IeeeTopologyDiagrams

Author: 黎湛联 (Zhanlian Li)

电力系统配电网络单线图（One-Line Diagram / Single-Line Diagram）绘图库，基于 IEEE 33-Bus 标准测试系统。

实现 Baran & Wu (1989) 提出的配电网络重构经典算例的拓扑可视化，涵盖变电站（Substation）、母线（Bus）、断路器（Circuit Breaker, CB）、配电馈线（Distribution Feeder）、支路功率流（Branch Power Flow）及负荷注入（Load Injection）等电力系统标准图元。

每个绘图脚本头部包含完整参数字段表 + 中英文绘制步骤，可独立运行或作为 AI 提示词独立复现同样的拓扑图。

出处：M.E. Baran, F.F. Wu, "Network Reconfiguration in Distribution Systems for Loss Reduction and Load Balancing," IEEE Trans. Power Delivery, Vol. 4, No. 2, pp. 1401-1407, 1989.

安装

pip install IeeeTopologyDiagrams

电力系统绘图基元 (Drawing Primitives)

开关设备 / Switchgear

变电站 / Substations

母线节点 / Bus Nodes

环路节点 / Loop Nodes (Figure 4)

功率标注 / Power Flow Labels (Figure 4)

负荷与变压器 / Load & Transformer

馈线延伸 / Feeder Extension

样式常量

使用示例

import matplotlib.pyplot as plt
from IeeeTopologyDiagrams import (
    draw_switch, draw_solid_node,
    draw_substation_vertical,
    draw_feeder_extension,
    BUS_LW, SW_SIZE,
)

fig, ax = plt.subplots(figsize=(5, 3))
# 配电变电站 SS1
draw_substation_vertical(ax, x=0, y_bottom=-0.9, y_top=0, label='SS1')
# 常闭断路器 CB1
draw_switch(ax, x=0.5, y=-0.225, SW_SIZE)
# 母线连接点
draw_solid_node(ax, x=1.0, y=-0.225)
# 馈线延伸（表示下游省略）
draw_feeder_extension(ax, x=1.0, y_start=-0.5, y_end=-0.8)

ax.set_aspect('equal'); ax.axis('off')
plt.savefig('output.png', dpi=200, bbox_inches='tight')

绘图脚本 (drawingScripts/)

每个脚本文件头部包含完整参数字段表 + 中英文绘制步骤，可直接作为 AI 提示词复现。

完整单线图 (One-Line Diagrams) (v4.0.10 新增 PV 标注)

# CLI 生成含 PV 的 Fig2
IeeeTopologyDiagrams-fig2-pv

PV 数据来源：Charlangsut & Rugthaicharoencheep (2025), Energies, 18(3): 577.

负荷节点 / Load Node（左/右出线）

采用 实心母线节点 + 直角拐角 + 向下箭头 的负荷注入表示：

母线节点基元 / Bus Bar Primitives

断路器符号 / Circuit Breakers

变电站 / Distribution Substations

其他电力元件 / Miscellaneous Components

学术术语速查 / Glossary

DistFlow 潮流计算模块 (v4.0.7 新增)

IEEE 33-Bus 系统数据、网络拓扑、支路参数及 DistFlow 潮流公式全部源自 Baran & Wu (1989)；DG/BESS 案例配置复现自 Charlangsut & Rugthaicharoencheep (2025)。

• Baran, Wu. "Network Reconfiguration in Distribution Systems for Loss Reduction and Load Balancing," IEEE Trans. Power Delivery, Vol. 4, No. 2, pp. 1401-1407, 1989.
• Charlangsut, Rugthaicharoencheep. "Enhancing voltage and power stability in distribution system with photovoltaic from the benefits of battery energy storage," Energies, 2025, 18(3): 577.

