陳 波 張喜平 陳士強

（廣東電網(wǎng)中山供電公司，廣東中山528400）

0 引言

近幾年配電自動化系統(tǒng)在配網(wǎng)調度運行和管理工作中得到了快速推廣與應用，調配用系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享與應用整合的需求越來越迫切，相關應用系統(tǒng)的研究也日益廣泛。面向業(yè)務驅動的配網(wǎng)專題圖，根據(jù)業(yè)務需求包括顯示電源供電范圍的供電范圍圖、顯示用電負荷供電路徑的供電路徑圖、顯示重要用電負荷供電電源的電源追蹤圖、顯示潮流分布的潮流分布圖等[1-3]。

1 總體框架

面向業(yè)務驅動的配網(wǎng)專題圖自動生成的前提條件是通過拓撲分析完成目標區(qū)域的拓撲模型抽取，在此基礎上進行設備模型的圖形化展示?？傮w流程圖如圖1所示。

圖1 總體流程圖

2 模型抽取算法

供電路徑模型抽取以網(wǎng)絡拓撲算法為核心，在調配一體化模型基礎上，通過對邊界條件的有效處理，實現(xiàn)對局部供電路徑的搜索分析功能。目前，常用的網(wǎng)絡拓撲分析方法主要有樹搜索法、數(shù)據(jù)表法、關聯(lián)矩陣法、節(jié)點標記法及Petri網(wǎng)分析法等。

本文采用廣度優(yōu)先遍歷法，針對特定的目標設備實現(xiàn)拓撲分析。對于目標設備及指定的追溯電壓等級，首先判斷追溯電壓等級是否高于10 kV，如果高于10 kV，則分兩種情況實現(xiàn)：對于10kV電壓等級設備的電源點追溯采用基本的廣度優(yōu)先遍歷法得到設備集；對于10kV以上電壓等級，遵循以上兩條原則，向高電壓等級及潮流流入的方向遍歷得到相應設備集，應用廣度優(yōu)先分層遍歷法，對鄰接點設備遍歷具體流程如下：

（1）判斷當前遍歷設備電壓等級是否低于上級遍歷設備，如果低于則停止遍歷，放棄設備節(jié)點，遍歷下一個設備，如果等于或高于則繼續(xù)進行下一步驟，保證向高電壓等級方向遍歷。

（2）判斷設備類型是否為交流線段，如果是交流線段則判斷交流線段端口潮流流向，潮流流入則納入設備節(jié)點繼續(xù)遍歷，否則放棄設備，遍歷下一設備，如果是非交流線段設備則將該設備納入設備集，繼續(xù)遍歷下一設備，保證向潮流流入方向遍歷。

（3）判斷本層設備是否遍歷完成，遍歷完成則判斷是否遍歷到電源點，結束本次遍歷，如果未完成或沒有遍歷到電源點，則繼續(xù)遍歷本層相關設備或下一層鄰接點設備，回到步驟1循環(huán)執(zhí)行。

（4）如果遍歷到電源點，則結束遍歷，對設備集進行處理，去除分支設備，過濾掉用戶不希望在圖形上進行展示的設備，形成一條完整的供電路徑。

在完成實時供電路徑模型抽取后（路徑集合記為P，聯(lián)絡開關集記為Dcon，搜索到的節(jié)點集合為N），根據(jù)需要可進一步完成當前供電路徑的可轉供路徑的模型抽取。算法過程如下：

（1）遍歷聯(lián)絡開關集中的配網(wǎng)開關，標記配網(wǎng)開關不在節(jié)點集合中的節(jié)點，則將其加入集合Mbrk中。

（2）遍歷集合Mbrk中的配網(wǎng)開關及開關的節(jié)點，從開關的節(jié)點開始再次搜索配網(wǎng)聯(lián)絡開關的供電路徑。搜索結果集合記為Pd，依次將Pd加入路徑P集合中。

