Agent技術(shù)在中國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用

郭昊坤，吳軍基

（1. 江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子信息工程系，江蘇 江陰 214405；2. 南京理工大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院，

江蘇 南京 210094）

隨著奧巴馬能源新政的出臺(tái)，加快建設(shè)“智能電網(wǎng)”已成為國(guó)際社會(huì)的共識(shí)[1]。智能電網(wǎng)是有機(jī)融合了信息、數(shù)字等多種前沿技術(shù)的輸配電系統(tǒng)；其發(fā)展目標(biāo)是建設(shè)節(jié)能、環(huán)保、高效、可靠、穩(wěn)定的現(xiàn)代化電網(wǎng)；具有多目標(biāo)、可控制、自適應(yīng)、自決策、自處理、快速性等特征[2-6]。我國(guó)城市電網(wǎng)本來就相對(duì)薄弱，強(qiáng)化并開展智能電網(wǎng)的研究對(duì)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大意義[7-8]。

Agent技術(shù)是分布式人工智能的一個(gè)分支，它可以像專家系統(tǒng)那樣有較高的推理能力，又具有對(duì)于新事物的快速反應(yīng)能力，適合應(yīng)用到智能電網(wǎng)的建設(shè)中[9-10]。20世紀(jì)90年代開始，Agent被應(yīng)用到電力系統(tǒng)的研究中，在電力系統(tǒng)故障診斷、電網(wǎng)調(diào)度管理、電網(wǎng)運(yùn)行以及電力市場(chǎng)決策支持系統(tǒng)等方面已經(jīng)進(jìn)行了一定的研究，某些相關(guān)技術(shù)已得到初步應(yīng)用[11]。

1 智能電網(wǎng)

到目前為止，智能電網(wǎng)還沒有統(tǒng)一的定義。余貽鑫等[7]認(rèn)為智能電網(wǎng)是指一個(gè)完全自動(dòng)化的供電網(wǎng)絡(luò)，其中的每一個(gè)用戶和節(jié)點(diǎn)都得到實(shí)時(shí)監(jiān)控，并保證從發(fā)電廠到用戶端電器之間的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)上信息的雙向流動(dòng)。陳樹勇等[3]認(rèn)為智能電網(wǎng)就是通過傳感器把各種設(shè)備、資產(chǎn)連接到一起，形成一個(gè)客戶服務(wù)總線，從而對(duì)信息進(jìn)行整合分析，以此來降低成本，提高效率，提高整個(gè)電網(wǎng)的可靠性，使運(yùn)行和管理達(dá)到最優(yōu)化。

智能電網(wǎng)的特征體現(xiàn)了它與傳統(tǒng)電網(wǎng)的區(qū)別，可總結(jié)為以下幾個(gè)方面[3-4]：自治和自愈能力、防御能力、電網(wǎng)兼容性、高效運(yùn)營(yíng)和管理、優(yōu)質(zhì)和友好性、電力交易的方便性。受國(guó)際金融危機(jī)的影響，我國(guó)電力需求暫時(shí)放緩，這在客觀上為調(diào)整和優(yōu)化電力和能源結(jié)構(gòu)提供了有利條件和機(jī)遇[3]，此時(shí)，我國(guó)正適合大力加強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)。

2 Agent技術(shù)

Agent的基本思想是使軟件能模擬人類的社會(huì)行為和認(rèn)知，即人類社會(huì)的組織形式、協(xié)作關(guān)系、進(jìn)化機(jī)制，以及認(rèn)知、思維和解決問題的方式。Agent的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示，即包括人機(jī)界面、通信模塊、分析計(jì)算推理模塊、語言包裝和協(xié)調(diào)機(jī)制、知識(shí)數(shù)據(jù)庫和總體控制管理模塊六部分。

圖1 Agent典型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig. 1 Typical structure diagram of Agent

多智能Agent系統(tǒng)（Multi-Agent System，MAS）是指能對(duì)環(huán)境的變化具有適用力及相應(yīng)的自我調(diào)整能力，并能通過與其他智能Agent以交互的方式共同完成復(fù)雜問題求解的智能系統(tǒng)[12]。MSA一般具有以下6個(gè)基本特征[13-14]：

