第15卷第1期2017年3月
南京工程学院学报（自然科学版）
Journal of Nanjing Institute of Technology ( Natural Science Edition)
Vol. 15,No. 1
Mar. ,2017
doi ：10. 13960/j. issn. 1672 -2558. 2017. 01.008 投稿网址：http ://x b. njit. edu. cn 配网主站联络图弓型布局设计与实现
吴成立\陈连杰2，刘哲1
(1.南京工程学院电力工程学院，江苏南京211167; 2.国电南瑞科技股份有限公司，江苏南京210003)
摘要：当前的图模信息一般通过手工绘制或是采用以配网单线图为单位从外部系统导入的方式，容易出错，且缺乏配网联络图的直接来源.立足于配网自动成图的基本思想，通过模型抽取、图形建模、布局布线及整体优化等过程，采用基于弓型结构的布局设计实现配网联络图的自动生成，达到节点分布更集中，便于配网主站系统的监测与调控.通过具体工程应用，验证了本设计的可行性.
关键词：配电网；主站系统；自动成图；联络图；弓型布局
中图分类号:TM769
The Bow-Shaped Layout Design and Implementation
of Master Station Contact Graph of Distribution Networks
WUCheng-li1, CHEN Lian-jie2, LIU Zhe1
(1. School of E lectric Power E ngineering,Nanjing Institute of T echnology,N anjing 211167,C hina;
2. N A RI T echnology D evelopm ent C o.Ltd. ,Nanjing 210003,China)
Abstract：Nowadays, a wiring diagram is drawn manually or introduced from outside systems in the form of single line graphs. These two approaches, however, are prone to mistakes, and lack direct sources of contact graph of distribution networks. Based on the idea that a distribution network is automatic graphing, some procedures such as model extraction, graphic modeling, layout and overall process optimization are used to draw distribution network contact graphs automatically. A bow-shaped layout design is also used. The advantages of the graphs are that nodes of distribution i
s more concentrated, and monitoring of a master station system is easier. Applications of this design show that it is feasible.
Key words: distribution network; master station system; automatic graph; contact graph; bow structure layout
伴随着经济的快速发展，国民用电需求逐年攀升，电力系统规模越来越大，配网主站系统中一次接线图也越来越复杂.配网需要对有联络的线路进行故障处理、负荷转移，按照调度应用需求，xt相关线路生成联络图.然而，一方面单纯依靠手工绘制接线图非常困难，工作量大且容易出错；另一方面，目前配网主站一般从G I S系统导入单线图，不能有效表示相邻馈线连接状态，因此需要自动生成联络图.
自动成图技术作为图形技术的基础和重要组成部分，正在被逐渐引入到电力图形系统中[1<.自动成图问题主要包括布局和布线两方面.布局指的是在给定的布局环境和一定的约束条件下，对图形元件进行位置上的排布，以达到满足调度要求的效果.布线则是指通过寻多点间的最优路径将布局元件连接，使元件排列美观紧致[3]，且横平竖直.布线在布局的基础上完成，布局是布线的基础与前提，布局结果直接影响布线的收稿日期：2016 -08 -29；修回日期：2016 -09 -20
基金项目：南京工程学院大学生科技创新基金项目（TB201617035)
作者简介：吴成立，硕士生，研究方向为配电网自动控制.
E-mail：1053104757@qq
引文格式：吴成立，陈连杰，刘哲•配网主站联络图弓型布局设计与实现[J L南京工程学院学报（自然科学版），2017，15(l):42-47.
第15卷第1期吴成立，等：配网主站联络图弓型布局设计与实现43
设计与走向.在国内，由于配网联络图发展时间比较短以及自身的特殊属性，在配网联络图自动成图方面的研究比较少；国外研究人员在基于其他电力图形自动成图基础算法的研究上，提出大量的布局、布线算法.不同布局算法生成不同风格的配网联络图，但图形本质上是同构的.树型布局算法效率较高，可以快速确定各个点的坐标，但仅适用于辐射状的数据结构.弹力布局算法模拟物理系统内粒子之间的能量守恒过程，可视化效果较好，能够支持丰富的拓扑连接结构，但其计算量较大，耗时较多[4^].本文在这些研究算法的基础上，提出一种弓型布局算法，根据屏幕比例确定适宜的布局空间，从而使节点分布集中，便于配网主站系统的监测与调控.
