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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

• 🖥️ 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。
• 📁 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 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)

运行以下命令启动应用，程序将自动弹出独立窗口：

python gui.py

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

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 Sheet（推荐使用 GUI 导出模板）：

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。

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。
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。