应用于云SCADA的输电网拓扑图自动生成方法与流程

文档序号：18463302发布日期：2019-08-17 02:13阅读：356来源：国知局

本发明涉及电力系统配网自动化的技术领域，具体涉及一种应用于云scada的输电网拓扑图自动生成方法。

背景技术：

scada(supervisorycontrolanddataacquisition，数据采集与监视控制系统)系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。随着在厂站规模不断扩大、数据采集量急剧增加和计算机技术的高速发展，为了满足对易扩展性、可伸缩性、高可靠性的要求，亟需打破原有存储“ioe”架构及重要功能节点“主备”模式，将scada系统基于云计算平台重新开发部署，运用容器、弹性计算、消息总线、表格存储、对象存储、时序数据库、业务实时监控服务等技术组件，对scada系统的“采集、处理、存储、交互、展示”各功能业务环节进行底层级“云化”改造，实现业务系统及数据的分布式，功能模块的“微服务化”，并基于云平台实现统一的任务调度及微服务级监控。

而在scada系统中，输电网地理接线图能够反映输电网中各电站的分布以及相互之间的输电线连接，是电网规划、设计、运检、调度等部门经常使用的一种图纸，也是生产管理、实时调度等系统经常使用的可视化监控界面的底图。一张简明、清晰的输电网接线图能够为方便电网人员的分析、设计工作，为电力系统的监视控制、调度、分析、规划等提供有力保障。传统方式下，电网拓扑图皆为人力手工完成。由人直接手工完成节点布局绘图，其效果将取决于人的一些主观因素。另外，对于大规模输电系统，人工绘图则无法胜任。因此，基于云scada的建设框架，有必要去寻求一种有效的算法实现计算机软件自动拓扑绘图，从而提高scada系统的实用性和有效性。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种应用于云scada的输电网拓扑图自动生成方法，大幅度减少了拓扑图的交叉点数，使输电网拓扑图结构更为清晰，从而方便电网工作人员的分析、设计工作，为电力系统的监视控制、调度、分析、规划等提供有力保障。

本发明提供一种应用于云scada的输电网拓扑图自动生成方法，包括步骤：

s1：将输电网中的变电站或发电站作为输电网拓扑结构中的点，将输电线作为输电网拓结构中的连线，随机生成输电网的初始拓扑图；其中，连线为直线的线段；连线的两端分别连接两个点；

s2：设定输电网拓扑结构中任意两点之间存在斥力，有连接关系两点之间存在引力，计算输电网的初始拓扑图中的各点的修正坐标，并根据各点的修正坐标更新各两点之间的连线坐标，得到初始修正后的输电网拓扑图；

s3：统计得到初始修正后的输电网拓扑图中存在的交叉点数量cross_tt；其中，所述交叉点是指两条连线非连线端点的公共点；

s4：初始化端点距离阈值d_max；将初始修正后的输电网拓扑图作为当前输电网的拓扑图；

s5：随机选取初始修正后的输电网拓扑图中任一未被遍历的线段对，作为当前遍历线段对，判断当前遍历线段对中的两条线段是否交叉，若是，则进入步骤s6；若否，则进入步骤s8；其中，所述线段对包含两条不同的线段；

s6：判断是否存在当前遍历线段对中的一线段的其中一端点与当前遍历线段对中的另一线段的其中一端点之间的距离小于d_max，若是，则当前遍历线段对中的两条线段交换这两个端点，作为各自新的一端点，得到新的线段，更当前输电网的拓扑图，进入步骤s7；若否，则返回步骤s5；

s7：统计得到更新后的当前输电网的拓扑图的交叉点数量cross_t，判断cross_t＜cross_tt是否成立，若是，则进入步骤s8；若否，则当前遍历线段对中的两条线段换回这两个端点，再次更新当前输电网的拓扑图，进入步骤s8；

s8：判断初始修正后的输电网拓扑图中是否还有未被遍历的线段对，若有，返回步骤s5；若无，则将最后更新得到的当前输电网的拓扑图作为最终生成的输电网拓扑图。

进一步，所述步骤s5中判断当前遍历线段对中的两条线段是否交叉具体包括：

进一步，所述步骤s2中输电网的初始拓扑图中的各点的修正坐标的计算公式为：

fx(i)＝frx(i)+fax(i)(1)

fy(i)＝fry(i)+fay(i)(2)

其中，fx(i)和fy(i)分别表示点i修正坐标中的横坐标和纵坐标；frx(i)和fry(i)分别表示点i受到其它点施加的斥力的横向分量和纵向分量；fax(i)和fay(i)分别表示与点i存在连接关系的点对点i施加的引力的横向分量和纵向分量。

进一步，所述frx(i)和fry(i)的计算公式为：

其中，(xi,yi)和(xj,yj)分别表示点i和点j的输电网的初始拓扑图中的原始坐标；r为斥力因子；k为各点在理想的均匀分布情况下，任意两点之间的平均距离；d(i,j)为点i和点j之间的距离。

进一步，所述fax(i)和fay(i)的计算公式为：

其中，(xi,yi)和(xj,yj)分别表示点i和点j的输电网的初始拓扑图中的原始坐标；r为斥力因子；k为各点在理想的均匀分布情况下，任意两点之间的平均距离；d(i,j)为点i和点j之间的距离；link(i,j)为点i和点j之间的连接关系，link(i,j)＝1表示点i和点j之间存在连接关系，link(i,j)＝0表示点i和点j之间不存在连接关系。

