基于模拟退火法的输电网潮流图的自动布局研究

摘要

调度大屏输电网潮流图，是调度SCADA系统或EMS系统的核心应用展现。调度大屏一般呈现为长条形，大屏尺寸限制一般排列的行数在9-13。随着经济的发展，变电站数量、线路数量的不断增加，电网日益复杂，变动也较为频繁，借助于人力来绘制调度大屏用的输电网潮流图越来越困难，迫切希望采用计算机协同系统及自动化算法，来解决频繁的潮流图更新问题。
　　 调度大屏输电网潮流图的自动生成，可分解为单线图布局、单线图布线、实时数据接入3个步骤。本文专注于其布局问题。布局布线理论和应用在集成电路、材料切割等不规则多边形布局、容器构件布局等得到了较为广泛的研究和应用。从理论上讲，布局问题是一个复杂的组合优化问题和NP完全问题，其全局最优解存在相当困难。
　　 调度大屏潮流图的布局问题是一个具有自身特点的专业布局问题。本文的主要研究内容如下：
　　 首先在引言中介绍了自动布局问题以及潮流图自动布局的研究意义与国内外的一些研究现状，提出了本课题的研究内容。
　　 其后介绍了本课题研究过程中涉及到的背景知识，包括SVG技术，自动走线规则，并比较了几种常见的随机优化算法。
　　 然后在研究现有布局问题的基础上，研究分析了布局问题的模型建立与相应的求解方法，从而为布局问题的求解奠定了理论基础，接着提出调度大屏输电网单线图自动生成问题，并分为供区布置求解和供区内变电站布置求解，充分考虑了调度人员对布局的习惯，并降低了求解的维度，提高了求解效率。对于前者，本文提出了基于Java脚本控制的SVG图形人工辅助布局工具。对于后者，建立了考虑布线效果的目标函数，即线路交叉尽可能少，相连变电站之间距离尽可能短；布局同时考虑了布线的特性，可以避免布局-布线多次循环；提出了一种基于模拟退火算法的自动布局算法，它在变电站地理坐标离散化或其他任意的初始解上进行计算，可获得全局优化解。算法过程中需要的各项参数的选取极其重要，它关系到自动布局的算法的效率以及自动布局后的效果，文中利用了传统的方法以及比较的方法对参数进行了选取，并以某个供区的变电站数据模型为案例，进行了自动布局算法的验证，对优化布局前后的交叉点数与连线距离进行了清晰地比较，优化效果比较明显。
　　 利用面向对象思想开发了本课题的软件系统，介绍了软件系统设计思想与开发的业务流程，着重讲解了软件系统中自动布局部分的开发，布局后再进行优化走线，最后自动生成的浙江省调度大屏的电网调度潮流图现已投运，布局清晰，效果明显。
　　 最后对全文进行了概括总结，从中得出了一些有益的结论，并为了能够进行进一步的深入研究提出了一些设想和展望。