一种电缆型配网单线图辅助绘图方法与流程

本发明属于配电自动化运维技术领域，特别是一种电缆型配网单线图辅助绘图方法。

背景技术：

配电自动化是配电网未来的发展趋势，是指通过通信技术、计算机技术以及自动控制技术将配电网中的设备状态信息、保护信息等采集到调控中心配电自动化主站，主站对信息进行处理并且在需要时采用全自动或者人机交互的模式对线路开关进行遥控等操作。在配电自动化系统中配网单线图是一切分析与操作的基础，是调度人员进行配网调度管理最直观的工具，它抛弃设备的地理坐标，仅从配网设备之间的电气连接关系构建线路图。电缆型配网单线图体现了从变电站出线到用户配变之间的电气连接关系，包括开闭站、负荷开关、站用变、电缆型馈线、跳转链接、用户双电源等图元。目前，在城市配电网中，电缆型线路将逐渐取代架空线路。电缆型单线图在未来城市配电网调度管理中具有广泛的应用场景。

在目前国内上线运行的配电自动化系统中，电缆型单线图的绘制方式主要有两种：一种是从地理信息系统(GIS)导入，由于GIS系统是按照地理位置绘制图形，直接从GIS导入的图形具有开闭站布局分散，线路交叉点较多，线路整体结构和图元细节在有限的屏幕内无法同时呈现的特点；另一种是人工绘制，人工绘制需要绘图人员根据线路的结构以及设备数量自行确定开关、开闭站、跳转链接等图元的大小以及开闭站的间距、布局等。在开闭站数目较多时，往往很难迅速地确定最佳的间距、大小，需要绘图人员多次尝试与调整。

目前，对于电缆型单线图自动成图的研究有基于引力-斥力算法的自动布局方法、基于拓扑分层的布局方法等，均实现了开闭站等各个图元之间没有重叠，但是不能最大限度地利用与电脑屏幕相当的画布空间，当整个线路的结构展示出来的时候，开关图元较小，不利于调度人员的监视和遥控操作。

为了缩短绘图时间、提高绘图质量，有必要开发一种电缆型配网单线图辅助绘图的方法，实现开闭站大小和间距的自动计算，以帮助绘图人员进行线路布局与设备图元定位。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提出一种电缆型配网单线图辅助绘图方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种电缆型配网单线图辅助绘图方法，该方法包括步骤如下：

第一步、建立电缆型单线图辅助绘图模型，实现在固定长宽的屏幕画布上绘制出线路中所有电气设备，并且得到约束内最大的开关间隔，具体包括：

(1)确定绘图的单元模块，以一个开闭站及其左边和下边的间距为一个单元模块，假设一个开关间隔为x，第j个开闭站内有n_j个开关，开闭站内预留的标注空间为C₄x，左间距为C₁x，下间距为C₂x，开闭站宽度为C₃x，则第j个单元模块的长l_j、宽h_j如下：

l_j＝(C₁+C₄+n_j)x

h_j＝(C₂+C₃)x

其中C₁、C₂、C₄为常数，C₃的确定方法如下：

即当开闭站的宽度不足b时，开闭站的宽度为b；当开闭站的宽度超过b时，取开闭站的宽与平均长度的比例是黄金分割点，其中，

画布的大小应与调度员工作站显示器屏幕的大小相一致；

(2)求解上述模型，假设上述模型画布的长度为l，宽度为h，画布左边留白长度为l_left，右边留白长度为l_right，上边留白高度为h_up，线路中一共有k个开闭站，最终绘制为M行、N列，M和N为整数变量，开关图元的宽度为a，开关间隔最大值为c，则模型的目标函数和约束条件如下：

目标函数：max x

约束条件：

求解以上模型即可得到满足以上约束条件的开关间隔最大值x，以及此时开闭站的行数M、列数N，进一步求得第j个单元模块的长l_j、宽h_j，第j个开闭站的长ll_j、宽hh_j如下：

ll_j＝(C₄+n_j)x

hh_j＝C₃x，

第二步、运用分支界定法的思想求解模型得到开闭站的大小、间距的初始解，并生成图形；然后根据图形显示结果调整模型参数，再次求解模型，直到得到满意的绘图结果，具体包括：

(1)分支定界思想求解模型，首先第一步中模型求解出模型的松弛问题，如果松弛问题的最优解中每一个整数变量的值是整数，则松弛问题的解为原问题的解，否则，假设其中一个变量M的值M_r不是整数，则去除可行域中包含M_r，但不包含任何整数解的区域([M_r]，[M_r]+1)，其中[M_r]为M_r的整数部分，去除之后得到两个可行域分支，原来的问题变为两个子问题，分别对应两个新的可行域，分别对两个子问题的松弛问题进行求解，若求得的最优解中每一个整数变量的值均为整数，则松弛问题的解为子问题的最优解，否则继续进行分支，求解子子问题，最终在所有子问题的最优解中，选择使目标函数最大的解为原模型的最优解；

