梁艷 張世佳

摘? 要：該文針對包括展開站房設(shè)備的混合型線路的自動排布算法兼容性差的現(xiàn)狀，通過分析混合型區(qū)域接線圖的特點，該文提出了依據(jù)站房設(shè)備進(jìn)出線位置不同展開站房設(shè)備的排布方法。針對站房設(shè)備多條出線的分層排布、末端站房設(shè)備的排布和站房設(shè)備進(jìn)出線位置不同的排布3種典型實例，展開研究和實驗。實驗基于配電網(wǎng)地理接線圖的拓?fù)鋽?shù)據(jù)完成配電線的有向樹建模，按分支級數(shù)從小到大依次完成所有分支的排布，最終自動生成展開站房設(shè)備的混合型線路的區(qū)域接線圖，布圖科學(xué)，有效降低了工程實施成本。

關(guān)鍵詞：區(qū)域接線圖;自動排布;展開站房設(shè)備

中圖分類號：TP391? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

10 kV配電網(wǎng)中部分饋線組成的區(qū)域接線圖是配電管理系統(tǒng)中實時監(jiān)控的重要圖形數(shù)據(jù)。布局科學(xué)、美觀的區(qū)域接線圖自動排布算法能夠有效減輕工程人員調(diào)圖的工作量，降低工程實施成本。兼容架空、地纜及混合型線路類型的區(qū)域接線圖自動生成算法，在城網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)應(yīng)用中具有更強的應(yīng)用和推廣價值。

當(dāng)前，配電網(wǎng)電氣接線圖的自動排布算法集中于拓?fù)浞治觥⒉季€和布圖優(yōu)化的研究。

配電網(wǎng)公共信息模型CIM是單線圖、區(qū)域接線圖的拓?fù)鋽?shù)據(jù)基礎(chǔ)?；贑IM數(shù)據(jù)自動排布生成圖形數(shù)據(jù)，保證了拓?fù)鋽?shù)據(jù)的正確性?；贑IM拓?fù)鋽?shù)據(jù)和GIS圖形數(shù)據(jù)，設(shè)計圖模一致性的數(shù)據(jù)平臺為配電網(wǎng)各種接線圖提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，加速自動成圖效率。

自動成圖的排布算法通常以CIM數(shù)據(jù)和地理接線圖為基礎(chǔ)?；诘乩斫泳€圖，參照設(shè)備相對位置，完成自動布圖，布圖結(jié)果擬合地理接線圖走向。以層次結(jié)構(gòu)模型驅(qū)動的配電網(wǎng)一次接線圖的自動生成方法，基于Sugiyama的改進(jìn)型算法，滿足配電網(wǎng)單線圖、聯(lián)絡(luò)圖、供電路徑圖的使用需求。

自動成圖的布局優(yōu)化包括交叉處理和空間利用。從外向內(nèi)逐次布局的環(huán)形布局算法，對已布線的空格進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)記以避免重疊或交叉;網(wǎng)格化自動成圖的實現(xiàn)方法有效支持樹狀層次布局、邊界層次布局，無交叉且空間利用充分。

已有研究可以解決架空線路自動排布問題，架空線路的特點是構(gòu)成線路的設(shè)備占據(jù)排布空間小、均勻，但解決方案對包括多個站房設(shè)備的混合型線路兼容性差，甚至不可用。站房設(shè)備包括內(nèi)部接線和設(shè)備，占據(jù)了矩形排布區(qū)域，對整體排布效果及空間的利用產(chǎn)生影響。

該文以基于圖論的拓?fù)鋽?shù)據(jù)建模和橫平豎直的自動成圖排布算法為研究基礎(chǔ)，針對包括展開站房設(shè)備的混合型線路的自動排布算法兼容性差的現(xiàn)狀，該文提出了依據(jù)站房設(shè)備進(jìn)、出線位置不同展開站房設(shè)備的排布方法。通過基于圖論的有向樹建模，按有向樹分支級數(shù)從小到大依次完成所有分支的排布，自動生成區(qū)域接線圖。算法支持架空、地纜及混合型線路，布圖科學(xué)，符合配電網(wǎng)的實時監(jiān)控要求。

