一种配电网地理接线图到单线图的自动转换系统

摘要

本发明涉及一种配电网地理接线图到单线图的自动转换系统，包括，面向图形对象的配电网单线图矢量绘制工具，还包括，点一弧模型数据结构；广度优先遍历的拓扑算法；基于迷宫算法的电气图元布局；图元或线路重叠与交叉的消除。以配电网地理信息为基础，结合面向图形对象的配电网单线图矢量绘制工具，提出了基于CIM的配电网络模型，并根据地理接线图中设备之间的拓扑关系，通过迷宫算法和消除重叠与交叉方法，实现配电网地理接线图到单线图的自动转换，极大地减少了单线图维护人员的工作量，消除了数据和图形不一致的隐患，在实际应用中提高了配电部门的工作效率和电力系统的可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种绘图软件，特别是一种针对配电网地理接线图到单线图的自动转换系统。

背景技术

电气接线图是对电网状态的示意性表示，绝大多数的调度功能都是用它实现的，是电力系统运行管理中必不可少的图形资料。

目前，我国已经实施的配电网管理系统中，电气接线图大多是通过CAD绘图软件手工绘制而成，不仅绘制工作量大，而且存在着数据和图形配置不一致的隐患。随着社会生产的发展，电能的需求日益增长，促使电网改造和线路变动频繁，极大地增加了配电网络电气接线图维护人员的工作量。这就迫切需要一种能够根据地理设备的拓扑关系自动生成电气接线图的绘图软件，以提高电气接线图的维护效率和准确性，实现配电运行的经济性、可靠性和灵活性。

发明内容

本发明其目的在于提供一种配电网地理接线图到单线图的自动转换系统，以配电网地理信息为基础，结合面向图形对象的配电网单线图矢量绘制工具，提出了基于CIM的配电网模型，并根据地理接线图中设备之间的拓扑关系，通过迷宫算法和消除重叠与交叉方法，实现配电网地理接线图到单线图的自动转换，极大地减少了单线图维护人员的工作量，消除了数据和图形不一致的隐患，在实际应用中提高了配电部门的工作效率和电力系统的可靠性。

实现上述目的而采取的技术方案，包括，面向图形对象的配电网单线图矢

量绘制工具，还包括，

1)点-弧模型数据结构；

2)广度优先遍历的拓扑算法；

3)基于迷宫算法的电气图元布局；

4)图元或线路重叠与交叉的消除。

与现有技术相本发明具有以下优点。

本发明在继承目前单线图手动绘制系统的优点诸如面向对象、图标库等的基础上，针对目前单线图手动绘制系统的不足做出了以下改进：

1、根据使用人员的不同需要，能够将不同规模的配电网地理接线图自动转换为电气接线图，提高了配电网地理接线图到单线图的自动转换的灵活性。

2、采用迷宫算法，实现了电气图元在单线图中的合理布局。同时，结合一维平移扩展方法，消除了逐步生成单线图过程中产生的交叉和重叠现象，使单线图更加清晰和美观。

3、通过自动建立拓扑关系，并根据具体要求准确绘制，极大地提高了单线图维护人员的工作量，并大大地避免了手工绘制过程中产生的错误，提高了单线图的准确性和及时性，给配电管理工作提供了全面、准确的图形资料，保障了电力系统的经济性、可靠性和灵活性。

4、本发明作为电力分析系统的一部分，配电网单线图制图系统界面友好，操作便捷，极大方便了配电网地理接线图到单线图的自动转换，减少了开发和维护的工作量，极大地避免了手动绘制过程中可能出现的错误，体现了创新性、准确性和安全性的要求。目前该图形系统已在电力系统得到了实际应用，提高了相关领域的自动化水平。

附图说明

图1是本系统的配电网络抽象图；

图2是本系统的单线图单线图绘制流程图。

其中附图标记说明如下：

步骤200选择单线图的起始变电站和绘制规模

步骤210还原配电网络的拓扑关系

步骤220确定需要绘制的对象的绘制方向，并绘制

步骤230消除绘制过程中的重叠与交叉

步骤240手工调整并存储单线图

具体实施方式

实施例，包括，面向图形对象的配电网单线图矢量绘制工具，还包括，

1)，点-弧模型数据结构；

2)，广度优先遍历的拓扑算法；

3)，基于迷宫算法的电气图元布局；

4)，图元或线路重叠与交叉的消除。

所述的配电网地理接线图中的设备划分为点类型和弧类型，通过点和弧的连接，将配电网地理接线图表示为点、弧相间的拓扑关系网。

采用广度优先遍历方法构建不同规模的配电网设备之间的拓扑关系。

在构建拓扑关系的同时，获得连接在分支点上的设备最多的设备路径，并按照横平竖直的原则绘制线路和设备。

在对电气图元进行布局时，采用迷宫算法，避免线路和设备之间的重叠与交叉。

当遇到重叠与交叉时，采用先平移和扩展幅面再绘制电气图元的方法消除重叠与交叉。

在点-弧模型数据结构中，点类型设备用node_id作为该设备的唯一标识，弧类型设备用link_id作为该设备的唯一标识，并记录与该弧类型设备相邻的点类型设备，在点-弧模型数据结构中，还反映了设备的所有属性，包括地理信息、电气属性。