该模块实现 IEEE 33 节点配电系统的完整 DistFlow 后退/前进扫 (Backward/Forward Sweep) 潮流求解器，分析 DG/BESS 接入对电压和网损的影响。

核心公式 (Baran & Wu, 1989)：

Backward Sweep（功率回代）：

$$ P_k = P_{L,k} + \sum_{j \in child(k)} P_j + r_k \cdot \frac{P_k^2 + Q_k^2}{V_k^2} $$ $$ Q_k = Q_{L,k} + \sum_{j \in child(k)} Q_j + x_k \cdot \frac{P_k^2 + Q_k^2}{V_k^2} $$

Forward Sweep（电压前推）：

$$ V_k^2 = V_i^2 - 2(r_k P_k + x_k Q_k) + (r_k^2 + x_k^2) \cdot \frac{P_k^2 + Q_k^2}{V_i^2} $$

快速开始

from IeeeTopologyDiagrams.BaseCaseDistFlow import (
    solve_distflow, cases, print_case_summary, plot_cases_voltage,
)

# Base Case: 5 条联络支路全打开
base_case_opened = [33, 34, 35, 36, 37]

results = {}
for case_name, case_config in cases.items():
    result = solve_distflow(
        opened_branches=base_case_opened,
        case_config=case_config,
        max_iter=100, tol=1e-10,
    )
    results[case_name] = result

print_case_summary(results)
plot_cases_voltage(results)

CLI 一行运行

IeeeTopologyDiagrams-distflow

输出：results/case_voltage_profile_comparison.png (电压曲线图) + results/case_study_report.md (Markdown 报告)。

5 个案例

主要导出

通用 DistFlow 潮流计算模块 (v4.0.9 新增)

IEEE 33-Bus 系统数据与 DistFlow 公式源自 Baran & Wu (1989)。

• Baran, Wu. "Network Reconfiguration in Distribution Systems for Loss Reduction and Load Balancing," IEEE Trans. Power Delivery, Vol. 4, No. 2, pp. 1401-1407, 1989.

该模块提供通用静态 DistFlow 求解器，通过 IndexMapper 灵活适配编号体系，通过 make_resource() 统一建模 DG/PV/WT/Storage/MG/FlexibleLoad 等各类分布式资源。

核心公式 (Baran & Wu, 1989)：

Backward Sweep（功率回代）：

$$ P_k = P_{L,k} + \sum_{j \in child(k)} P_j + r_k \cdot \frac{P_k^2 + Q_k^2}{V_k^2} $$ $$ Q_k = Q_{L,k} + \sum_{j \in child(k)} Q_j + x_k \cdot \frac{P_k^2 + Q_k^2}{V_k^2} $$

Forward Sweep（电压前推）：

$$ V_k^2 = V_i^2 - 2(r_k P_k + x_k Q_k) + (r_k^2 + x_k^2) \cdot \frac{P_k^2 + Q_k^2}{V_i^2} $$

快速开始

from IeeeTopologyDiagrams.ieee33_universal_static_distflow import (
    IndexMapper, make_resource,
    solve_distflow, run_study,
    USER_CASES, SOURCE_MAPPER,
    DEFAULT_OPENED_BRANCHES,
)

# 添加 DG 接入案例
from copy import deepcopy
custom_cases = deepcopy(USER_CASES)
custom_cases["Case 2"] = {
    "description": "DG 接入 Bus 18 (500 kW)",
    "non_load_idx": [],
    "resources": [
        make_resource("DG1", "DG", 18, SOURCE_MAPPER, delta_p_kw=-500.0),
    ]
}

run_study(
    cases=custom_cases,
    source_mapper=SOURCE_MAPPER,
    study_name="IEEE 33-node static DistFlow study",
    opened_branches=DEFAULT_OPENED_BRANCHES,
    output_prefix="ieee33_custom",
)

CLI 一行运行

# 通用版（基准案例 + IndexMapper 编号体系）
IeeeTopologyDiagrams-distflow-universal

# 原始版（5 个 DG/BESS 案例）
IeeeTopologyDiagrams-distflow

输出：results/ieee33_base_case_voltage_profile_comparison.png + results/ieee33_base_case_static_distflow_report.md。

主要导出

支持的资源类型

许可

参考库内源文件头部的引用信息。