进一步，所述k的计算公式为：

其中，w和h分别为输电网的初始拓扑图的宽和高，n为输电网节点的总数量。

本发明的有益效果：本发明大幅度减少了拓扑图的交叉点数，使输电网拓扑图结构更为清晰，从而方便电网工作人员的分析、设计工作，为电力系统的监视控制、调度、分析、规划等提供有力保障。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的方法流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的一种应用于云scada的输电网拓扑图自动生成方法，包括步骤：

s1：将输电网中的变电站或发电站作为输电网拓扑结构中的点，将输电线作为输电网拓结构中的连线，随机生成输电网的初始拓扑图；其中，连线为直线的线段；连线的两端分别连接两个点；本实施例中，输电网的初始拓扑图可采用现有的方法或软件(例如：自动排布插件法)直接随机生成，或通过人工在软件绘制区绘制生成，此为现有技术，也不是本申请所要保护的内容，在此不赘述。

s3：统计得到初始修正后的输电网拓扑图中存在的交叉点数量cross_tt；其中，所述交叉点是指两条连线非连线端点的公共点；

s4：初始化端点距离阈值d_max；将初始修正后的输电网拓扑图作为当前输电网的拓扑图；本实施例中，k为各点在理想的均匀分布情况下，任意两点之间的平均距离。

s6：判断是否存在当前遍历线段对中的一线段的其中一端点与当前遍历线段对中的另一线段的其中一端点之间的距离小于d_max，若是，则当前遍历线段对中的两条线段交换这两个端点，作为各自新的一端点，得到新的线段，更当前输电网的拓扑图，进入步骤s7；若否，则返回步骤s5；本实施例中，每次交换坐标后，需要统计一次交叉点数并与交换前的交叉点数相比较，若数量减小，则执行该交换；反之，则换回原有坐标。为了使力导向算法生成的系统平衡布局不被坐标交换操作严重破坏，还应设定一个距离上限d_max，只有当两点的距离小于该值时，才允许交换坐标操作。该算法使得交叉点数必然往减小的趋势变化。

s8：判断初始修正后的输电网拓扑图中是否还有未被遍历的线段对，若有，返回步骤s5；若无，则将最后更新得到的当前输电网的拓扑图作为最终生成的输电网拓扑图。通过上述方法，，大幅度减少了拓扑图的交叉点数，使输电网拓扑图结构更为清晰，从而方便电网工作人员的分析、设计工作，为电力系统的监视控制、调度、分析、规划等提供有力保障。此外，本文方法还满足网络图自动绘制的原则中的“边尽量为直线”和“绘制区域最小原则”，使得能顺序地自动绘制最优的输电网拓扑图。

进一步，所述步骤s5中判断当前遍历线段对中的两条线段是否交叉具体包括：

判断[(y2-y1)x3-(x2-x1)y3+x2y1-x1y2]×[(y2-y1)x4-(x2-x1)y4+x2y1-x1y2]≤0且[(y4-y3)x1-(x4-x3)y1+x4y3-x3y4]×[(y4-y3)x2-(x4-x3)y2+x4y3-x3y4]≤0是否同时成立，若是，则判定当前遍历线段对中的两条线段交叉；若否，则判定当前遍历线段对中的两条线段不交叉；其中，(x1,y1)和(x2,y2)分别为当前遍历线段对中一线段的两个端点，则当前遍历线段对中一线段可表示为(y2-y1)x-(x2-x1)y+(x2y1-x1y2)＝0；(x3,y3)和(x4,y4)分别为当前遍历线段对中另一线段的两个端点，则当前遍历线段对中另一线段可表示为(y4-y3)x-(x4-x3)y+(x4y3-x3y4)＝0。由于当两线段存在交叉点(不包括线段端点)时，任意一条线段的两个端点分别位于另一条线段的两侧。若线段对中只有一条线段的两个端点分别位于另一条线段的两侧，不满足线段相交的条件。通过上述方法，可以自动精确判断两条线段是否交叉，方便后续快速准确地减少交叉点。

步骤s2中，利用力导向算法，设定输电网拓扑结构中任意两点之间存在斥力，有连接关系两点之间存在引力，其中，斥力关系和引力关系具体可以用如下公式表示：

其中，fr(i,j)为任意点对(i,j)之间的斥力，fa(i,j)为存在连接关系的点对(i,j)之间的引力。斥力、引力的正方向为沿两点连线的收缩方向，负号表示反向，即拉伸方向。式中，r为斥力因子，为常数，取值范围是(0,1]，w和h分别为输电网的初始拓扑图的宽和高，n为输电网节点的总数量；k为各点在理想的均匀分布情况下，任意两点之间的平均距离；d(i,j)为点i和点j之间的距离，此处所述的距离是指点i和点j之间的直线距离；link(i,j)为点i和点j之间的连接关系，link(i,j)＝1表示点i和点j之间存在连接关系，link(i,j)＝0表示点i和点j之间不存在连接关系。由(8)式和(9)式可以推导出如下的(1)式至(7)式。