1 建立數(shù)據(jù)模型

針對配電網(wǎng)電氣接線圖的設(shè)備和線路的拓?fù)鋽?shù)據(jù)建立基于圖論的數(shù)據(jù)模型。該文對模型進(jìn)行了完善和補充。

建模規(guī)則1。節(jié)點包括主節(jié)點和負(fù)荷節(jié)點。其中，電源點、開關(guān)節(jié)點、T接點、線路末梢點和聯(lián)絡(luò)開關(guān)為主節(jié)點。配電變壓器為負(fù)荷節(jié)點。特別將包含內(nèi)部接線和設(shè)備的站房設(shè)備，作為主節(jié)點參與排布。

建模規(guī)則2。從電源點到線路末梢點或聯(lián)絡(luò)開關(guān)的所有路徑中，所含節(jié)點數(shù)目最多的一條路徑為0級分支;K級分支上包含的T接點為K+1級分支的根。從一個K+1級分支的根，到其中引出的樹狀子網(wǎng)絡(luò)的端點的所有路徑中，所含節(jié)點數(shù)目最多的路徑為K+1級分支（K≧0）。一條配電線為一個有向樹，可以分解為一條0級分支和若干條K級分支（K≧0）。

2 混合型區(qū)域接線圖的自動排布算法

2.1 區(qū)域接線圖的排布原則

架空、地纜及混合型線路類型總體排布原則如下。在配電線有向樹拓?fù)淠Ｐ突A(chǔ)上，有向樹分支級數(shù)按從小到大依次計算設(shè)備坐標(biāo)進(jìn)行排布，生成橫平豎直的區(qū)域接線圖。生成過程中，同時進(jìn)行交叉和重疊處理。

2.2 站房設(shè)備排布

對于包括內(nèi)部接線和設(shè)備的站房設(shè)備，作為主節(jié)點參與其所在分支路徑的排布。站房設(shè)備節(jié)點的坐標(biāo)取其所占據(jù)矩形區(qū)域的中心點坐標(biāo)。站內(nèi)設(shè)備及線路的排布坐標(biāo)，依據(jù)其在地理接線圖GIS圖形數(shù)據(jù)中相對中心點的距離得出。

對于架空、地纜及混合線路中包含的站房設(shè)備，自動排布遵照以下原則。

排布規(guī)則1。0級分支中包含站房設(shè)備節(jié)點，且站房設(shè)備有多條出線即包含多個子分支時，根據(jù)建模規(guī)則1識別0級分支，選定其中一個出線所在支線作為0級分支，0級分支排布遵守橫平豎直規(guī)則。其余出線所在的支線作為1級分支，站房設(shè)備為1級分支的根，考慮充分利用空間及實時監(jiān)控需要，對其進(jìn)行平行于0級分支方向的排布。具體坐標(biāo)的確定，依據(jù)同級分支不交叉、不重疊原則。

排布規(guī)則2。K+1級分支的根為站房設(shè)備，K+1級分支平行于0級分支排布。

排布規(guī)則3。K級分支（K>0）包含站房設(shè)備，K級分支平行于0級分支排布。

排布規(guī)則4。站房設(shè)備依據(jù)其進(jìn)、出線位置確定整個站房的坐標(biāo)。例如站房設(shè)備的進(jìn)線在上側(cè)、出線在下側(cè)，進(jìn)線節(jié)點坐標(biāo)作為站房設(shè)備所占據(jù)矩形區(qū)域的最小縱坐標(biāo)。如果站房設(shè)備的進(jìn)線、出線都在下側(cè)，進(jìn)線節(jié)點坐標(biāo)作為站房設(shè)備所占據(jù)矩形區(qū)域的最大縱坐標(biāo)。在此，區(qū)域接線圖從左到右，從上至下排布，坐標(biāo)原點為左上。

3 實例

首先，對以下包括站房設(shè)備的混合型區(qū)域接線圖的圖示符號做以下說明。圖中“MSW”表示站房設(shè)備，區(qū)域接線圖中的路徑分支編號為①分支、②分支、③分支、④分支......。區(qū)域接線圖的有向樹從左到右、從上至下排布。區(qū)域接線圖當(dāng)前最大縱坐標(biāo)用YCurMax表示。依據(jù)分支設(shè)備不重疊原則，兩條平行分支之間保持一定間距d，d定義為開合設(shè)備圖符的寬度。

