专利名称：基于粒子群算法的输电网单线图自动布局与绘制方法
技术领域：
本发明涉及基于粒子群算法的输电网单线图自动布局与绘制方法，特别涉及一种基于粒子群算法的输电网单线图自动设计方法，属于电力系统调度单线图自动绘图领域。
背景技术：
粒子群优化算法源自对鸟群捕食行为的研究,最初由Kennedy和Eberhart提出，是一种通用的启发式搜索技术。一群鸟在区域中随机搜索食物，所有鸟都知道自己当前位置距离食物多远，那么搜索的最简单有效的策略就是搜寻目前离食物最近的鸟的周围区域。PSO算法利用这种模型得到启示并应用于解决优化问题。PSO算法中，每个优化问题的解都是粒子在搜索空间中的位置，所有的粒子都有一个被优化的目标函数所决定的适应值，粒子还有一个速 度值决定它们飞翔的方向和距离，然后粒子群就追随当前的最优粒子在解空间中搜索。将变电站或发电厂抽象成一个粒子，粒子之间的连线描述的是变电站之间的线路，如附图1所示，将其均匀的布置在调度自动化系统大屏幕所示的画布上，形成布局。
发明内容
本发明提出了基于粒子群算法的输电网单线图自动布局与绘制方法，是一种基于粒子群算法的输电网单线图自动设计方法，通过将变电站和变电站之间的线路模拟成为单个粒子，为各变电站粒子赋以初始位置以及速度，计算各线路交点总数D以及线路曼哈顿距离总和L，分别乘以权重因子d、I并相加后，得到初始全局解Μ。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的:基于粒子群算法的输电网单线图自动布局与绘制方法，该方法步骤为:首先，将变电站粒子随机的均匀分布在画布上，随机的形成初始布局Μ，之后为一些重要变电站粒子以及需要特殊布局的变电站或发电厂粒子设置初始条件，如将一些重要的变电站粒子固定站画布中心，设定需要特殊布局的变电站或发电厂粒子的速度矢量，方向及粒子速度大小，然后将变电站粒子以一定的速度V移动后，将其迭代到目前为止最好的位置(即最佳适应度)被称为个体最好粒子，记为η，在全部粒子迭代到当前为止具有最佳适应度的粒子则称为全局最好粒子标记为q，粒子位置变化的速度极为V,。适应度F为一个目标函数值，F= dXD+lXL，当目标函数值大于设定的适应度值Ftl时，即认为未达到最佳适应度。各粒子根据下式更新自己的速度和位置。Vik+1 = Vik + C1XrandO X (叫-PiO + C2XrandO X Qi _ P,)p.k+1 = p.k + Vik式中:Ρ 和Pi15+1分别表示第i个变电站粒子在第k次迭代和k + I次迭代的位置坐标，C1和(:2是两个正约束系数，用于约束变电站粒子的飞行的步长，randO表示O I之间的一个随机数；
将变电站之间的线路两两连接起来，计算变电站线路之间两两交叉的交点数目总和D以及线路曼哈顿距离总长L，如图1所示，表示的为随机的输电网单线图初始布局，图中交点数D为2，线路总长L为各变电站之间曼哈顿距离之和，A、B变电站曼哈顿距离为1+2=3(单位)。如图2所示，为各变电站粒子添加了速度矢量后，将各变电站粒子按相应的速度大小及方向进行移动。移动方式可以分为以下三种:方式(I):以单个变电站粒子为单位；方式(2):将部分联系紧密的变电站粒子组合在一起进行移动；方式(3):所有变电站粒子同时移动。方式(I)适合边缘变电站粒子，即图1中所示的K号变电站粒子。当边缘变电站粒子移动至最优适应度后，采用方式(2)移动方式，即将部分联系紧密的变电站粒子组合在一起进行移动，这样可以真实地反应一些在地理位置以及物理连接上紧邻的变电站粒子的情况。当各变电站均处于乱序状态时，即可以让所有变电站粒子以方式(3)同时移动，随机优化，达到最优布局的目的。