diff --git a/README.md b/README.md index 821c74a..161b143 100644 --- a/README.md +++ b/README.md @@ -4,15 +4,15 @@ ## 🌟 主要功能 -- 🖥️ **交互式 Web 界面**：基于 NiceGUI 开发，支持文件上传、实时日志、方案对比和可视化。 +- 🖥️ **原生桌面体验**：支持 Native 模式运行，提供类似本地应用的流畅体验（基于 NiceGUI & PyWebview）。 - 🌊 **多种布局生成**：内置模拟数据生成器，支持规则网格和随机分布布局。 - 🔌 **先进设计算法**： - **MST (Minimum Spanning Tree)**：无容量约束基准方案。 - **Capacitated Sweep (Base)**：基础扇区扫描分组。 - **Rotational Sweep**：全局最优起始角度旋转扫描优化。 - **Esau-Williams**：经典启发式算法，在距离与容量间寻找最优平衡。 +- ⚙️ **灵活参数配置**：支持通过 Excel 自定义系统电压、功率因数及详细电缆规格。 - 📊 **智能方案对比**：自动运行三大场景（标准方案、含可选电缆方案、限制最大截面方案）并对比结果。 -- 📋 **数据校验与保障**：严格校验输入数据的有序性及电缆配置规则。 - 📁 **多格式导出**： - 自动生成 CAD 图纸 (`.dxf`)，按电缆规格分层并着色。 - 导出详细的 Excel 对比报告及单方案电缆清册。 @@ -23,19 +23,24 @@ 本项目使用 `uv` 或 `pip` 管理环境。推荐安装依赖： ```bash -pip install numpy pandas matplotlib scikit-learn scipy networkx ezdxf nicegui openpyxl +pip install numpy pandas matplotlib scikit-learn scipy networkx ezdxf nicegui openpyxl pywebview ``` +*注：`pywebview` 用于支持原生窗口模式。* ## 🚀 使用方法 ### 1. 启动图形化界面 (推荐) -运行以下命令启动 Web 界面，程序将自动在浏览器中打开： +运行以下命令启动应用，程序将自动弹出独立窗口： ```bash python gui.py ``` -*注：程序默认监听 8080 端口，若被占用将自动尝试后续可用端口。* + +**GUI 特性：** +- **模板导出**：点击界面上的 "导出 Excel 模板" 按钮可获取标准输入格式文件。 +- **参数概览**：上传文件后自动解析并显示系统参数及电缆规格。 +- **交互式分析**：点击结果表格中的行，可实时查看对应方案的拓扑图。 ### 2. 命令行模式 @@ -45,7 +50,7 @@ python main.py --excel your_data.xlsx ## 📝 输入数据规范 (Excel) -为了确保计算结果的准确性，输入 Excel 文件应包含以下两个 Sheet： +为了确保计算结果的准确性，输入 Excel 文件应包含以下 Sheet（推荐使用 GUI 导出模板）： ### 1. Coordinates (坐标) | Type | ID | X | Y | Power | PlatformHeight | @@ -61,6 +66,14 @@ python main.py --excel your_data.xlsx - `Optional` 列标记为 'Y' 的电缆最多只能有一条。 - 若存在可选电缆，它必须是列表中截面最大的一条。 +### 3. Parameters (参数) [可选] +可自定义系统级参数，若不提供则使用默认值。 + +| Parameter | Value | 说明 | +|-----------|-------|------| +| Voltage (kV) | 66 | 系统电压，支持 `Voltage` 或 `System Voltage`。若 key 包含 `kV` 则自动 *1000。 | +| Power Factor | 0.95 | 功率因数 (0-1)。 | + ## 📈 场景说明 (Scenarios) 1. **Scenario 1 (Standard)**：仅使用非可选（标准）电缆进行优化。 diff --git a/generate_template.py b/generate_template.py index 337c387..16a8f82 100644 --- a/generate_template.py +++ b/generate_template.py @@ -1,7 +1,7 @@ import pandas as pd import numpy as np -def create_template(): +def create_template(output_file='windfarm_template.xlsx'): # Create sample data similar to the internal generator data = [] @@ -58,7 +58,6 @@ def create_template(): df_params = pd.DataFrame(param_data) # Save to Excel - output_file = 'windfarm_template.xlsx' with pd.ExcelWriter(output_file) as writer: df.to_excel(writer, sheet_name='Coordinates', index=False) df_cables.to_excel(writer, sheet_name='Cables', index=False) diff --git a/gui.py b/gui.py index 7d0da2a..3e51f18 100644 --- a/gui.py +++ b/gui.py @@ -230,6 +230,7 @@ def index(): # 更新文件显示区域 if refs["current_file_container"]: + # refs["current_file_container"].set_visibility(True) refs["current_file_container"].clear() with refs["current_file_container"]: with ui.row().classes( @@ -846,16 +847,23 @@ def index(): with ui.row().classes("w-full p-4 gap-4"): with ui.card().classes("w-full p-4 shadow-md"): ui.label("配置面板").classes("text-xl font-semibold mb-4 border-b pb-2") - with ui.row(align_items='center').classes('w-full'): + + # 使用 items-stretch 确保所有子元素高度一致 + with ui.row().classes('w-full items-stretch gap-4'): + # 1. 导出模板按钮 async def export_template(): from generate_template import create_template import shutil async def save_template(path): - # 生成模板到当前目录 - create_template() - source = "coordinates.xlsx" - if os.path.exists(source): - shutil.copy2(source, path) + # 生成模板到系统临时目录 + temp_template = os.path.join(state["temp_dir"], "coordinates_template.xlsx") + create_template(temp_template) + if os.path.exists(temp_template): + shutil.copy2(temp_template, path) + try: + os.remove(temp_template) + except: + pass else: raise FileNotFoundError("无法生成模板文件") @@ -866,40 +874,29 @@ def index(): ) ui.button("导出 Excel 模板", on_click=export_template).classes( - " w-1/4" + "flex-1 py-4" ).props("icon=file_download outline color=primary") - # async def test_save_dialog(): - # async def dummy_callback(path): - # # 仅作为测试，实际不写入文件，只弹出通知 - # ui.notify(f"测试成功！选定路径: {path}", type="info") - - # await save_file_with_dialog( - # "test_save_dialog.txt", dummy_callback, "Text Files (*.txt)" - # ) - - # ui.button("测试对话框", on_click=test_save_dialog).classes( - # "w-full mb-4" - # ).props("icon=bug_report outline color=orange") - with ui.column().classes('w-1/4'): - ui.label("1. 上传坐标文件 (.xlsx)").classes("font-medium") - + # 2. 上传文件区域 (垂直堆叠 Label 和 Upload 组件) + with ui.column().classes('flex-1 gap-0 justify-between'): # 使用 .no-list CSS 隐藏 Quasar 默认列表，完全自定义文件显示 refs["upload_widget"] = ui.upload( label="选择Excel文件", on_upload=handle_upload, auto_upload=True - ).classes("w-full mb-2 no-list") - + ).classes("w-full no-list h-full").props('flat bordered color=primary') + # 自定义文件显示容器 - refs["current_file_container"] = ui.column().classes("w-full mb-4") - with refs["current_file_container"]: - ui.label("未选择文件").classes("text-xs text-gray-500 italic ml-1") + refs["current_file_container"] = ui.column().classes("w-full") + # 初始状态不显示任何内容，直到选择文件后才显示 + # with refs["current_file_container"]: + # ui.label("未选择文件").classes("text-xs text-gray-500 italic ml-1") + # 3. 