自动成图不仅能节约绘图成本，提高工作效率，而且能通过提供清晰明确的拓扑联络图形来有效支持电网调度决策，这也是实现配电网智能化调度的关键技术之一.因此，利用计算机实现可读性强、易于修改的配网联络图的自动生成非常有意义[7].
1配网成图总体过程
配网联络图自动生成的总体过程包括模型抽取、图形建模、布局布线以及整体优化等过程.模型抽取过程通过指定馈线对象，再基于拓扑搜索算法从配网模型库中抽取满足要求的所有馈线联络路径集合，并以中间文件方式将其存储，作为自动成图的起点.图形建模过程是以模型抽取的结果作为基础，进行馈线段、开关、母线、配变等对象建模，抽象为图G中的顶集F和边集E(图C是一个有序二元组（F，E)，E与F 不相交.），同时对其中的异常数据进行处理，对非法模型数据对象进行标记、输出.布局布线过程是配网联络图生成的核心过程，根据图G(F，E)的节点连接关系，基于弓型结构进行布局布线.整体优化是配网成图的最后过程，针对弓型布局过程中的不足进行善后，主要包括对空行和空列的压缩删除和局部拉直、收缩调整等，从而保持图形的美观紧凑.
2弓型结构自动成图
2.1模型抽取
模型抽取是配网联络图自动生成的输人与起点，基于拓扑搜索算法，通过馈线ID自动搜索与本馈线一级联络的其他馈线集合.由于配网线路多级联络及运行方式的切换十分频繁，在模型抽取过程中需要重
点解决两大问题：配网线路联络点的识别；两个联络馈线间的多个可达路径.
为了提高配网线路联络点的自动识别，可采用多种配置策略的方式来完善.例如可通过联络开关、断路器、母线等不同联络属性来确定.在实际工程应用中，可通过配置选项来适应不同场合.
一般来说，两个联络馈线可能通过多个路径到达.如图1(a)所示，馈线S1和S3之间的联络路径有
S1—1一34—S3和S1—1一24—S3.配网联络图应显示所有可达路径，全面清晰地展示馈线联络情况，方便电网调度人员查看与调配.
44南京工程学院学报（自然科学版)2017年3月
模型抽取过程分为两个部分.第一部分是拓扑搜索出与本馈线一级联络的其他馈线集合，第二部分是计算出本馈线与联络馈线之间所有的可达路径.拓扑搜索算法一般采用基于队列的宽度优先搜索算法，具体过程如图2所示.其中e表示的是与〖相连的边的另一侧端点，Output指的是标记已访问的边输出集合.本算法的核心步骤在于，查与〖相连的边(馈线段、开关、断路器等），如果遇到联络点（开关），判断〖的联络标记是否为空，若不为空，即为二次联络，则搜索停止，否则获得该边的另一侧端点e，如果e未被访问过，则标记e为当前联络点；如果没有遇到联络点，则获得该边的另一侧端点e，若e未被访问过，则将〖的联络标记赋予e，将e压入队列，标记已访问的边输出节点集合，依次遍历所有相连的边，直至算法结束.
90设计网
图2图的宽度优先搜索算法流程图
通过上述带标记约束的图的宽度优先搜索算法，即可获得馈线的所有一次联络电源点集合&在此基础上，为提高联络路径的搜索效率，将输出Output中的分支节点进行优化删除，取剩余部分作为联络路径的搜索对象.如图1(b)所示，通过不停迭代，除去电源点（SI、义、幻）之外，将所有节点度为1的节点进行删除，则最终剩余的节点包括S1、S2、S3、14、8、10、11.