在获得分支点上的设备最多的设备路径后进行绘制时，将新的分支上的分支点保存到链表中，在该分支绘制完毕后，取链表中的第一个设备为分支点，绘制其他新的分支。

当绘制电气图元会产生重叠或交叉时，可以其他的方向进行绘制，不产生重叠与交叉，则以该方向绘制电气图元。

根据产生重叠的线路或设备的方向以及重叠区域的大小，将幅面向某个方向进行扩展，幅面中的相应设备向某个方向进行平移。

技术方案：

1.点-弧模型数据结构

虽然配电网设备种类繁多，但归纳起来，可以分类两类：点类型设备(node)和弧类型设备(link)。点类型设备通常是配电网中的节点设备及弧类型对象的端点，弧类型设备通常是配电网中的线路设备及点类型之间的连接。通过点类型设备和弧类型设备的顺序连接，将配电网中的各个孤立的设备连接起来，构成设备种类繁多、地域分布广泛的配电网络。

系统通过structNode结构和structLink结构实现对配电网拓扑连接的描述，structNode结构如下：

struct structNode

{

   public string node_id；//node对象的id

   public string parent_id；//node对象的父对象的id

     public int layerNum；//node对象在拓扑关系树中的级数

     public string equip_id；//node对象所对应的equip对象的id

     public structEquip equip；//node对象所对应的equip对象

     public structLink parentLink；//node对象的父对象

}；

structLink结构如下：

static structLink

{

     public string link_id；//link对象的id

     public string node1_id；//link对象所连接的node对象id

     public string node2_id；//link对象所连接的node对象id

     public string parent_id；//link对象的父对象的id

     public string equip_id；//link对象对应的equip对象的id

     public structNode parentNode；//link对象的父对象

     public structEquip equip；//link对象所对应的equip对象

   public int layerNum；///link对象在拓扑关系树中的级数

}；

无论是点结构，还是弧结构，都包括了该设备所具有的地理信息和电气属性，并用structEquip结构表示。structEquip结构如下：

static structEquip

{

    public string equip_id；//equip对象的id

    public string equip_type；//equip对象的类型

    public string feeder_id；//equip对象所属线路id

    public string house_id；//equip对象所属电房id

    public int switch_state；//开关状态

    public string equip_lable；//equip对象的标注

    public int is_contact_feeder；//equip对象是否是联络线路

    public string ring_feeders；//环网线路

    public intis_ring_equip；//是否是环网设备

    public string parent_id；//equip对象的父对象id

    public string linkOrNodeOrEquip；//N、L或E

    public string linkOrNodeOrEquipID；//id+linkOrNodeOrEquip

    public string drawDirection；//equip所属线路方向

    public int childCount；//子节点的数目

    public int feeder_num；//所连接的相邻馈线中，不同的馈线的数目。

}

2.通过深度优先遍历算法构建拓扑关系树

当指定的电气接线图是多级联络系统图时，则通过多层次的树搜索法建立拓扑关系树，具体方法如下：

第一步：判断该联络设备是否是指定级别的联络设备，如果是，则结束程序，否则，进行第二步。

第二步：以该联络设备为起始节点，继续深度优先查找，如果设备是联络设备，则进行第一步。

3.基于迷宫算法的电气图元布局

在该系统中，迷宫算法主要体现在分支上电气图元绘制方向的确定上。

确定分支上电气图元绘制方向的方法如下：

第一步：得到分支上最后绘制的对象的绘制方向direction及位置。

第二步：判断以direction为绘制方向绘制新的对象是否会发生重叠或交叉。如果没有发生重叠与交叉，则以direction为分支上新的对象的绘制方向。否则，进行第三步。

第三步：以分支上最后绘制的对象为起点，计算direction方向两侧能够绘制对象的空间，并判断两侧是否能够绘制新对象。如果两侧都能绘制，则选择空间较大的一侧为新对象的绘制方向。如果只有一侧能够绘制，则以能够绘制的一侧为新对象的绘制方向。如果两侧都不能绘制，则以direction为新对象的绘制方向，并消除交叉和重叠。

4.消除自动绘制过程中的重叠与交叉

在逐个添加对象的过程中，新增加的对象会与已绘制的对象发生交叉或重叠。在这里我们认为水平对象(绘制方向为向左或向右的对象)与竖直对象(绘制方向为向上或向下的对象)之间可能发生交叉，相互平行的两个水平对象间或相互平行的两个竖直对象间会发生重叠。

