基于多Agent的地區(qū)電網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用

崔愛國

山東東營利津供電公司 山東 利津 257400

0 引言

隨著通信、自動化、信息技術(shù)的發(fā)展，“數(shù)字電力系統(tǒng)”在不斷完善，地區(qū)電網(wǎng)逐步形成了以SDH光纖數(shù)字通信網(wǎng)為基礎(chǔ)，SCADA／EMS、綜合自動化系統(tǒng)、電能計量系統(tǒng)、遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)度MIS系統(tǒng)等多個應(yīng)用系統(tǒng)的分散“地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度平臺”，這些系統(tǒng)為地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度提供了科學(xué)和高效的技術(shù)手段，但是由于缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，各個系統(tǒng)間形成了“信息孤島”。本文依據(jù) DSS以及多Agent系統(tǒng)的原理和技術(shù)，提出了一個基于地區(qū)電網(wǎng) “數(shù)字電力系智能調(diào)度系統(tǒng)”、利用多Agent技術(shù)實現(xiàn)的地區(qū)電網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)模型。

1 決策支持系統(tǒng)與多Agent技術(shù)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了以提高信息處理速度，改善全局管理質(zhì)量為主要目的的管理信息系統(tǒng)（MIS）。為了彌補MIS在決策支持等方面的不足，美國ScottMorton教授在《管理決策系統(tǒng)》一文中首先提出了DSS概念。經(jīng)過 多年的發(fā)展，DSS形成了如圖1所示的公認的體系結(jié)構(gòu)。

圖1 DSS體系結(jié)構(gòu)圖

Agent是一種具有知識、目標(biāo)和能力，并能單獨或在人的少許指導(dǎo)下進行推理決策的能動實體，是一種處于一定環(huán)境下包裝的計算機系統(tǒng)，為了實現(xiàn)設(shè)計目的，它能在這種環(huán)境下靈活、自主地活動。 Agent具有以下主要特征：

1）自主性（Autonomous）。Agent能自行控制其狀態(tài)和行為，能在沒有外界干預(yù)的情況下自動操作。

2）反應(yīng)性 （Responsive）。 Agent能夠感知環(huán)境發(fā)生的變化，并對環(huán)境的變化作出反應(yīng)。

3）能動性（Proaetiveness）。 Agent不僅對環(huán)境的變化作出反應(yīng)，還可以能動地根據(jù)自己的目標(biāo)采取相應(yīng)的行動。

4）社會能力（SocialAbility）。 Agent能夠通過某種通信語言和其他Agent或人進行交互。

多Agent系統(tǒng) （MultiAgentSystem）是在多個Agent的環(huán)境下，Agent與Agent之間如何協(xié)調(diào)不同的目標(biāo)、規(guī)劃、知識和動作等，以確保各個Agent自主運行并不影響整個系統(tǒng)的工作。研究Agent的真正意義在于它們能構(gòu)成多Agent系統(tǒng)。在應(yīng)用方面，利用Agent方法研究 DSS還處于起步階段。B.Tung等人為研究基于Agent的DSS而提出了一種生命周期法，并建立了一個AgentDSS的框架。

2 智能多Agent的特點與結(jié)構(gòu)模型

近幾年來對多代理技術(shù)的研究表明，在不同的應(yīng)用環(huán)境下，有多種不同類型的多智能代理的協(xié)作模型，如：理性智能代理的 BDI模型，協(xié)商模型，協(xié)作規(guī)劃模型和自協(xié)調(diào)模型等。而基于信念、愿望、意圖的理性智能代理BDI模型是一種具有更類似于人類思維和推理能力的理論模型。本保護系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就是采用該模型的慎思型BDI結(jié)構(gòu)：〈決策Agent〉：：〈B，D，I，T〉B：表示信念，是Agent對當(dāng)前環(huán) 境 的 主 觀 反 應(yīng) 。 〈b〉 ：：=〈Selfconfidence〉〈Stability〉D：表示愿望，是Agent希望實現(xiàn)的目標(biāo)，由各個Agent的信任度組成。 〈D〉：：=〈Trust〉〈Trust〉：：=〈Agent〉〈T〉I：代表意圖，是在當(dāng)前信念和愿望的指導(dǎo)下所選擇的行為。 〈I〉：=〈Goal〉 依據(jù)此模型，地區(qū)電網(wǎng)自動化控制系統(tǒng)的決策支持模型框架如圖2所示：