1）功能控制范圍。單個(gè)Agent的功能控制范圍可能是全局，也可能是局部。

2）集成系統(tǒng)的操作手段。系統(tǒng)可以通過局部功能、局部接口、應(yīng)用或問題參數(shù)訪問單個(gè)Agent。

3）系統(tǒng)控制位置，包括中心或分布的。

4）系統(tǒng)集成機(jī)制，包括功能、語言、表示方法、應(yīng)用或問題。

5）Agent組成，包括同構(gòu)的、異構(gòu)的。

6）系統(tǒng)Agent類型，包括人、機(jī)器、人和機(jī)器的混合。

3 Agent在中國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用

近年來，Agent和多Agent系統(tǒng)領(lǐng)域發(fā)展迅速，已日漸成為一種新的思維方式，是一種分析、設(shè)計(jì)和處理復(fù)雜性、分布性和相互作用問題的概念模式，在中國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)中的研究已初具規(guī)模[15]。

3.1 Agent在電力市場(chǎng)中的應(yīng)用

目前，Agent技術(shù)在電力市場(chǎng)中的應(yīng)用最為廣泛，且最具應(yīng)用前景[16]。在電力市場(chǎng)化的今天，如何準(zhǔn)確并穩(wěn)定地進(jìn)行電價(jià)預(yù)測(cè)，是市場(chǎng)參與各方都十分關(guān)心的問題[17]。

為了抑制高耗能行業(yè)盲目發(fā)展，促進(jìn)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，我國(guó)出臺(tái)了針對(duì)高耗能行業(yè)的差別電價(jià)政策[18]。差別電價(jià)的核心是針對(duì)不同的行業(yè)實(shí)行不同的電價(jià)，若電價(jià)定得太高，將增加企業(yè)成本，使社會(huì)物價(jià)上漲，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成不良影響；若電價(jià)定得太低，又不能達(dá)到預(yù)期目的。譚顯東等[19]建立了研究差別電價(jià)對(duì)社會(huì)物價(jià)及行業(yè)用電影響的多Agent模型，如圖2所示。該模型克服了傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型考慮因素不足的缺點(diǎn)，能夠更全面地反映微觀個(gè)體與宏觀經(jīng)濟(jì)之間的聯(lián)系，為制定差別電價(jià)政策提供決策支持。

圖2 差別電價(jià)模擬的多Agent框架Fig. 2 Multi-Agent structure of the discriminating power price

實(shí)行峰谷分時(shí)電價(jià)是需求側(cè)管理的重要手段，其基本思想是運(yùn)用價(jià)格信號(hào)引導(dǎo)終端用戶的用電行為[20-21]。分時(shí)電價(jià)的核心是劃分峰谷時(shí)段和確定峰谷電價(jià)比，峰谷電價(jià)比太高易導(dǎo)致用戶過響應(yīng)，使供電企業(yè)虧損；太低則用戶響應(yīng)不足，不能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。袁家海等[22]借助多Agent模擬方法研究大用戶對(duì)峰谷分時(shí)電價(jià)的響應(yīng)行為，為峰谷電價(jià)政策的決策支持和政策評(píng)估提供了一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

3.2 Agent在繼電保護(hù)中的應(yīng)用

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的主要作用是切除發(fā)生故障的設(shè)備以保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，其性能關(guān)系到電力系統(tǒng)中輸電線路的傳輸容量和電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的可靠性及靈活性。隨著中國(guó)電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)難以達(dá)到理想效果。多Agent系統(tǒng)憑借其自主性、合作性、可變性、自發(fā)性等特點(diǎn)，逐漸引起電力系統(tǒng)研究人員的重視，而基于MAS的智能繼電保護(hù)系統(tǒng)也逐漸引起國(guó)內(nèi)許多研究人員的重視。