消除交叉具体方法如下：

①若在向右绘制一个对象时发生了交叉，若交叉部位的最小横坐标为XL，则将已生成的电气接线图中横坐标大于或等于XL的部分向右平移，直至交叉消除为止。若在向左绘制一个对象时发生了交叉，若交叉部位的最大横坐标为XR，则将已生成的电气接线图中横坐标小于或等于XR的部分向左平移，直至交叉消除为止。

②若在向上绘制一个对象时发生了交叉，若交叉部位的最小纵坐标为YD，则将已生成的电气接线图中纵坐标大于或等于YD的部分向上平移，直至交叉消除为止。若在向下绘制一个对象时发生了交叉，若交叉部位的最大纵坐标为YU，则将已生成的电气接线图中纵坐标小于或等于YU的部分向下平移，直至交叉消除为止。

消除重叠具体方法：

①若新添水平对象时发生了重叠，若发生重叠的原对象的纵坐标Y1大于或等于新添对象的纵坐标Y2，则将已生成的电气接线图中纵坐标大于或等于Y1的部分向上平移，直至重叠消除为止；若发生重叠的原有对象的纵坐标Y1小于或等于新添对象的纵坐标Y2，则将已生成的电气接线图中纵坐标小于或等于Y1的部分向下平移，直至重叠消除为止。

②若新添竖直对象时发生了重叠，若发生重叠的原对象的横坐标X1大于或等于新添对象的横坐标X2，则将已生成的电气接线图中横坐标大于或等于X1的部分向右平移，直至重叠消除为止；若发生重叠的原有对象的横坐标小于或等于新添对象的横坐标X2，则将已生成的电气接线图中横坐标小于或等于X1的部分向左平移，直至重叠消除为止。

本发明可解决目前单线图日常维护工作量大，数据和图形配置不一致等问题，为配电管理人员的单线图绘制工作提供了极大的方便，保证了单线图绘制的正确性和及时性。

本发明以配电网地理信息为基础，结合面向图形对象的配电网单线图矢量绘制工具，提出了基于CIM的配电网模型，并根据地理接线图中设备之间的拓扑关系，通过迷宫算法和消除重叠与交叉方法，实现配电网地理接线图到单线图的自动转换。

请参阅图1，图1是本系统的配电网络抽象图，现说明如下：

根据配电网中电力设备的属性和配电网络的连接关系特征，将整个配电网络抽象出配电设备接入点(Nn)、相邻接入点连接关系(Ln)、接入点关联设备(Dn)3个对象。通过相邻接入点连接关系将配电网络中的配电设备接入点连接起来，进而还原整个配电网络的拓扑关系。同时，无论是配电设备接入点，还是相邻接入点连接关系，都对应着接入点关联设备。接入点关联设备建立一个接入点连接的配电设备，通过建立接入点关联设备数据，能够建立起只有一个接入点的配电设备和其它配电电力设备的连接关系，同时也能检查设备之间的连接关系是否符合配电网络模型连接规则。

请参阅图2，图2是本系统的单线图自动绘制流程图，现说明如下：

单线图自动绘制是以配电网地理接线图和面向图形对象的配电网矢量图绘制工具为基础，通过还原配电网络的拓扑关系以及相应的布局算法，将多个具有不同数据和属性的图标自动绘制到单线图画布上并连接起来的过程。

首先，根据用户的具体需要，选择单线图中起始变电站中的出线开关以及单线图的绘制规模(步骤200)，并以该出线开关为起始对象，构建用户需要的单线图所包含的配电设备之间的拓扑关系(步骤210)。

然后，绘制单线图的零级分支以及其他分支。具体步骤如下：

第一步：判断分支点队列branchIDList是否为空？若为空，则结束程序，否则，则执行第二步。

第二步：从队列branchIDList中取出第一个分支点outObject，获得与outObject邻接的且未绘制的对象，保存到队列unDrawChild中。将outObject从branchIDList中移除。初始化i＝0。

第三步：以unDrawChild[i]为根节点，用深度优先遍历算法获得从根节点到级数最大的对象之间的路径，并保存到队列equipList中。

第四步：绘制equipList中需要绘制的对象，并判断每个对象是否是分支点，如果是，则加入分支点队列branchIDList。equipList绘制完毕后，执行第五步。

第五步：设置i＝i+1，判断i是否超出unDrawChild中对象的个数，若是，则执行第一步，否则，执行第三步。

在第四步中绘制equipList中需要绘制的对象时，首先确定该对象的绘制方向(步骤220)，判断是否会产生重叠与交叉现象，如果是，则进行平移和扩展，尽量消除重叠与交叉(步骤230)。再将对应的设备图标绘制到指定的位置，并设置图标的属性。

最后，在完成单线图的自动绘制后，对单线图中的部分设备进行手工调整，再以自定义的二进制序列化方法将单线图进行存储(步骤240)。