第1層（數(shù)據(jù)源層）由調(diào)度運營業(yè)務(wù)系統(tǒng)組成，為整個系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；第2層（數(shù)據(jù)倉庫層）在全局知識庫和各種Agent的指導(dǎo)下，通過對運營業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行抽取，集成和轉(zhuǎn)換，以負荷和電量等主體組織數(shù)據(jù)，存放到調(diào)度倉庫中；第 3層（應(yīng)用層）是整個決策支持系統(tǒng)的頂層，對數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)進行各種查詢，分析和挖掘，將得到的知識用于輔助調(diào)度員決策。

圖2 調(diào)度智能決策支持系統(tǒng)模型框架圖

3 多Agent地區(qū)電網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

地區(qū)電網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)在管理協(xié)調(diào)Agent的統(tǒng)一管理下，由多個Agent協(xié)同工作，將現(xiàn)在或?qū)硇枰⒌南到y(tǒng)集成起來，為地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度員提供在線及離線的分析、決策和智能操作功能如圖3所示：

3.1 各個Agent的功能

1）管理協(xié)調(diào)Agent。協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)內(nèi)多個Agent之問的關(guān)系，依據(jù)系統(tǒng)內(nèi)其他Agent提供的定性和定量分析得到的輔助決策信息，運用相應(yīng)的決策方法和知識，形成一系列決策方案供調(diào)度員選取。

2）系統(tǒng)監(jiān)視Agent。監(jiān)視多個應(yīng)用系統(tǒng)的運行情況，采集各個系統(tǒng)的在線和離線信息，包括：SCADA數(shù)據(jù)、電能量數(shù)據(jù)、變電站二次設(shè)備運行參數(shù)、圖像監(jiān)視信號、調(diào)度管理系統(tǒng)信息等。將數(shù)據(jù)匯總到管理協(xié)調(diào)Agent。

3）系統(tǒng)控制Agent。將電網(wǎng)調(diào)度員和系統(tǒng)自動下達的綜合控制命令，如方式調(diào)整、事故處理、電力市場交易等，分解成單一的操作或程序操作序列（遙控、遙調(diào)、保護投退、定值更改等），并傳達到各個應(yīng)用系統(tǒng)，由各個應(yīng)用系統(tǒng)完成操作。

4）經(jīng)濟運行Agent。在日常運行中，它可根據(jù)安全穩(wěn)定約束條件，在運行規(guī)則指導(dǎo)下，運用相應(yīng)的模型、算法 （例如負荷預(yù)測、經(jīng)濟調(diào)度、機組經(jīng)濟組合、水電計劃、交換計劃、燃料計劃和檢修計劃等）和知識制定全系統(tǒng)的經(jīng)濟運行策略，在正常運行時，不斷地給出現(xiàn)時系統(tǒng)整體經(jīng)濟效率、網(wǎng)絡(luò)損耗和熱效率等信息，并且給出如何減少損耗、提高效率的建議和方案。

圖3 多Agent地區(qū)電網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

5）安全分析Agent。實時地運用相應(yīng)的模型、算法 （例如潮流計算、狀態(tài)估計、實時網(wǎng)絡(luò)分析、安全約束調(diào)度、電壓穩(wěn)定性分析、預(yù)想故障分析等）以及知識對系統(tǒng)進行安全評估。在系統(tǒng)正常運行時，給出 “憂患預(yù)告”，實時告知系統(tǒng)薄弱所在。同時還可給出改善安全穩(wěn)定性的建議和策略，使電力系統(tǒng)始終保持在正常運行狀態(tài)。

6）人機交互Agent。將各個應(yīng)用系統(tǒng)的界面集成統(tǒng)一，實現(xiàn)一個虛擬的地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度員的集中控制臺。具有直觀的界面，以各種圖形、儀表盤、表格、聲音、動畫、圖像等形式展現(xiàn)地區(qū)電網(wǎng)和設(shè)備運行的情況。調(diào)度員可以根據(jù)自己的習(xí)慣，配置各種顯示風(fēng)格。