3.1 分支中包括站房設(shè)備節(jié)點且站房設(shè)備有多條出線的區(qū)域接線圖排布

如圖1所示，圖中有2個站房設(shè)備MSW1和MSW2，以下對有多條出線的站房設(shè)備排布進(jìn)行分析。站房設(shè)備MSW1包括4條出線，即有4個子分支。

首先，計算每條分支所含節(jié)點數(shù)，確定1條0級分支和3條1級分支。①分支含1個節(jié)點。②分支有1個節(jié)點。③分支有6個節(jié)點。④分支有10個節(jié)點。根據(jù)根據(jù)建模規(guī)則1，選擇④分支為0級分支;其余3個分支作為1級分支。

其次，分支級數(shù)按從小到大依次排布，先排布0級分支，再排布3條1級分支。依據(jù)排布規(guī)則1，包含MSW1的0級分支按橫平豎直排布。3個1級分支與0級分支平行排布，排布過程中，依據(jù)分支在站房設(shè)備中的出線順序，依次排布①分支、②分支、③分支，同時遵照支線互相不重疊原則，同級支線水平方向的分層排布分析詳見圖2的實例分析。

3.2 站房設(shè)備的多條出線的分層排布以及支線中包括站房設(shè)備的區(qū)域接線圖的排布

如圖2所示，圖中有5個站房設(shè)備MSW1、MSW2、MSW3、MSW4、MSW5。依據(jù)建模規(guī)則2可知，此圖例中有1條0級分支，7條1級分支。其中，分支①、分支②和分支③為MSW1的3條出線。分支④和分支⑥的根為非站房設(shè)備，并且支線中不包含任何站房設(shè)備，為純架空支線。分支⑤的根為站房設(shè)備，支線中不包含任何站房設(shè)備。分支⑦的根為T節(jié)點，支線中包含站房設(shè)備MSW5。

依據(jù)排布規(guī)則1，完成0級分支的坐標(biāo)計算和排布，0級分支所有設(shè)備的最大縱坐標(biāo)記為Y0。則區(qū)域接線圖當(dāng)前最大縱坐標(biāo)YCurMax? = Y0。（特別的，站房設(shè)備MSW4作為0分支的末端站房設(shè)備應(yīng)水平放置。）

依據(jù)排布規(guī)則2和排布規(guī)則3，7條1級分支都應(yīng)平行于0級分支排布。1級分支按序號從大到小逐個加入排布，而1級分支①、②和③的根為站房設(shè)備，其排布順序依照出線的順序。以下依次分析每條1級分支的水平分層排布情況。

1級分支⑦。末端包含一個站房設(shè)備MSW5，此分支應(yīng)平行于0分支放置。遵照設(shè)備不重疊原則。⑦分支初始縱坐標(biāo)應(yīng)略大于YCurMax，定義為YCurMax + d。依次計算分支⑦中每個設(shè)備的坐標(biāo)。計算已經(jīng)排布過的0級分支和1級分支⑦的所有設(shè)備的最大縱坐標(biāo)記為YCurMax? = Y1。則區(qū)域接線圖當(dāng)前最大縱坐標(biāo)YCurMax? = Y1。

1級分支⑥。分支的根為非站房設(shè)備，也不包含站房設(shè)備節(jié)點，按橫平豎直排布分支中的每個設(shè)備。分支⑥中設(shè)備為架空設(shè)備，占據(jù)排布空間很小，最終，已經(jīng)參與排布的0級分支、1級分支⑦、1級分支⑥的最大縱坐標(biāo)仍為Y1。因此，區(qū)域接線圖當(dāng)前最大縱坐標(biāo)YCurMax? = Y1。

1級分支⑤。分支的根為站房設(shè)備，此分支平行于0分支排布，分支⑤的初始縱坐標(biāo)為YCurMax + d。依次排布分支中的所有設(shè)備。0級分支、1級分支⑦、1級分支⑥、1級分支⑤的最大縱坐標(biāo)記為Y2;則區(qū)域接線圖當(dāng)前最大縱坐標(biāo)YCurMax? =Y2。

