IeeeTopologyDiagrams 4.0.6

IEEE 33-Bus single-line diagram drawing primitives based on Baran.1989 (Main Version)

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

函数	电力符号	学术说明
draw_switch(ax, x, y, size)	水平闭合开关	常闭断路器 (Normally-Closed Circuit Breaker, NCB) — 方框内水平贯穿线
draw_switch_vertical(ax, x, y, size)	垂直闭合开关	常闭断路器竖直方向 — 方框内竖直贯穿线
draw_switch_open(ax, x, y, size)	水平断开开关	常开断路器 (Normally-Open Circuit Breaker, NOCB) — 方框内斜线断开
draw_switch_open_vertical(ax, x, y, size)	垂直断开开关	常开断路器竖直方向 — 方框内斜线断开

变电站 / Substations

函数	电力符号	学术说明
draw_substation_vertical(ax, x, y_bottom, y_top, ...)	SS1 (垂直)	配电变电站 (Distribution Substation) — 实心黑色矩形
draw_substation_horizontal(ax, x, y, label)	SS2 (水平)	配电变电站 — 空心双竖线 + 矩形框

母线节点 / Bus Nodes

函数	电力符号	学术说明
draw_bar_node(ax, x, y_top, y_bottom, width, label)	实心竖条	母线节点 (Bus Bar Node) — 实心黑色垂直矩形
draw_bar_node_switched(ax, x, y_bar, ...)	横条 + 开关	水平母线节点带竖直开关模块 — 含拐角出线和负荷箭头
draw_solid_node(ax, x, y, r)	实心圆点	母线连接点 (Bus Connection Point) — 实心黑色圆点，半径 0.04
draw_branch(ax, x, y, width, height)	实心竖矩形	配电支路 / 配电侧馈线引出 (Lateral Branch)

环路节点 / Loop Nodes (Figure 4)

函数	电力符号	学术说明
draw_node_i_minus_1(ax, x, y, ...)	竖条 + 左拐角 + 虚线	i-1 节点 — 含左出线拐角和向下虚线延伸
draw_node_k_minus_1(ax, x, y, next_x, ...)	裸竖条 + Pk-1 箭头	k-1 节点子图 — 含 (k) 支路标签和 Pk-1 功率箭头
draw_node_k(ax, x, y, ...)	竖条 + 左拐角 + 虚线	k 节点 — L侧末端，无右侧出线，含 Pk 垂直箭头
draw_node_n(ax, x, y, ...)	竖条 + 右拐角 + 虚线	n 节点 — 含右出线拐角和 ΔPn 水平箭头
draw_common_node_o(ax, x, y, ...)	横母线 + 垂线	公共节点 0 — 图4顶部节点
draw_common_node_o_left(ax, x, y, ...)	左侧竖母线	左侧竖母线 — stubs 向右
draw_common_node_o_right(ax, x, y, corner, ...)	右侧竖母线	右侧竖母线 — stubs 向左，可选右拐角

功率标注 / Power Flow Labels (Figure 4)

标签	箭头方向	说明
Pm	→ 水平向右	左竖母线到 i-1 的功率流
Pk-1	→ 水平向右	k-1 节点的功率注入
Pk	↓ 垂直向下	k 节点竖线正下方的功率
ΔPn	← 水平向左	n 节点左侧的功率变化
Pio	↓ 垂直向下	右竖母线拐角虚线末端下方的功率
Pok	斜向	顶部 node 0 左斜线功率流
Pon	斜向	顶部 node 0 右斜线功率流

负荷与变压器 / Load & Transformer

函数	电力符号	学术说明
draw_node(ax, x, y, label)	负荷节点	含编号 + 短竖线 + 空心负荷框 + 向下箭头
draw_tf_node(ax, x, y, main_label, tf_label, dx)	配变节点	配电变压器节点 (Distribution Transformer Node) — 含变压器绕组符号

馈线延伸 / Feeder Extension

函数	电力符号	学术说明
draw_feeder_extension(ax, x, y_start, y_end, ...)	垂直虚线	垂直馈线延伸虚线 (Vertical Feeder Extension) — 表示下游省略
draw_feeder_extension_horizontal(ax, x_start, x_end, y, ...)	水平虚线	水平馈线延伸虚线 — 表示横向下游省略