为了达到输电网单线图的最优布局效果，必须要考虑到电网中的实际情况，即某些变电站在电网网架结构中具备显著的作用，因此在采用粒子群算法进行优化布局时需要考虑将这些变电站至于画布中心等显著的位置，便于调度运行人员查看与操作。因此，需要在进行粒子群优化前设置相应的前提条件，将重要变电站粒子放置在变电站中心后，将其移动速度Vik设置为O。针对发电厂布局在图形下端，可以结合粒子群算法的粒子速度的矢量特性，通过调整代表该发电厂的粒子速度方向为向下或左右移动，以满足该发电厂的特殊布局要求。本发明的有益效果:在利用粒子群优化算法完成输电网单线图的自动布局与绘制后，图形中各变电站、发电厂相互间距适中合理，并且相互之间交叉点较少，由于采用了粒子群优化算法，因此可以通过调整相应的适应度校验条件使得输电网单线图更加符合实际电网的需要，实现输电网单线图的自动最优布局。
图1为初始布局M，图中A、B、C、D、E、F、G、H、1、J、K均代表变电站粒子，各变电站
粒子之间有线路连接；图2在图1的基础上为各变电站添加了粒子速度属性，图中箭头代表各粒子第K次迭代的速度矢量Vi15(i=A、B、C、D、E、F、G、H、1、J、K )，包括速度大小及方向。图3为本发明流程图。
具体实施例方式下面结合附图进一步说明书本发明。图1为初始布局M，图中A、B、C、D、E、F、G、H、1、J、K均代表变电站粒子，各变电站
粒子之间有线路连接。
图2在图1的基础上为各变电站添加了粒子速度属性，图中箭头代表各粒子第K次迭代的速度矢量Vi15(i=A、B、C、D、E、F、G、H、1、J、K )，包括速度大小及方向。如图3所示，图3为本发明流程图。基于粒子群算法的输电网单线图自动布局与绘制方法，该方法步骤如下:I)首先随机形成如图1所示的初始布局M (图1为初始布局M，图中A、B、C、D、E、F、G、H、1、J、K均代表变电站粒子，各变电站粒子之间有线路连接。)，即将输电网单线图中的各变电站等效地模拟成为图1中的变电站粒子，变电站之间的线路采用直线连接。2)设置初始条件，将输电网网架结构中重要的变电站放置在画布中心等显著的位置上，并将其速度设置为0，同时为一些需要特殊布局的变电站或发电厂粒子设置好速度矢量。3)以方式(I)移动边缘变电站粒子，各变电站粒子根据速度Vik更新自己的位置P,.1 = P,+ V,与速度 Vi15+1 =+ C1XrandO X (IIi _ PiO + C2XrandO X (Qi _ PiO,将边缘变电站粒子放置在合适的位置，防止产生过多的交点，减少交点总数。4)将一些在地理位置或物理连接上紧邻的变电站粒子组合在一起，以方式(2)进行移动，如图2中的A、B两个变电站粒子，由于联系紧密，因而可以组合在一起进行移动。5)对各变电站粒子进行适应度校验，计算目标函数值F是否小于设定的适应度值Ftl，若小于，则满足适应度校验，由于变电站粒子寻找到最优适应度所需要的次数或许有很多，因此在进行适应度校验的时候需要设置一个校验次数上限X，当校验次数达到X次后，仍然不能满足的话，那么可以认为变电站粒子适应度校验不满足，重新开始校验。6 )当个变电站粒子适应度校验满足后，通过方式(I)对个别变电站进行微调移动，对整个输电网单线图进行整体适应度校验，当N次整体校验后仍然不满足整体适应度后，重新进行布局。针对发电厂布局在图形下端的特殊布局要求，结合粒子群算法的粒子速度的矢量特性，通过调整代表该发电厂的粒子速度方向为向下或左右移动，以满足其特殊布局要求。本发明自动布局与绘制后，图形中各变电站、发电厂相互间距适中合理，并且相互之间交叉点较少，可以通过调整相应的适应度校验条件使得输电网单线图更加符合实际电网的需要，实现输电网单线图的自动最优布局。
