移動(dòng)智能體技術(shù)在智能電網(wǎng)中的研究和應(yīng)用

康洪波

（河北建筑工程學(xué)院，河北張家口075000）

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電氣化已經(jīng)成為了人類(lèi)在20世紀(jì)所取得的最偉大的成就。自進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，大電網(wǎng)連鎖性大面積停電事故促使全世界將目光定格在了智能電網(wǎng)上。為此，建設(shè)適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的智能電網(wǎng)，已成為國(guó)際電力工業(yè)界積極應(yīng)對(duì)未來(lái)挑戰(zhàn)的共同選擇。

現(xiàn)代大電網(wǎng)連鎖性大面積停電事故通常是復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)所固有的自組織臨界性動(dòng)力學(xué)行為所引發(fā)的一系列復(fù)雜的，不可預(yù)測(cè)的和無(wú)序的混沌狀態(tài)的爆發(fā)。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的理論和技術(shù)已無(wú)法解釋和處理這些事故，因此，一種適應(yīng)智能電網(wǎng)建設(shè)的智能調(diào)度技術(shù)，可以為電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供更為全面和智能化的決策支持。

1 智能電網(wǎng)系統(tǒng)智能調(diào)度技術(shù)分析

隨著智能電網(wǎng)概念的提出和電力體制改革的深入，傳統(tǒng)電網(wǎng)的調(diào)度方式已經(jīng)不能全面防止和抑制電力事故的頻繁的發(fā)生。雖然目前電力能量管理系統(tǒng)（EMS）已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，但仍停留在分布式獨(dú)立計(jì)算階段，依然需要調(diào)度員在人工數(shù)據(jù)分析電力運(yùn)行狀態(tài)的基礎(chǔ)上，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)安排調(diào)度計(jì)劃，這給電力調(diào)度的實(shí)時(shí)性和合理性帶來(lái)很大的隱患。

當(dāng)前，由于電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大、電力市場(chǎng)改革的日益深化和智能電網(wǎng)建設(shè)的實(shí)際需求，致使電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式日趨復(fù)雜。同時(shí)電網(wǎng)頻繁的調(diào)整也造成了工作人員工作量越來(lái)越繁重的問(wèn)題。而當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，在很短的時(shí)間內(nèi)要求調(diào)度員對(duì)大量的報(bào)警信息進(jìn)行分析，并及時(shí)做出正確的故障處理決策，這對(duì)調(diào)度人員的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)也提出了更高的要求。因此，電網(wǎng)運(yùn)行迫切需要功能更為強(qiáng)大的智能化調(diào)度系統(tǒng)，幫助調(diào)度人員完成調(diào)度任務(wù)，提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性[1]。

隨著信息理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，各種智能化調(diào)度技術(shù)開(kāi)始涌現(xiàn)。這些系統(tǒng)通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)一步集成，發(fā)現(xiàn)信息中隱含的有用知識(shí)，并結(jié)合人工智能技術(shù)為調(diào)度人員提供全面的決策，幫助調(diào)度人員進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的分析與決策，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度的智能化。

目前，在電力系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛的人工智能方法主要有：專(zhuān)家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法和Agent技術(shù)。在這些技術(shù)中，Agent技術(shù)在性能上支持分布式處理、在結(jié)構(gòu)上具有可適應(yīng)性、可伸縮性，兼容性好，便于推廣應(yīng)用，在自動(dòng)化控制中具有廣闊的應(yīng)用前景。

2 移動(dòng)智能體系統(tǒng)分析及體系結(jié)構(gòu)介紹

電力系統(tǒng)是一個(gè)典型的大規(guī)模分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)具有以下三個(gè)明顯的特點(diǎn)：（1）超大規(guī)模、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)性強(qiáng)、復(fù)雜性高。隨著問(wèn)題規(guī)模和復(fù)雜程度的不斷增加，利用已有的算法和計(jì)算機(jī)條件，無(wú)法在較短的時(shí)間內(nèi)取得滿(mǎn)意的計(jì)算結(jié)果；（2）電力系統(tǒng)是非線性的，很多問(wèn)題無(wú)法建立精確的數(shù)學(xué)模型，不能完全用數(shù)學(xué)形式反映問(wèn)題實(shí)質(zhì)的約束條件；（3）由于人們對(duì)電力系統(tǒng)的了解還不夠精細(xì)，使許多問(wèn)題具有模糊性。