7）模擬培訓(xùn)Agent。實現(xiàn)調(diào)度專業(yè)綜合業(yè)務(wù)虛擬培訓(xùn)的環(huán)境。這些專業(yè)包括：各級調(diào)度員、監(jiān)控員、方式人員、負荷人員等。培訓(xùn)的內(nèi)容不僅僅是電網(wǎng)模擬操作，還綜合了調(diào)度專業(yè)人員實際應(yīng)用的各個系統(tǒng)，包括調(diào)度管理系統(tǒng)、圖像監(jiān)控系統(tǒng)、電能量管理系統(tǒng)、電力市場的交易系統(tǒng)等。完成電網(wǎng)調(diào)度、操作票填寫、負荷預(yù)計、方式安排、電力市場交易、系統(tǒng)事故處理、事故預(yù)想等功能的培訓(xùn)。

8）電力市場Agent。通過匯集、綜合電網(wǎng)運行、用戶、環(huán)境、政策等各項信息，制定電力市場運營的方案，包括預(yù)計負荷、計劃、分析、統(tǒng)計等。保證地區(qū)供電局在電力市場上實現(xiàn)最經(jīng)濟的交易。

9）統(tǒng)計分析Agent。 利用Agent智能化，在各個應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息中進行數(shù)據(jù)挖掘、抽取，根據(jù)不同的需求，完成對數(shù)據(jù)的匯總、分析、統(tǒng)計、分類等，形成各種報表和決策支持策略。給調(diào)度員提供強大的數(shù)據(jù)分析工具，能靈活地繪制各種報表，以各種方式顯示數(shù)據(jù)分析結(jié)果。

3.2 多Agent協(xié)作圖

在多Agent系統(tǒng)中，各個Agent可以分布到各個節(jié)點，在管理協(xié)調(diào)Agent統(tǒng)一管理下協(xié)同工作（見圖4）。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流主要有2類：

圖4 多Agent的協(xié)作圖

1）信息類數(shù)據(jù)。包括各個應(yīng)用系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)參數(shù)以及各個Agent智能分析的結(jié)果數(shù)據(jù)等。由系統(tǒng)監(jiān)視Agent完成對各個應(yīng)用系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)采集，管理協(xié)調(diào)Agent分類分發(fā)給其他Agent，各個Agent完成各自功能分析，又將結(jié)果提交給管理協(xié)調(diào)Agent，最終管理協(xié)調(diào)Agent將匯總的信息、分析結(jié)果、操作策略等交給人機交互Agent，展現(xiàn)給地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度員。

2）控制類數(shù)據(jù)。包括地區(qū)調(diào)度員的各項命令、系統(tǒng)自動化提交的命令等?？刂祁悢?shù)據(jù)可由地區(qū)調(diào)度員人工干預(yù)也可由系統(tǒng)自動下達，由管理協(xié)調(diào)Agent分發(fā)到各個Agent，完成各自功能分析后，由管理協(xié)調(diào)Agent匯總分析結(jié)果，調(diào)度員確認后下達到系統(tǒng)控制Agent，最終發(fā)送到各個應(yīng)用系統(tǒng)，完成操作任務(wù)。

4 結(jié)束語

多Agent地區(qū)電網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)建立在當(dāng)前地區(qū)電網(wǎng)“數(shù)字電力系統(tǒng)”的框架上，多Agent地區(qū)電網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)模型具有開放的體系結(jié)構(gòu)，它不僅僅是將原來地區(qū)電網(wǎng)“數(shù)字電力系統(tǒng)”中分散的多個應(yīng)用系統(tǒng)進行集成，更是運用Agent技術(shù)，在原始數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過每個Agent智能分析、多個Agent協(xié)同應(yīng)用，為地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度員提供安全、經(jīng)濟、科學(xué)的調(diào)度決策方案，實現(xiàn)地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度的人工智能和高效率系統(tǒng)控制。通過不斷加入新的Agent，可以實現(xiàn)系統(tǒng)功能的擴展，為地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度提供更優(yōu)化的調(diào)度決策方案。

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