（3）遍歷路徑P，過濾重復的設備對象。

至此，則完成了設備全部的供電路徑及可轉供路徑的模型抽取。

3 自動成圖布局算法

布局算法是自動成圖過程中的核心。當前成熟的布局算法主要有層次樹形布局、彈力（引力-斥力）布局算法等。其中，樹形布局算法適用于輻射狀無環(huán)的網(wǎng)架結構，由一個根節(jié)點延伸出多個子節(jié)點，滿足“樹”形分層特性，圖形具有很好的可讀性，但這種布局算法在布局環(huán)形結構圖形時容易產(chǎn)生交叉。彈力布局算法基于引力-斥力模型，將待布局的圖形節(jié)點看作粒子，粒子與粒子之間存在引力和斥力，圖形中的所有粒子隨著引力和斥力的相互作用而不停地發(fā)生位移，直到整體粒子系統(tǒng)之間的引力和斥力達到或近似達到一種平衡。在此過程中，開始時粒子的位置移動相對較快，但隨著多次循環(huán)，粒子的運動幅度也逐漸減小。最終整個系統(tǒng)中的粒子位置趨于穩(wěn)定，同時邊與邊的相交總數(shù)也在減少，使整張結構圖更具對稱性和可讀性。此外，還可借助遺傳算法、粒子群算法等優(yōu)化算法實現(xiàn)圖元的布局過程。

配電網(wǎng)專題圖一般以輻射狀網(wǎng)架居多，因此采用樹形布局算法。樹形布局以多叉樹數(shù)據(jù)結構來描述待布局的圖元關系，為整個系統(tǒng)圖元設定x、y坐標，如圖2所示。

圖2 樹型布局

4 布線算法

迷宮算法模擬在源點S開始以波浪形式向外擴散，遇到障礙物則停止。優(yōu)點是可以保證在源點S到目標點T如果存在路徑，則一定可以搜索到該路徑，同時搜索到的路徑是最短路徑。配電網(wǎng)專題圖在完成樹形布局后，設備與設備之間的連線一般以直線或一次折線為主，我們采用啟發(fā)式算法完成布線工作。所謂的“啟發(fā)式”，就是對每一個搜索的位置進行評價，以當前搜索的位置與目標的距離作為依據(jù)，來估計搜索的位置是否最佳。評價函數(shù)為F=G+H，其中，G=從起點到當前節(jié)點已走過的距離；H=從當前節(jié)點位置到終點的曼哈頓距離；F最小即為算法追求的目標。在搜索到終點位置后，根據(jù)各個位置對象的父節(jié)點關系，依次遍歷到起始位置，得到一條路徑。

布線完成后還需要對圖形進行一定的優(yōu)化和評價，圖形優(yōu)化過程是對前期自動構圖的局部修正，主要包括配變、負荷等單節(jié)點設備的位置修正，使其保持水平、豎直、距離最短等，另一方面也對整圖空白區(qū)域進行了一定的壓縮處理，使圖形盡可能緊湊。評價是對自動構圖效果的量化描述，主要考察布線長度的差異性、圖元占據(jù)屏幕的均勻性和布線的交叉點數(shù)三個方面。

5 結語

本文分析了面向業(yè)務驅動的配網(wǎng)專題圖自動生成在配網(wǎng)調度運行管理工作中的作用及運維現(xiàn)狀，總結了配電網(wǎng)專題圖自動生成的意義和原理。通過基于靜態(tài)模型和動態(tài)量測信息相結合的模型抽取實現(xiàn)了配電網(wǎng)專題圖對應設備模型集合的自動搜索；根據(jù)配電網(wǎng)專題圖的一般網(wǎng)絡特性，采用樹形布局、彈力布局算法及迷宮布線算法等自動成圖技術，實現(xiàn)了配電網(wǎng)專題圖的自動生成，并對成圖效果進行優(yōu)化和評價。