权利要求
1.基于粒子群算法的输电网单线图自动布局与绘制方法，其特征在于，该方法步骤为: 1)将变电站粒子随机的均匀分布在画布上，然后将变电站粒子以速度V移动后，将其迭代到目前为止最好的位置即最佳适应度被称为个体最好粒子，记为n，在全部粒子迭代到当前为止具有最佳适应度的粒子则称为全局最好粒子标记为q，粒子位置变化的速度极为Vi ;适应度F为一个目标函数值，F= dXD+lXL，采用变电站、发电厂之间的线路总长度L以及线路相互间的交点数目D为粒子群算法的适应度校验因子，I与d分别是线路总长度L和线路相互间交点数的权重因子，大小为O I的小数，d与I相加的大小为1，调节相应的权重因子将使输电网单线图的布局效果随之变化，如，增大d，布局将趋向与交点较少，增大1，布局将趋向于拥挤，线路总长减少；通过不断的适应度校验，得出最优布局； 当目标函数值大于设定的适应度值Ftl时，即认为未达到最佳适应度； 各粒子根据下式更新自己的速度和位置:Vik+1 = Vik + C1XrandO X (叫-P,) + C2XrandO X Qi _ PiO Pik+1 = Pik + Vik 式中:Ρ 和Pi15+1分别表示第i个变电站粒子在第k次迭代和k + I次迭代的位置坐标，C1和C2是两个正约束系数，用于约束变电站粒子的飞行的步长，rand O表示O I之间的一个随机数； 2)将变电站之间的线路两两连接起来，计算变电站线路之间两两交叉的交点数目总和D以及线路曼哈顿距离总长L ； 各变电站粒子添加了速度 矢量后，将各变电站粒子按相应的速度大小及方向进行移动； 移动方式可以分为以下三种: 方式(I):以单个变电站或发电厂粒子为单位； 方式(2):将部分联系紧密的变电站或发电厂粒子组合在一起进行移动； 方式(3):所有变电站粒或发电厂子同时移动； 方式(I)适合边缘变电站粒子；当边缘变电站粒子移动至最优适应度后，采用方式(2 )移动方式，即将部分联系紧密的变电站粒子组合在一起进行移动； 当各变电站均处于乱序状态时，采用方式(3)即让所有变电站粒子同时移动，随机优化，达到最优布局的目的。
2.根据权利要求1所述的基于粒子群算法的输电网单线图自动布局与绘制方法，其特征在于，将重要变电站粒子放置在变电站中心后，将其移动速度Vik设置为O。
3.根据权利要求1所述的基于粒子群算法的输电网单线图自动布局与绘制方法，其特征在于，针对发电厂布局在图形下端，结合粒子群算法的粒子速度的矢量特性，通过调整代表该发电厂的粒子速度方向为向下或左右移动，以满足该发电厂的特殊布局要求。
全文摘要
基于粒子群算法的输电网单线图自动布局与绘制方法，属于电力系统输电网单线图自动绘图领域。将各变电站及线路分别进行单元化处理，均模拟成为单个粒子，初始化各变电站粒子所处的位置及其移动速度后，通过设定相应的适应度值对每一个变电站粒子当前的位置及速度进行评价，根据评价结果更新变电站粒子的位置和速度；进行多次迭代之后寻找最优解即最优布局，完成布局。本发明在利用粒子群优化算法完成输电网单线图的自动布局与绘制后，图形中各变电站、发电厂相互间距适中合理，并且相互之间交叉点较少，可以通过调整相应的适应度校验条件使得输电网单线图更加符合实际电网的需要，实现输电网单线图的自动最优布局。
文档编号G06F17/50GK103198189SQ201310116459
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月3日 优先权日2013年4月3日
发明者冯硕, 王中明, 阮德俊, 黄忠霞, 王保意 申请人:国家电网公司, 鹤岗电业局