(2)运用求得的数据生成图形，根据左边留白长度为l_left，上边留白高度为h_up，第j个单元模块的长l_j、宽h_j，第j个开闭站的长ll_j、宽hh_j，行数M、列数N，以画布左上角为原点，确定每一个开闭站矩形框四个角的坐标，得到绘图结果；

(3)调整模型中的参数，以得到满意的绘图结果，至此，绘图人员即可根据最终的开闭站坐标和大小在配电自动化系统中绘制电缆型配网单线图。

而且，所述第一步的步骤(1)中画布的大小与调度员工作站显示器屏幕的大小相一致具体为：在画布的左侧需要留有一定的宽度用来绘制变电站及其出线开关，在画布上侧需要留有一定的空间写明线路名称，画布右侧需留有空间裕度。

而且，所述第二步的步骤(2)中运用求得的数据生成图形具体为，，采用matlab编程生成图形。

而且，所述第二步的步骤(2)中确定每一个开闭站矩形框四个角的坐标，得到绘图结果的具体方法为：对于包括A、B、E、D四个开闭站的图形，开闭站A、B、E、D的四点坐标分别为：

开闭站A：A₁(l_left+C₁x，h_up)；A₂([l_left+(C₁+C₄+n₁)x]，h_up)；

A₃([l_left+(C₁+C₄+n₁)x]，h_up+C₃x)；A₄(l_left+C₁x，h_up+C₃x)

开闭站B：B₁([l_left+(2C₁+C₄+n₁)x]，h_up)；B₂([l_left+(2C₁+2C₄+n₁+n₂)x]，h_up)；

B₃([l_left+(2C₁+C₄+n₁)x]，h_up+C₃x)；B₄([l_left+(2C₁+2C₄+n₁+n₂)x]，h_up+C₃x)

开闭站E：E₁(l_left+C₁x，h_up+C₃x+C₂x)；E₂([l_left+(C₁+C₄+n₅)x]，h_up+C₃x+C₂x)；

E₃([l_left+(C₁+C₄+n₅)x]，h_up+2C₃x+C₂x)；E₄(l_left+C₁x，h_up+2C₃x+C₂x)

开闭站D：D₁([l_left+(2C₁+C₄+n₅)x]，h_up+C₃x+C₂x)；

D₂([l_left+(2C₁+2C₄+n₅+n₆)x]，h_up+C₃x+C₂x)；

D₃([l_left+(2C₁+2C₄+n₅+n₆)x]，h_up+2C₃x+C₂x)；

D₄([l_left+(2C₁+C₄+n₅)x]，h_up+2C₃x+C₂x)

而且，所述第二步的步骤(3)中调整模型中的参数，以得到满意的绘图结果具体包括：将参数C₁调大以获得更大的横向间距。。

本发明的积极效果

使用本发明方法能够根据直观的展示图形辅助绘图人员决定开闭站等图元的大小、间距，避免了绘图人员根据想象反复调试图元大小和间距。缩短了电缆型配网单线图的绘制时间，提高了绘图质量，在一定程度上提高了配电自动化运维人员的工作效率。

附图说明

图1是单元模块内各参数示意图；

图2是本发明方法的步骤流程图；

图3是本发明中开闭站A、B、E、D的四点坐标展示示意图；

图4是对图3中开闭站A、B、E、D坐标调整后的展示示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其它实施方式，同样属于本发明保护的范围。

一种电缆型配网单线图辅助绘图方法，该方法包括步骤如下：

步骤1、建立电缆型单线图辅助绘图模型，实现在固定长宽的屏幕画布上绘制出线路中所有电气设备，并且得到约束内最大的开关间隔，具体包括：

(1)确定绘图的单元模块，以一个开闭站及其左边和下边的间距为一个单元模块，单元模块内的各参数如图1所示，假设一个开关间隔为x，第j个开闭站内有n_j个开关，开闭站内预留的标注空间为C₄x，左间距为C₁x，下间距为C₂x，开闭站宽度为C₃x，则第j个单元模块的长l_j、宽h_j如下：

l_j＝(C₁+C₄+n_j)x

h_j＝(C₂+C₃)x

其中C₁、C₂、C₄为常数，C₃的确定方法如下：

即当开闭站的宽度不足b时，开闭站的宽度为b；当开闭站的宽度超过b时，取开闭站的宽与平均长度的比例是黄金分割点，其中，

画布的大小应与调度员工作站显示器屏幕的大小相一致，在本发明的具体实施中，所述画布的大小应与调度员工作站显示器屏幕的大小相一致具体为：在画布的左侧需要留有一定的宽度用来绘制变电站及其出线开关，在画布上侧需要留有一定的空间写明线路名称，画布右侧也需留有一定的空间裕度。