作為Agent技術(shù)之一的移動(dòng)Agent是一種能夠自主遷移到遠(yuǎn)端執(zhí)行的程序。它可在本地或遠(yuǎn)程控制下動(dòng)態(tài)鏈接并自動(dòng)執(zhí)行。具有移動(dòng)性、自治性、智能性等優(yōu)點(diǎn)?；谝苿?dòng)Agent的網(wǎng)絡(luò)管理模型能夠改善網(wǎng)管體系統(tǒng)的整體性能和可擴(kuò)展性，并具有分布式、靈活性、主動(dòng)性和可靠性等特點(diǎn)，可以支持智能電網(wǎng)的有效運(yùn)行。

Agent廣義上是指具有智能性的，在一定環(huán)境中包裝的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有相應(yīng)的知識(shí)、目標(biāo)和能力，能夠?qū)ν獠渴录龀鲰憫?yīng)，能夠單獨(dú)或在人的少許指導(dǎo)下進(jìn)行推理決策，是一個(gè)具有自主行為能力的主體[2]，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 Agent結(jié)構(gòu)

從圖1中可知，Agent內(nèi)部包括內(nèi)部狀態(tài)、知識(shí)庫(kù)、目標(biāo)等三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的數(shù)據(jù)實(shí)體。這三個(gè)數(shù)據(jù)實(shí)體具有通過(guò)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行不斷修改的自適應(yīng)能力。而每一個(gè)Agent實(shí)體利用傳感器從外部環(huán)境中感知信息，并依據(jù)內(nèi)部狀態(tài)進(jìn)行信息的融合，以產(chǎn)生修改當(dāng)前狀態(tài)的具體描述。然后，在知識(shí)庫(kù)支持下制定規(guī)劃，在目標(biāo)指引下，形成動(dòng)作序列，通過(guò)效應(yīng)器對(duì)環(huán)境發(fā)生作用。

移動(dòng)Agent（mobile agent，MA）是一種特殊的Agent體，它具備Agent實(shí)體的基本特性。但不同的是MA能夠在異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間移動(dòng)，并通過(guò)與運(yùn)行環(huán)境和其他Agent協(xié)商獲取信息或提供服務(wù)來(lái)完成全局目標(biāo)。

移動(dòng)Agent體系結(jié)構(gòu)主要由MA、MA服務(wù)器、Agent傳輸協(xié)議、Agent通信語(yǔ)言等組成。MA服務(wù)器是移動(dòng)Agent系統(tǒng)的核心部分，一般包括Agent管理器、隊(duì)列管理器、持續(xù)性管理器、事件管理器、目錄管理器、安全管理器、服務(wù)接口。其主要的功能是為MA提供生命周期管理、目錄服務(wù)、事件服務(wù)、持續(xù)性服務(wù)、安全保障等幾項(xiàng)服務(wù)。而Agent傳輸協(xié)議ATP的主要功能是對(duì)移動(dòng)Agent傳輸?shù)恼Z(yǔ)法和語(yǔ)義進(jìn)行定義，為實(shí)現(xiàn)移動(dòng)Agent在服務(wù)設(shè)施間的遷移提供機(jī)制保證。Agent通信語(yǔ)言ACL的主要功能是完成多個(gè)Agent之間的有效通信，具體包括了多個(gè)Agent之間通訊的共同語(yǔ)言定義、對(duì)于所交換的知識(shí)的共同理解的定義、進(jìn)行語(yǔ)言和知識(shí)交換的機(jī)制定義，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示[2]。