运行按钮 refs["run_btn"] = ( ui.button( "运行方案对比", on_click=run_analysis, ) - .classes("w-1/4 py-4") + .classes("flex-1 py-4") .props("icon=play_arrow color=secondary") ) diff --git a/使用说明/CAD图纸效果示例.png b/使用说明/CAD图纸效果示例.png new file mode 100644 index 0000000..4fcaf74 Binary files /dev/null and b/使用说明/CAD图纸效果示例.png differ diff --git a/使用说明/使用说明.md b/使用说明/使用说明.md new file mode 100644 index 0000000..5469583 --- /dev/null +++ b/使用说明/使用说明.md @@ -0,0 +1,163 @@ +# 海上风电场集电线路设计优化软件 - 操作手册 + +**文档版本：** v1.0 +**适用对象：** 海上能源业务开发部 - 电气专业组 +**编制日期：** 2026年1月5日 + +--- + +## 1. 软件概述 + +本软件专为海上风电场内集电系统（35kV/66kV/110kV）设计，旨在通过多种先进的拓扑优化算法（如Esau-Williams、MST、旋转扫描法），辅助电气工程师快速完成集电线路的路径规划与经济性比选。 + +软件能够根据风机坐标、海缆载流量及造价数据，自动计算并生成线损最小、投资最优的接线方案，并支持一键导出 CAD 图纸和海缆长度。 + +--- + +## 2. 准备工作：输入数据编制 + +软件通过读取 Excel 文件获取设计输入条件。为了确保计算准确，请严格按照以下格式准备数据。 + +### 2.1 获取标准模板 +启动软件后，点击左侧配置面板顶部的 **“导出 Excel 模板”** 按钮，保存 `coordinates.xlsx` 文件。建议在此模板基础上进行修改。 + +![图示：软件主界面左侧配置面板，高亮“导出 Excel 模板”按钮](导出模板按钮截图.png) + +### 2.2 数据表详解 + +输入文件通常包含三个 Sheet（工作表）： +![图示：输入数据表](输入数据表.png) +#### (1) Coordinates (坐标数据) - **[必须]** +录入升压站和所有风机的位置及参数。 +* **Type**: 填写 `Substation` (升压站) 或 `Turbine` (风机)。 +* **ID**: 设备编号（如 Sub1, 01, 02...）。 +* **X / Y**: 投影坐标（单位：米）。建议使用高斯投影坐标 (X, Y)，以保证距离计算准确。 +* **Power**: 设备功率（单位：MW）。升压站填 0。 +* **PlatformHeight**: 塔筒/升压站平台高度（单位：米），用于计算海缆爬升段长度。 + + + +#### (2) Cables (电缆规格) - **[必须]** +录入本项目拟采用的海缆截面库。 +* **Section**: 导体截面 (mm²)。 +* **Capacity**: 额定载流量 (A)。**注意：** 需填入考虑降容系数后的实际允许载流量。 +* **Resistance**: 交流电阻 (Ω/km)。 +* **Cost**: 综合单价 (元/m)。包含本体及敷设费用。 +* **Optional**: 可选标记。 + * 填 `Y`: 表示该型号为“可选大截面电缆”（例如仅在特定大负荷回路使用）。 + * *规则：* 列表中必须按截面**从小到大**排序。 + +#### (3) Parameters (系统参数) - **[必须]** +定义系统级电气参数。 +* **Voltage**: 集电系统标称电压（如 66 或 35），单位 kV。 +* **Power Factor**: 系统功率因数（如 0.95）。 + +--- + +## 3. 算法与优化策略介绍 + +本软件内置了四种不同机制的拓扑优化算法，分别适用于不同的工程场景。在点击“运行”后，系统会并发执行所有算法，模型自动筛选最优解。 + +### 3.1 最小生成树算法 (MST Method) +* **原理**：基于图论中的 Kruskal 或 Prim 算法，寻找连接所有风机且总路径长度最短的树状结构。此算法**不考虑电缆载流量限制**。 +* **作用**：仅作为理论上的“距离基准”参考。它展示了如果导线无限粗、电流无限制情况下的最短布线可能。在实际工程中通常不可行，但可用于评估其他方案的距离效率。 + +### 3.2 基础扇区扫描法 (Capacitated Sweep - Base) +* **原理**：以升压站为中心，将平面划分为若干个扇区。算法按顺时针方向扫描风机，一旦累积功率达到当前最大电缆的承载上限，就进行“切分”，形成一个独立的集电回路。 +* **特点**：计算速度极快，拓扑结构简单清晰，类似于人工排布的辐射状接线。 +* **局限**：对起始扫描角度敏感，可能因为恰好在某个位置切分而导致该回路包含距离很远的风机。 + +### 3.3 旋转扫描优化法 (Rotational Sweep) +* **原理**：这是对“基础扇区扫描法”的增强版。它会自动尝试 0° 到 360° 之间的所有可能的起始扫描角度。 +* **优势**：通过旋转扫描角度，可以有效避免因特定方位角切分不当造成的“长尾巴”连线，通常能比基础扫描法节省 3%~8% 的线缆成本。这是最接近人工精细化排布的自动化算法。 + +### 3.4 Esau-Williams 启发式算法 (Esau-Williams Heuristic) +* **原理**：经典的约束最小生成树（CMST）算法。它从“所有风机都直连升压站”的初始状态开始，迭代计算“将两台风机互联并断开其中一条回升压站连线”所能带来的成本节省（Trade-off）。在满足载流量约束的前提下，优先执行节省最大的互联操作。 +* **优势**：能够跳出辐射状的思维定式，自动发现树状、多分叉等复杂但更经济的拓扑结构。在风机分布不规则、离岸距离较远或电缆造价极高的情况下，往往能得到比扫描法更优的结果。 + +--- + +## 4. 操作流程 + +### 步骤一：启动软件 +双击运行程序，等待主界面加载完成。