率。

20、微调算法效果提升： 容错率提升，使得算法对于不完整或异常数据的处理更为稳健。在微调过程中，更加注重美观性的优化，提高了最终成图的视觉效果。

21、优选地，上述技术方案中，s2中变电站布点处理中的回型算法是通过4组随机布尔数产生8种不同组合，根据每个成图中变电站集合进行不同组合相应的回型布局，保证数据关系的同时留足空间进行走线，当变电站个数少于5时采用三角布局，当变电站个数大于等于5时采用回型布局；这样更有效的展现成图效果。布站的距离以及位置会通过联络关系进行计算，保证之后算法有足够空间进行处理计算。

22、优选地，上述技术方案中，回型算法具体流程为：

23、s2.1根据清洗好的图元数据提取出变电站列表，根据变电站列表大小，判断是否为0；否直接结束进入下一处理链中；

24、s2.2若变电站列表大于0，则进入计算阶段；

25、s2.3计算阶段主要处理一些参数：

26、maxwidth：根据变电站个数以及站外联络开关个数计算最大的宽度值；

27、ynum：获取上一处理链随机得出的最大点与最小点y轴差值；

28、xnum：获取上一处理链随机得出的最大点与最小点x轴差值；

29、proportion：根据数学计算处理后站外联络开关个数×阈值得到的系数；

30、widthvalue：根据数学计算得出布局中变电站做占矩形宽度值；

31、moderate：根据比较得出画布的系数；

32、proportionvalue：算法中根据变电站个数以及站外联络开关个数计算得出的阈值比例系数；

33、moderatewidth：算法中计算时画布的宽度；

34、moderateheight： 算法中计算时画布的高度；

35、s2.4计算成功后进行变电站布局，根据除主站后变电站列表个数num进行处理：若num等于1，则根据四组随机数选取上下分布排列方式，并根据结果计算所有变电站坐标；若num等于2，则根据四组随机数选取上下分布排列方式，并根据结果计算所有变电站坐标；若num等于3，则根据四组随机数选取上二下一分布排列方式，并根据结果计算所有变电站坐标；若num大于等于4且小于等于21，则根据四组随机数选取回型分布排列方式，并根据个数进行分组排列，最后根据结果计算所有变电站坐标；若num大于21，则采用随机成图方式数进行口字布局，并根据结果计算所有变电站坐标；

36、s2.5处理后进行坐标信息统计并结束，进入下一处理链。

37、优选地，上述技术方案中，s5中站外开关布点处理中的多条件联合算法是在变电站布局好后，根据联络关系筛选出变电站关联的联络开关进行分组，分组后再进行计算：根据位置关系、关联个数、走线空间以及代价进行排序算法进行排序，排序后再按照顺序选取当前空间最合适的放置规则进行布点，此时布点会根据已布点数据进行微调负反馈处理，为线路留足空间；最后进行检查处理，保证布点合理，如果出现异常则采用随机布点。

38、优选地，上述技术方案中，多条件联合算法流程具体为：

39、s5.1进行判断是否多层布局，判断依据为清洗数据时进行的处理结果；s5.2如果是多层布局则进行多层布局处理，结束进入下一处理链；

40、s5.3如果不是多层布局则根据清洗好的图元数据提取出变电站列表，根据变电站列表个数进入不同的处理函数中：

41、若num等于1，则进入dealonlysub函数；

42、若num等于2，则进入dealtwosub函数；

43、若num等于3，则进入dealthreesub函数；

44、若num大于等于4且小于等于21，则进入dealfoursub函数；

45、若num大于等于22，则采用随机位置交换方法进行布局，结束进入下一处理链；

46、dealonlysub函数与dealtwosub函数需要进行计算得到站外开关的x坐标、y坐标以及offset单次偏移量和width总偏移值，然后对计算得到的联络开关列表进行遍历并进行联络开关的坐标处理并赋值，最后执行addset方法，遍历结束后，进入下一处理链；

47、dealthreesub函数与dealfoursub需要先对联络开关进行排序分组并进行两层循环，然后进行计算得到站外开关的x坐标、y坐标以及offset单次偏移量和width总偏移值，然后对计算得到的联络开关列表进行遍历并进行联络开关的坐标处理并赋值，最后执行addset方法，遍历结束后，进入下一处理链。

48、这里的“dealonlysub”、“dealtwosub”、“dealthreesub”和“dealfoursub”四个函数是多条件联合算法对于不同数据差异设计的不同计算逻辑函数，以此来得到更好的布局效果。

