海上风电场集电系统设计优化工具 (Wind Farm Collector System Optimizer)

一个用于设计和优化海上风电场集电系统拓扑的综合工具。支持多种先进算法，能够根据风机坐标、功率以及海缆规格，自动生成投资成本最低、损耗最小的设计方案。

🌟 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。
• 🌊 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。
• 📊 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。
  • 支持一键打包导出所有方案压缩包 (.zip)。

🛠️ 安装依赖

本项目使用 uv 或 pip 管理环境。推荐安装依赖：

pip install numpy pandas matplotlib scikit-learn scipy networkx ezdxf nicegui openpyxl

🚀 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：

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。

2. 命令行模式

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：

1. Coordinates (坐标)

Type	ID	X	Y	Power	PlatformHeight
Substation	Sub1	4000	-800	0	0
Turbine	1	0	0	8.0	25
...	...	...	...	...	...

2. Cables (电缆)

必须遵守以下规则：

• 单调递增性：电缆必须按截面从小到大排列，且对应的额定载流量也必须严格递增。
• 可选电缆规则：
  • 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。

📈 场景说明 (Scenarios)

1. Scenario 1 (Standard)：仅使用非可选（标准）电缆进行优化。
2. Scenario 2 (With Optional)：包含标记为 'Y' 的大型电缆，适用于尝试增加单回路容量的场景。
3. Scenario 3 (No Max)：排除最大截面电缆，测试在电缆供应受限时的最优拓扑。

📂 输出文件说明

• Excel 报告：[文件名]_result.xlsx 包含所有方案的总览及详细连接清单。
• CAD 图纸：design_[方案名].dxf 包含分层分色的拓扑图。
• 全部方案：[文件名]_result.zip 包含所有图纸及 Excel 报告。

⚖️ 许可证

本项目仅供工程学习、研究和初步设计评估使用。详细计算应以专业设计院规范为准。