1級分支④。與一級分支⑥的處理方式相同;排布結(jié)果，區(qū)域接線圖當(dāng)前最大縱坐標(biāo)仍然為YCurMax? = Y2。

1級分支①。分支的根為站房設(shè)備，此分支平行于0級分支排布。分支①的初始縱坐標(biāo)為YCurMax + d。依次排布分支中的所有設(shè)備。最后，已經(jīng)參與排布的所有設(shè)備的最大縱坐標(biāo)記為Y3。則區(qū)域接線圖當(dāng)前最大縱坐標(biāo)YCurMax= Y3。

1級分支②：與一級分支①的處理方式相同。最終，區(qū)域接線圖當(dāng)前最大縱坐標(biāo)YCurMax? = Y4。

1級分支③。分支的根為站房設(shè)備，并且分支中包含站房設(shè)備，此分支平行于0級分支排布。分支③的初始縱坐標(biāo)為YCurMax + d;依次排布分支中的所有設(shè)備。至此，完成整條配電線的所有分支的排布。更新YCurMax的值，最終區(qū)域接線圖最大縱坐標(biāo)YCurMax為圖2所示位置。

3.3 站房設(shè)備及其內(nèi)部設(shè)備的排布

目前，配電網(wǎng)站房設(shè)備的內(nèi)部接線有2種，一種是進(jìn)線在上、出線在下，另一種是進(jìn)線、出線都在下。依照排布規(guī)則4，在圖3示例中，MSW1、MSW2進(jìn)線和出線都在母線下側(cè)，進(jìn)線節(jié)點的坐標(biāo)作為站房設(shè)備矩形區(qū)域的最大縱坐標(biāo)。MSW3、MSW4進(jìn)線在母線上側(cè)，進(jìn)線節(jié)點的坐標(biāo)作為站房設(shè)備矩形區(qū)域的最小縱坐標(biāo)。

4 結(jié)語

通過實驗驗證，該文提出的算法兼容架空、地纜及混合型線路的區(qū)域接線圖自動排布，具有廣泛適應(yīng)性。對進(jìn)、出線不同位置的站房設(shè)備采用不同排布策略，有效利用空間，排布科學(xué)。展開站房設(shè)備，對站房設(shè)備及其內(nèi)部接線進(jìn)行排布，可清楚看到站內(nèi)外供電情況，符合配電網(wǎng)實時監(jiān)控要求。該算法對包含站房設(shè)備的分支做平行于0級分支的分層排布處理，造成了一定空間浪費，在這方面有待進(jìn)一步優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)

[1]劉健，吳娛，劉鞏權(quán).配電饋線地理圖到電氣接線圖的轉(zhuǎn)換[J].電力系統(tǒng)自動化，2005，29（14）：73-77.

[2]周博曦，孟昭勇，王志臣，等.基于CIM的變電站與配電饋線一次接線圖自動繪制算法[J].電力系統(tǒng)自動化， 2012， 36（11）：77-81.

[3]章堅民， 葉義， 徐冠華.變電站單線圖模數(shù)圖一致性設(shè)計與自動成圖[J].電力系統(tǒng)自動化， 2013， 37（9）：84-91.

[4]基于地理相對位置的省級輸電網(wǎng)均勻接線圖自動生成[J].電力系統(tǒng)自動化， 2010， 34（24）：55-59.

[5]陳連杰， 趙仰東， 韓韜，等.基于層次結(jié)構(gòu)及模型驅(qū)動的配電網(wǎng)圖形自動生成[J]. 電力系統(tǒng)自動化， 2015（1）：226-232.

[6]陳璐， 陳連杰， 歐陽文，等.基于環(huán)形結(jié)構(gòu)的配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)圖布局算法[J].電力系統(tǒng)自動化， 2016（24）：151-156.

[7]陳兵， 趙肖旭， 施偉成，等.配電網(wǎng)網(wǎng)格化自動成圖的實現(xiàn)[J]. 電力工程技術(shù)， 2017（6）：106-111.