对于搜索两个电源点之间的所有路径，通常采用带回溯的基于堆栈的深度优先搜索算法，具体过程如图3
所示.本算法的核心步骤在于，以栈首节点m所有邻接节点列表lists为对象，从已访问过的最大下标开始，依次遍历邻接节点〜如果n已在堆栈中，则继续遍历，否则压入堆栈，并标记当前节点下标为已访问过的最大下标，直至退出算法循环；如果lists中没有新的节点被遍历到，则将原先节点m的访问标记清除，弹出栈首节点.
根据图1(b)，可得到馈线*SI、》S2、53之间的所有联络路径为51 —1一2—4一S3^S1一1一3—4一53、51—1—3—52、51 —1—2—4—3—S2^S2—3—4—53、52 —3—1—2—4—S3，且不包括节点 8、10、11，保证
了联络路径的最小化.
第15卷第1期吴成立，等：配网主站联络图弓型布局设计与实现45
图3图的深度优先搜索算法流程图
2.2弓型布局及布线
通过模型抽取过程可获得联络图的所有设备模型集合，根据模型节点号以及设备类型抽象成由点、线 组成的图G(F、E)，再根据点线间的拓扑联系进行布局布线.采用基于弓型结构的布局算法，具体过程：
1) 初始化布局空间的长度和宽度.为了使节点分布紧凑直观，长宽比选为16:9，根据节点数量m确定适宜规模的布局空间，即形成一张P行g列的布局图，根据屏幕比例，可计算#=y W(16 .9) 为比例系数），其中/>=9=16 vW/12(/>、g均取满足条件的最小整数），同时确定起始节点坐标(%，y).
2)采用宽度优先算法，对馈线节点进行遍历.①选定馈线起始节点（坐标），压人队列;②当队列空时算法结束，否则转③;③弹出队首元素，访问顶点〃并标记为已访问，加人遍历列表List中;④查与 ^相连的节点如果^未遍历过，则将^压人队列;⑤转②.
3)基于弓型布局算法.①根据屏幕比例计算适当的布局边界.②根据图形结构，通过宽度遍历生图形节点的布局顺序.③根据图形节点的布局顺序，选定从左至右，从上至下为坐标轴正方向.根据起始 节点坐标，按照正方向，若判断下一个节点位于上一个节点右边，则节点放置位置纵坐标保持不变，横坐标
依次加1个单位；若判断下一个节点位于上一个节点左边，则节点放置位置纵坐标保持不变，横坐标依次 减1个单位.当节点到达布局边界位置，则下一节点放置到该节点的正下方.循环，依次放置各个节点，并 设置其坐标，完成布局.
图4中节点数量m= 16，根据屏幕比例可计算出/>= 3=6，即形成一张3行6列的布局图，弓型布局
46南京工程学院学报（自然科学版)2017年3月设计类似于图的宽度优先遍历算法，根据边依次遍历所有节点，得到节点的遍历顺序为一1一3 —4一2 —5—6—沿一7 —8—9一 10—11 一 12—幻一 13.按弓型布局算法分布，得到图5所示的弓型布局图.
在完成图元布局后，所得网格空间的每个位置均可放置一个节点，该节点可代表一个拓扑节点或是设
备组合.本文在完成弓型布局的基础上，采用通道轨道布线算法[8]对图形进行布线.主要过程是在已形成布局图中的行列插入一定数量的空格作为节点的布线通道，布线前根据边线长度进行排序，依次布线，同时对已布线的空格进行标记，防止后续的布线发生线路交叉，如图6所示.
图6布线示意图
由图6可知，整图以各个连线的起始节点为研究对象，布线过程按照通道轨道的分配原则，下标序号越大，分配的轨道号越小；终止节点则按下标序号越大，分配的轨道号越大的规则连接，尽量使直线拉直并减少拐点数.一般而言，选择合适的通道轨道，并按照规范进行布线，尽量避免或减少线路交叉的现象，自动生成的联络图总体上能符合配网主站人员的工作需求.

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。