样式常量

常量	值	学术含义
BUS_LW	2.2	母线 / 馈线线宽 (Bus Line Width)
NODE_LW	1.1	节点 / 开关边框线宽 (Node Line Width)
TEXT_FS	20	节点编号字号 (Node Label Font Size)
LABEL_FS	18	设备标签字号 (Equipment Label Font Size)
TITLE_FS	22	图标题字号 (Figure Title Font Size)
SW_SIZE	0.18	断路器 (CB) 符号尺寸 (Switch Symbol Size)
_DASH_ON	1.5	虚线绘制长度 (Dash On Length)
_DASH_OFF	1.5	虚线间隔长度 (Dash Off Length)

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)

脚本	输出	学术说明
reproduce_fig1.py	Figure 1	配电系统一次回路原理图 (Primary Circuit Schematic) — SS1 + CB1 + 辐射状馈线节点
reproduce_fig2.py	Figure 2	小型配电系统单线图 (IEEE 33-Bus System) — 含 SS1/SS2、CB/cb、联络开关、左/右出线负荷节点
reproduce_fig3.py	Figure 3	辐射状网络支路功率流图 (Radial Network Branch Power Flow) — 支路有功功率 P 和无功功率 Q 的向量标注
reproduce_fig3_from_steps.py	—	Fig3 的纯步骤提示文件（无代码实现，供 AI 复现验证用）
reproduce_fig4.py	Figure 4	环路关联常开支路 b 的示意图 (Loop with Open Branch b) — 完整的 L侧/R侧路径、节点标注、功率箭头

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：

脚本	出线	输出	关键参数
save_load_node_left.py	← 左	load_node_left.png	BAR_H=0.44, BAR_W=0.03, DX=0.06, DY=0.128
save_load_node_right.py	→ 右	load_node_right.png	同左出线，仅拐角方向相反

母线节点基元 / Bus Bar Primitives

脚本	输出	关键参数
save_bar_node_short.py	竖形母线节点（左出线）	H=0.6, W=0.08, DX=0.16, DY=0.35
save_bar_node_horizontal.py	横形母线节点（下出线）	W=0.55, H=0.03, DY=0.128

断路器符号 / Circuit Breakers

脚本	输出	状态	关键参数
save_switch_symbol.py	水平 CB（常闭）	NCB	SW_SIZE=0.18
save_switch_vertical.py	垂直 CB（常闭）	NCB	SW_SIZE=0.18
save_switch_open_h.py	水平 CB（常开）	NOCB	SW_SIZE=0.18
save_switch_open_v.py	垂直 CB（常开）	NOCB	SW_SIZE=0.18
save_switch_open.py	开/闭对比（水平+垂直）	NCB + NOCB	四合一对比图

变电站 / Distribution Substations

脚本	输出	符号形式	关键参数
save_ss1_symbol.py	SS1	实心黑色垂直矩形	W=0.10, H=1.40
save_ss2_symbol.py	SS2	空心双竖线 + 方框	双竖线间距 0.12, 框高 0.56

其他电力元件 / Miscellaneous Components

脚本	输出	学术说明	关键参数
save_solid_node.py	母线连接点	Bus Connection Point — 实心圆点	R=0.04
save_branch.py	配电支路	Lateral Branch / 侧馈线引出	W=0.0375, H=0.28125
save_tf_node.py	配变节点	Distribution Transformer Node — 变压器绕组符号	DX=0.40, 变压器方框 0.26
save_node15.py	水平节点 + 竖形 CB	Bar Node with Vertical Switch Module	BAR_W=0.44, SW_SIZE=0.18

学术术语速查 / Glossary

中文	English	缩写
单线图	One-Line Diagram / Single-Line Diagram	SLD
变电站	Substation	SS
断路器	Circuit Breaker	CB
常闭断路器	Normally-Closed CB	NCB
常开断路器 / 联络开关	Normally-Open CB / Tie Switch	NOCB
母线	Bus / Bus Bar	—
配电馈线	Distribution Feeder	—
辐射状网络	Radial Network	—
支路功率流	Branch Power Flow	—
有功功率	Active Power	P
无功功率	Reactive Power	Q
负荷注入	Load Injection	P_L, Q_L
配电变压器	Distribution Transformer	TF
侧馈线 / 支路	Lateral Branch	—
母线连接点	Bus Connection Point	—

许可

参考库内源文件头部的引用信息。