电力系统单线图自动成图技术研究

摘要

随着电网发展方式的转变，我国正大力发展以“特高压电网，坚强智能电网，分布式发电”为骨架的能源互联网，电网的大规模互联已成为我国电力系统的发展趋势。我国电网目前已由传统的由发至用的“树形”结构逐渐演变为电力、通信、自动化控制为一体的电能流和信息流交互的大型现代电网结构。越来越复杂的网络密集化结构令单线图的绘制更加困难，传统单线图通常由绘图人员根据电力系统的拓扑关系，借助一些常用的工具如CAD等进行绘制，适用于无需梳理拓扑结构的简单的树形结构。随着大规模网络密集化电网的发展，人工绘制单线图工作量非常大，成图慢，且需反复更改以保证图形的易读性，人工成图周期变长，已无法满足电网自身的维护和管理需要。因此电力系统单线图的自动生成已成为必须，目前单线图的自动成图技术还在不断探索。如今现有的成图技术多针对传统的简单结构，对于各级电网的网络密集化趋势仍需要探索新的成图方式来应对。
　　本文针对复杂网络成图工作研究如下:
　　首先，介绍了目前电力系统成图技术的发展现状，并介绍了成图技术的相关标准。阐述了复杂电网成图的三个NP目标“线路交叉最少，元件均匀分布，线路连线最短”，并介绍了国内目前应对的处理方法，将以上两个或三个NP目标进行加权合并，再利用启发式的寻优方法优化处理，由于处理的是非多项式可解的NP问题，各个目标的权值的选择需要多次试验确定，寻优时间又过长，在图形拓扑结构复杂的情况下，反复迭代成图然后比较成图结果，以致成图时间增加。
　　然后，本文借鉴国外最新的自动成图方法，应用新的分解模型处理电力系统单线图成图问题，将成图步骤分解为三步，利用数学中图论的知识而非多项式的形式分别处理三个NP目标，分别利用三种不同的方法分步处理，第一步，利用改进的PQ-tree方法生成图形拓扑的平面嵌入，用来处理连线交叉最少的目标。第二步，利用改进的最小代价流图形正交化方法对交叉最少化的图形拓扑进行处理，一方面实现图形元素分布均匀，另一方面生成横平竖直的正交图形并将连线的弯曲降低到最少。第三步，利用分解的对偶图对图形进行压缩，并最终确定各节点坐标和连线位置。将已经生成的正交图形按照元素间距和连线关系将图形连线减少至最短。用三个步骤三种方法处理三个NP目标，克服了多个目标合并优化中易出现的交叉和连线数量优化不平衡的问题，大大缩短成图时间，并且让结果更加符合单线图成图规范。
　　最后，阐述了电力系统单线图成图的标准和三个步骤协作生成电力系统单线图的过程。并以多目标合并优化的方法和新型的多目标分解优化的方法分别生成IEEE30节点单线图、IEEE118节点单线图，对两种方法进行数据对比和成图效果对比分析，根据两种方法的成图结果表明，针对复杂网络的成图，新型成图方法可以将图形生成时间大大降低，图形的交叉和线路重叠等目标大大降低，图形元素分布更为均匀合理。目前该成图方法已经应用于某地市局自动成图系统中。

目录

声明

摘要

1．1 选题的背景和意义

1．2 自动成图研究现状

1．3 单线图自动生成存在的问题

1．4 本文的主要工作

第二章 自动成图基础

2．1 单线图自动成图概述

2．1．2 多目标合并优化方法简介

2．1．3 相关标准简介

2．2 新型多目标分解方法简介

2．3 多目标分解方法相关基础知识

2．3．2 ST-number算法

2．3．3 ST-number生成方法

2．3．4 平面图的对偶图

2．3．5 最小代价流

2．3．6 最小代价流求法

2．4 本章小结

第三章 多目标分解方法算法设计

3．1 电力元件的平面化布置

3．1．1 PQ-tree

3．1．2 PQ-tree形成平面拓扑

3．1．3 改进PQ-tree算法生成平面嵌入

3．2 利用最小代价流生成正交图形

3．2．1 有限制的最小代价流绘制正交图形

3．2．2 用添加虚拟点的方式加以改进

3．3 利用对偶图性质对图形压缩

3．4 本章小结

第四章 单线图自动成图技术的验证与开发

4．1 程序开发简介

4．1．1 基本信息筒介

4．1．2 软件功能结构

4．2 多目标分解算法实现流程

4．3 算例展示与分析

4．3．1 多目标合并方法算倒展示分析

4．3．2 多目标分解方法算例展示分析

4．4 本章小结

5．1 全文总结

5．2 未来展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文和参加科研情况