49、优选地，上述技术方案中，s7中在线路处理算法进行之前进行数据预处理，统计之前已经布点的位置进行空间计算；数据预处理是根据已有的数据布局关系进行分层分组，不同层不同组进行不同的走线逻辑处理；外层副站与联络开关走线采用顺序走线，在保证连线的正确性同时减少拐点与交叉数目；联络开关与主站连线会进行判断，自动归类进行走线，不同出现方向有不同的出线逻辑；每条线路走线后会有自检过程，保证线路合理性；每个变电站线路组处理后会进行计算空间，保证之后线路合理空间出线。不同层线路不干预的同时，可以更有效的保证成图效果。

50、优选地，上述技术方案中，s7中线路处理算法流程具体为：s7.1根据清洗好的图元数据进行处理，计算所有点之间的位置关系，然后判断变电站个数是否大于21个；

51、s7.2如果变电站个数大于21个则将所有线路打乱顺序并遍历，获取一条线路的所有预设线路类型以及相关可能线路，进行检验是否存在重叠，如果存在重叠则进行计算重新获取更复杂线路情况后再进行判断是否重叠，直到获取无重叠线路；记录无重叠线路位置信息并存储至校验层，循环下一个直到遍历结束，结束线路处理算法进入下一处理链；

52、s7.3如果变电站个数小于21个，获取副站连接所有线路，根据副站列表进行遍历处理副站中所有线路：根据线路类型计算位置并获取相应轨道位置，根据线路两端点类型获取偏移位置后计算得出当前线路所有拐点位置并记录；处理副站所有线路位置信息至校验层，然后判断副站所有线路位置是否为多层布局；

53、s7.4如果副站所有线路位置是多层布局则获取外侧所有与主站连接线路并遍历处理：根据线路类型计算位置并获取相应轨道位置，根据线路两端点类型获取偏移位置后计算得出当前线路所有拐点位置校验，通过后并记录，最后更新轨道位置信息；

54、s7.5处理左右两侧乱层线路以及左右两侧同侧线路，最后获取内层线路并循环计算：根据线路类型计算位置并获取相应轨道位置，根据线路两端点类型获取偏移位置后计算得出当前线路所有拐点位置校验，通过后记录并更新轨道位置信息；直到循环结束，结束线路处理算法进入下一处理链；

55、s7.6如果副站所有线路位置不是多层布局则获取内层所有与主站连接线路，并进行分组排序，保证线路轨道顺序为单边递增；接着按序遍历所有线路并计算：根据线路类型计算位置并获取相应轨道位置，根据线路两端点类型获取偏移位置后计算得出当前线路所有拐点位置校验，通过后记录并更新轨道位置信息；直到遍历结束，结束线路处理算法进入下一处理链。

56、优选地，上述技术方案中，s7中布线处理的微调采用微调算法：在变电站、站外开关以及线路都会进行不同的微调处理，通过计算是否重合、是否造成后续影响、是否间距合理，根据其属性和影响因素使用不同的微调算法进行微调处理，最终成图有助于优化成图效果。

57、优选地，上述技术方案中，站外开关布局微调算法流程具体为：

58、s7.7判断站外开关布局是否为多层布局；

59、s7.8如果站外开关布局是多层布局，则根据联络开关的联络关系，通过线路的起点终点位置信息进行分组排序并进行分层，通过左右、上下布局分成8个层级，根据不同层级将联络开关进行分类处理，通过计算出所在层级的位置得到联络开关的offet偏移值、x坐标、y坐标和width宽度值；

60、s7.9如果站外开关布局不是多层布局,则根据上下位置间距关系进行微调；

61、s7.10根据数据计算并重置联络开关坐标并记录相关数据，结束站外开关布局的微调处理；

62、变电站布局的微调算法流程具体为：

63、s7.11判断变电站布局是否为多层布局；

64、s7.12如果变电站布局是多层布局则计算偏移值，获取所有变电站进行循环遍历，通过数据与偏移值计算变电站位置并重置相关元素以及线路的坐标位置；处理后进行坐标信息统计并结束，进入下一处理链；

65、s7.13如果变电站布局不是多层布局,则获取外侧变电站进行x轴方向偏移，通过数据与偏移值计算变电站位置并重置相关元素以及线路的坐标位置；处理后进行坐标信息统计并结束，进入下一处理链。

66、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

67、本发明通过多算法组合的方式，利用回型算法进行电力厂站的初始布局，利用多条件联合算法进行设备的布局，采用代价交换思想的算法进行线路规划，成功地提升了绘图效率，保证了生成的配电网络图质量；本发明提供了一种更快速、更有效、更精确的解决方案，成功解决了传统电力配网图绘制方法中的一系列问题，具有广泛的应用前景和价值。