3 基于移動(dòng)Agent的電力系統(tǒng)智能調(diào)度研究

圖2 移動(dòng)Agent的體系結(jié)構(gòu)模型

電力系統(tǒng)在地理范圍上分布是非常廣泛的，并且在整個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)中包含有大量復(fù)雜性高、特性不同的設(shè)備和控制系統(tǒng)。加之目前電能的儲(chǔ)存技術(shù)滯后，生產(chǎn)與消費(fèi)具有同時(shí)性。而消費(fèi)方的負(fù)荷變化隨機(jī)，導(dǎo)致電力系統(tǒng)在一定程度上表現(xiàn)出不可觀測(cè)、運(yùn)行變化不確定等基本特性。因此，要想準(zhǔn)確地利用移動(dòng)Agent體系實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的智能調(diào)度，首先要解決的就是準(zhǔn)確地確定每一個(gè)Agent實(shí)體的參量描述。

電力系統(tǒng)是由發(fā)電、變電、輸電、配電、用電等環(huán)節(jié)組成的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。電力系統(tǒng)的合理調(diào)度是具有前提條件的，那就是必須滿(mǎn)足電力系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的平衡和有效。具體規(guī)則很多，例如：節(jié)點(diǎn)調(diào)度前后的有功功率和無(wú)功功率應(yīng)處于平衡狀態(tài)，符合有功無(wú)功等式約束條件；節(jié)點(diǎn)調(diào)度前后各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)：電壓、頻率、有功、無(wú)功等應(yīng)滿(mǎn)足極限范圍，符合參數(shù)不等式約束條件，我們將這些限制條件列為相應(yīng)的方程式，從而解出構(gòu)建Agent實(shí)體的基本要素，形成相應(yīng)的實(shí)體參量描述數(shù)據(jù)。

構(gòu)建移動(dòng)Agent體系的第二步是為電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及環(huán)境要素進(jìn)行劃分，可以依據(jù)Agent實(shí)體參數(shù)描述數(shù)據(jù)將系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)劃分為正常、警戒、緊急、極端、恢復(fù)等五種狀態(tài)，并定義出相應(yīng)的轉(zhuǎn)變關(guān)系。這五種基本狀態(tài)及之間的轉(zhuǎn)換對(duì)應(yīng)著不同的控制過(guò)程，形成Agent實(shí)體的數(shù)據(jù)資源層，進(jìn)而根據(jù)系統(tǒng)所在網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況構(gòu)成通信服務(wù)層及網(wǎng)絡(luò)分析層，從而形成移動(dòng)Agent的移動(dòng)規(guī)范條件。

這些條件形成之后，就可以按照相應(yīng)的原則來(lái)構(gòu)建Agent電力系統(tǒng)實(shí)體的知識(shí)庫(kù)和目標(biāo)庫(kù)，進(jìn)而形成決策規(guī)則。

4 總結(jié)

隨著智能電網(wǎng)的進(jìn)一步深入研究，在不久的將來(lái)，電力系統(tǒng)必將發(fā)生革命性的變化。而電力調(diào)度作為智能電網(wǎng)的重要一環(huán)，其智能化水平的高低直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。智能型調(diào)度已成為電力系統(tǒng)調(diào)度發(fā)展的新方向，是建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要組成部分。

本文根據(jù)智能電網(wǎng)的電力調(diào)度要求，提出了一種基于移動(dòng)Agent的智能調(diào)度方式。該方式充分利用了移動(dòng)Agent智能性、適時(shí)移動(dòng)性等優(yōu)點(diǎn)，將原本完全或大部分由中央監(jiān)控中心所承擔(dān)的管理計(jì)算任務(wù)分布到電力網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)中，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的自適應(yīng)變化，以加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性。

[1] 狄義偉.面向未來(lái)智能電網(wǎng)的智能調(diào)度研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2010:1-3.

[2] 賀穎.移動(dòng)Agent在網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2009:9-11.