張丹慧等[23]利用Agent技術(shù)可以主動(dòng)探測(cè)并估計(jì)網(wǎng)絡(luò)傳輸狀況，同時(shí)進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)特性分析和幫助傳輸系統(tǒng)靈活調(diào)整傳輸策略的特征，設(shè)計(jì)了PRDTLNS-Agent系統(tǒng)，有效地解決了變電站繼電保護(hù)信息傳輸中各類數(shù)據(jù)流量沖突的問題，保障了信息可靠實(shí)時(shí)傳輸，為提高變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的局域網(wǎng)通信性能提供了有力的技術(shù)支持。

楊偉等[24]利用MAS的基本特性，結(jié)合電力系統(tǒng)的基本特點(diǎn)，運(yùn)用分布式系統(tǒng)的思想，設(shè)計(jì)了一種基于MAS的電力系統(tǒng)自適應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。通過驗(yàn)證，該系統(tǒng)不僅可以有效地?cái)U(kuò)大保護(hù)動(dòng)作范圍，而且可以大大縮短后備保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間。

圖3 基于MAS的自適應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig. 3 MAS-based adaptive protection system structure

陳新等[25]設(shè)計(jì)了基于MAS的智能電網(wǎng)繼電保護(hù)在線整定系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了定值的在線整定和在線更新，提高了保護(hù)性能，且具有良好的實(shí)時(shí)性、同步性和抗故障能力。

3.3 Agent在電力系統(tǒng)無功優(yōu)化控制中的應(yīng)用

電力系統(tǒng)電壓無功控制的對(duì)象是各母線電壓和無功功率，電壓是否合格直接關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行[26-27]。多Agent 技術(shù)具有很好的自適應(yīng)性，能使邏輯上或物理上分散的系統(tǒng)并行、協(xié)調(diào)地求解問題。這種特性能夠很好地解決電力系統(tǒng)無功優(yōu)化的低效和數(shù)據(jù)冗余問題。

張小蓮等[28]設(shè)計(jì)了基于MAS的分層分布式無功控制系統(tǒng)。其仿真結(jié)果與傳統(tǒng)的全局優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行比較，分布式優(yōu)化模型的規(guī)模小于全局優(yōu)化，且不需要集中上傳數(shù)據(jù)，避免了全局優(yōu)化的數(shù)據(jù)冗余問題，優(yōu)化速度也比全局優(yōu)化提高很多。

3.4 Agent在電網(wǎng)故障診斷中的應(yīng)用

電網(wǎng)故障診斷系統(tǒng)一直是許多電力系統(tǒng)研究人員的研究熱點(diǎn)，并取得了一些研究成果[29-31]。但故障診斷系統(tǒng)對(duì)于電網(wǎng)事件的實(shí)時(shí)響應(yīng)性不理想，一般需要做完一次完整的故障分析或判斷后方能再去處理新的事件。

朱永利等[32]提出了一種基于多Agent的電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)故障診斷方法和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，且通過具體實(shí)驗(yàn)證明了此故障診斷方法是一種有效的電力系統(tǒng)診斷方法，可有效地提高診斷系統(tǒng)對(duì)于故障事件的反應(yīng)性能，在外界環(huán)境變化較大時(shí)可自動(dòng)放棄當(dāng)前的診斷目標(biāo)。

4 總結(jié)與展望

通過介紹智能電網(wǎng)和Agent技術(shù)，敘述了Agent技術(shù)在中國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)中的研究現(xiàn)狀，詳細(xì)介紹了其在電力市場(chǎng)、繼電保護(hù)等中的應(yīng)用。

盡管Agent技術(shù)在中國(guó)智能電網(wǎng)中的研究及應(yīng)用還處在初級(jí)階段，但其特點(diǎn)與智能電網(wǎng)的特點(diǎn)在很大程度上有相似之處，有著廣闊的研究及應(yīng)用前景，值得國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜?、學(xué)者及研究人員的研究和探討。

隨著微電網(wǎng)的發(fā)展，Agent技術(shù)也可應(yīng)用于微電網(wǎng)中電壓控制系統(tǒng)、即插即用系統(tǒng)等[33]，其自治、通信、可協(xié)調(diào)等特點(diǎn)恰好可以控制高分散性的微電網(wǎng)，解決傳統(tǒng)集中式控制方法難以適應(yīng)微電網(wǎng)分布式特性的缺陷。

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