(2)求解上述模型，假设上述模型画布的长度为l，宽度为h，画布左边留白长度为l_left，右边留白长度为l_right，上边留白高度为h_up，线路中一共有k个开闭站，最终绘制为M行、N列，M和N为整数变量，开关图元的宽度为a，开关间隔最大值为c，则模型的目标函数和约束条件如下：

目标函数：max x

约束条件：

求解以上模型即可得到满足以上约束条件的开关间隔最大值x，以及此时开闭站的行数M、列数N，进一步求得第j个单元模块的长l_j、宽h_j，第j个开闭站的长ll_j、宽hh_j如下：

ll_j＝(C₄+n_j)x

hh_j＝C₃x

步骤2、利用改进的分支定界法对模型进行求解，运用分支界定法的思想求解模型得到开闭站的大小、间距的初始解，并生成图形；然后根据图形显示结果调整模型参数，再次求解模型，直到得到满意的绘图结果，如图2所示。具体方法步骤包括：

(1)分支定界思想求解模型，对步骤1中模型的求解问题属于混合整数规划问题，采用分支定界法思想，首先求解出模型的松弛问题，如果松弛问题的最优解中每一个整数变量的值是整数，则松弛问题的解为原问题的解，否则，假设其中一个变量M的值M_r不是整数，则去除可行域中包含M_r，但不包含任何整数解的区域([M_r]，[M_r]+1)，其中[M_r]为M_r的整数部分，去除之后得到两个可行域分支，原来的问题变为两个子问题，分别对应两个新的可行域，分别对两个子问题的松弛问题进行求解，若求得的最优解中每一个整数变量的值均为整数，则松弛问题的解为子问题的最优解，否则继续进行分支，求解子子问题，最终在所有子问题的最优解中，选择使目标函数最大的解为原模型的最优解；

(2)运用求得的数据，采用matlab编程生成图形，根据左边留白长度为l_left，上边留白高度为h_up，第j个单元模块的长l_j、宽h_j，第j个开闭站的长ll_j、宽hh_j，行数M、列数N，以画布左上角为原点，确定每一个开闭站矩形框四个角的坐标，绘制在matlab中，得到绘图结果；

如图3所示，如果开闭站A、B、E、D的四点坐标分别为：

开闭站A：A₁(l_left+C₁x，h_up)；A₂([l_left+(C₁+C₄+n₁)x]，h_up)；

A₃([l_left+(C₁+C₄+n₁)x]，h_up+C₃x)；A₄(l_left+C₁x，h_up+C₃x)

开闭站B：B₁([l_left+(2C₁+C₄+n₁)x]，h_up)；B₂([l_left+(2C₁+2C₄+n₁+n₂)x]，h_up)；

B₃([l_left+(2C₁+C₄+n₁)x]，h_up+C₃x)；B₄([l_left+(2C₁+2C₄+n₁+n₂)x]，h_up+C₃x)

开闭站E：E₁(l_left+C1x，h_up+C₃x+C₂x)；E₂([l_left+(C₁+C₄+n₅)x]，h_up+C₃x+C₂x)；

E₃([l_left+(C₁+C₄+n₅)x]，h_up+2C₃x+C₂x)；E₄(l_left+C₁x，h_up+2C₃x+C₂x)

开闭站D：D₁([l_left+(2C₁+C₄+n₅)x]，h_up+C₃x+C₂x)；

D₂([l_left+(2C₁+2C₄+n₅+n₆)x]，h_up+C₃x+C₂x)；

D₃([l_left+(2C₁+2C₄+n₅+n₆)x]，h_up+2C₃x+C₂x)；

D₄([l_left+(2C₁+C₄+n₅)x]，h_up+2C₃x+C₄x)

根据各开闭站四点坐标，将各个开闭站绘制在画布上效果如附图3所示；

(3)调整模型中的参数，以得到满意的绘图结果，例如将参数C₁调大以获得更大的横向间距，调整后的绘图结果如图4所示，至此，绘图人员即可根据最终的开闭站坐标和大小在配电自动化系统中绘制电缆型配网单线图。