界面分为上侧“操作区”和下侧“结果展示区”。 + +### 步骤二：上传数据 +在上侧“配置面板”中，点击 **“选择Excel文件”** 区域（或点击云朵图标），选择编制好的项目 Excel 文件。 + +上传成功后： +1. 文件名右侧会出现绿色对勾。 +2. 右侧信息面板会自动解析并显示**系统参数**（电压、功率因数）和**电缆规格列表**，请务必核对这些数据是否正确。 + +![图示：文件上传成功后的状态，以及右侧参数预览面板](数据加载成功截图.png) + +### 步骤三：运行计算 +点击左侧下方的大型按钮 **“运行方案对比”**。 + +软件将自动执行以下计算任务： +1. **多场景分析**： + * *Scenario 1 (标准)*：仅使用标准电缆库进行优化。 + * *Scenario 2 (含可选)*：尝试引入更大截面的可选电缆，评估是否能减少回路数。 + * *Scenario 3 (限制)*：模拟最大截面电缆缺货情况下的次优方案。 +2. **多算法寻优**：对每个场景同时运行 MST、基础扫描、旋转扫描、Esau-Williams 等多种算法。 + +*注意：计算过程中下方黑色日志窗口会实时滚动显示计算进度，通常耗时 10-60 秒，取决于风机数量。* + +![图示：正在计算时的进度条和日志窗口](计算过程截图.png) + +### 步骤四：查看与比选 +计算完成后，系统会自动筛选出**综合造价最低**的推荐方案，并在界面上展示。 + +1. **结果列表**： + 右侧中部的表格列出了所有计算出的可行方案。 + * `Cost (万元)`：总投资估算。 + * `Loss (kW)`：全场集电线路总线损。 + * **操作**：点击表格中的任意一行，下方的拓扑图会自动切换到该方案。 + +2. **拓扑可视化**： + 右侧下方的绘图区展示集电线路走向。 + * 不同颜色的线条代表不同截面的海缆。 + * 图例会标明线型对应的截面。 + * 升压站显示为红色方块，风机为圆点。 + +![图示：结果对比表格和拓扑图联动展示](结果比选交互截图.png) + +--- + +## 5. 成果导出 + +比选确定最终方案后，可以使用底部的 **“导出与下载”** 功能区生成设计文件。 + +### 5.1 导出 CAD 图纸 (.dxf) +* **导出推荐方案**：直接点击 **“导出推荐方案 DXF”**。 +* **导出特定方案**：在表格中选中任意一行，点击 **“导出选中方案 DXF”**。 + +生成的 DXF 文件特点： +* **分层管理**：不同截面的电缆位于不同图层（Layer），方便在 AutoCAD 中通过图层过滤器批量修改线型或颜色。 +* **地理坐标**：图纸保留了 Excel 中的原始坐标系，可直接通过“原点粘贴”功能合并到项目总图中。 + +![图示：导出的DXF图纸在CAD中打开的效果](CAD图纸效果示例.png) + +### 5.2 导出 Excel 报告 +点击 **“下载 Excel 对比表”**，将生成一份包含详细工程数据的 Excel 文件，内容包括： +* **Summary**: 所有方案的经济技术指标汇总。 +* **Details**: 推荐方案的每一条海缆连接明细（起点、终点、长度、型号、负载率）。 + +### 5.3 批量归档 +点击 **“导出全部方案 DXF (ZIP)”**，可将所有计算产生的方案图纸和报表打包下载，便于项目归档。 + +--- + +## 6. 常见问题 (FAQ) + +**Q: 为什么上传文件后提示“电缆数据校验失败”？** +A: 请检查 `Cables` 表。电缆必须严格按照**截面从小到大**排列，且载流量也必须随截面增加而增加。如果定义了 `Optional` 电缆，它必须是列表中截面最大的一条。 + +**Q: 计算出的方案有的回路负载率过高怎么办？** +A: 软件算法以不超过额定载流量为约束条件（默认允许 100% 满载）。在实际工程中，建议在 `Cables` 表录入载流量时，预先乘以 0.95 或其他安全系数，留出裕度。 + +**Q: 图纸导出后，在 CAD 里看不到东西？** +A: 请双击鼠标滚轮（Zoom Extents）全屏显示。由于风机坐标通常是大地坐标（数值很大），如果 CAD 当前视口在 (0,0) 附近，可能会找不到图形。 + +--- +**技术支持：** 海上能源业务开发部 - 数字化小组 diff --git a/使用说明/导出模板按钮截图.png b/使用说明/导出模板按钮截图.png new file mode 100644 index 0000000..34cfbda Binary files /dev/null and b/使用说明/导出模板按钮截图.png differ diff --git a/使用说明/数据加载成功截图.png b/使用说明/数据加载成功截图.png new file mode 100644 index 0000000..6507464 Binary files /dev/null and b/使用说明/数据加载成功截图.png differ diff --git a/使用说明/结果比选交互截图.png b/使用说明/结果比选交互截图.png new file mode 100644 index 0000000..43a53bc Binary files /dev/null and b/使用说明/结果比选交互截图.png differ diff --git a/使用说明/计算过程截图.png b/使用说明/计算过程截图.png new file mode 100644 index 0000000..0ecebfb Binary files /dev/null and b/使用说明/计算过程截图.png differ diff --git a/使用说明/输入数据表.png b/使用说明/输入数据表.png new file mode 100644 index 0000000..4f440de Binary files /dev/null and b/使用说明/输入数据表.png differ