面向服務(wù)的智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)架構(gòu)方案

姜超

（國電南瑞科技股份有限公司 江蘇省南京市 211106）

1 引言

電網(wǎng)的有效調(diào)控可以保證人民用電安全和電網(wǎng)安全，是未來智能電網(wǎng)的發(fā)展需求。目前世界各國大多數(shù)采用的是運(yùn)行比較復(fù)雜的交直流混聯(lián)的電網(wǎng)系統(tǒng)。隨著新能源的快速發(fā)展，產(chǎn)生了很多穩(wěn)定且大容量的可再生能源產(chǎn)生電源的新途徑，這些新能源電源并聯(lián)進(jìn)入目前的電網(wǎng)系統(tǒng)，給電網(wǎng)電源的輸入帶來了不確定性，使電網(wǎng)的穩(wěn)定性變差。因此，要建立起電網(wǎng)的智能分析和有效調(diào)控，了解電網(wǎng)自動(dòng)化的預(yù)警系統(tǒng)，自愈功能，提高電網(wǎng)的資源配置，提高電網(wǎng)設(shè)備的利用率，以更好地維持電網(wǎng)的安全管理，保證電力系統(tǒng)可以安全運(yùn)行。

雖然隨著技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)出了很多新的系統(tǒng)對電網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)試，但是目前使用最多最廣泛的仍然是數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)，即SCADA 系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)勢在于調(diào)度中心可以與變電站之間實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的通信，保證了縱向信息的傳遞，可以方便統(tǒng)一的對電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行部署和調(diào)控，但缺點(diǎn)在于各個(gè)變電站之間是溝通盲點(diǎn)，沒有設(shè)置專門的溝通渠道，因此阻礙了同級之間的信息傳遞，橫向信息傳遞受阻將會(huì)影響廣域的故障診斷和檢修，不利于未來智能電網(wǎng)的發(fā)展和調(diào)度需求。

目前，針對電網(wǎng)電力調(diào)度的研究主要集中在兩個(gè)方向，第一個(gè)方向是理論研究，研究電網(wǎng)未來發(fā)展的方向；第二個(gè)方向是實(shí)用性研究，研究一體化和智能化調(diào)度系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題。電網(wǎng)是最復(fù)雜的系統(tǒng)之一，管理的難點(diǎn)之一在于電網(wǎng)是一個(gè)剛性系統(tǒng)，它完全依賴于實(shí)體控制電源的接入或退出以及電能量在各個(gè)實(shí)體之間的相互輸運(yùn)。電網(wǎng)的這個(gè)特點(diǎn)導(dǎo)致它不具備系統(tǒng)的自愈能力和自我恢復(fù)能力。未來電網(wǎng)的一個(gè)發(fā)展方向即增強(qiáng)電網(wǎng)的柔性，提高對電網(wǎng)的智能化管理和調(diào)控，這就需要自動(dòng)化技術(shù)和信息技術(shù)的技術(shù)支持。國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)針對電網(wǎng)的智能化管理和調(diào)控開展了相關(guān)工作研究。

本文對智能電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)架構(gòu)提出了一種新的方案，即基于多Agent 的系統(tǒng)架構(gòu)，通過研究Agent 技術(shù)、模型、設(shè)計(jì)出具有監(jiān)聽功能自適應(yīng)特點(diǎn)的模型，應(yīng)用在電網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)中，以解決現(xiàn)有的信息傳輸問題。

2 智能調(diào)度控制系統(tǒng)需求分析

我國電力系統(tǒng)不斷發(fā)展，電力市場逐漸完善，預(yù)計(jì)到2020年，建設(shè)完成“五縱六橫”的高壓骨干網(wǎng)架。隨著用戶雙向互動(dòng)用電，區(qū)域電網(wǎng)的相互影響，電網(wǎng)的區(qū)域聯(lián)系越來越緊密。但與此同時(shí)，電網(wǎng)的安全風(fēng)險(xiǎn)防控也存在一定問題。因此，在未來，電網(wǎng)的調(diào)度和控制要基于準(zhǔn)確化的模型，對電網(wǎng)的安全性進(jìn)行及時(shí)分析。未來，我國的清潔能源和可再生能源電力將成為電網(wǎng)的主要比例，因此，要發(fā)揮電網(wǎng)的大范圍資源優(yōu)化配置作用，制定短期的或?qū)崟r(shí)的調(diào)度計(jì)劃，滿足全局發(fā)展。局部的電網(wǎng)由于可再生能源電網(wǎng)的并入很難通過協(xié)調(diào)常規(guī)機(jī)組實(shí)現(xiàn)功率的平衡，因此，要著眼于大局，以省為單位，進(jìn)行統(tǒng)一集中的協(xié)調(diào)控制，最大限度地利用和優(yōu)化資源，根據(jù)國家政策進(jìn)行相適應(yīng)的變動(dòng)?？傊?，未來電網(wǎng)的智能調(diào)度控制應(yīng)該在保持分層分區(qū)管理的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)機(jī)構(gòu)的獨(dú)立調(diào)度技術(shù)支持，需要全局統(tǒng)一，邏輯高度一體化的控制和決策，滿足電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。

3 基于SOA的智能調(diào)度控制系統(tǒng)架構(gòu)

面向服務(wù)架構(gòu)即 Service Oriented Architecture，簡稱SOA，它既是一種體系又是一種思想。SOA 要求將現(xiàn)有的邏輯和功能單元拆解為更小的邏輯和功能單元。然后通過聚合技術(shù)，將小的邏輯和功能單元進(jìn)行組合，組成業(yè)務(wù)單元，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的服務(wù)，并通過標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)，讓服務(wù)實(shí)現(xiàn)共性，保持系統(tǒng)的一體化。SOA 系統(tǒng)中，業(yè)務(wù)存在兩種形式，業(yè)務(wù)服務(wù)和業(yè)務(wù)流程。業(yè)務(wù)服務(wù)是相對獨(dú)立存在的，它可以通過一個(gè)或多個(gè)分布式的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。業(yè)務(wù)流程是各個(gè)業(yè)務(wù)服務(wù)的合集，包含多個(gè)業(yè)務(wù)服務(wù)。一個(gè)業(yè)務(wù)服務(wù)就是一個(gè)接口，有中立的獨(dú)立于硬件操作平臺(tái)、系統(tǒng)、語言的要求和法規(guī)。

SOA 體現(xiàn)了分解重組的思想，它將系統(tǒng)中的各個(gè)模塊按照功能進(jìn)行組合管理。以電力調(diào)度生產(chǎn)為例，該服務(wù)涉及多個(gè)部門，如省調(diào)中心、地調(diào)中心、各個(gè)變電站和工廠、各個(gè)地方單位及下屬部門。這些部門都是服務(wù)的個(gè)體，且具有不同的分工，但是這些服務(wù)個(gè)體中的任何一個(gè)單元都不能提供完整的調(diào)度過程中的全部服務(wù)，即分布式的服務(wù)。在分布式的服務(wù)中，各個(gè)單元是相互獨(dú)立但是又相互關(guān)聯(lián)的，采用有中心或?qū)Φ鹊姆绞綄?shí)現(xiàn)服務(wù)。這兩種服務(wù)方式都會(huì)產(chǎn)生服務(wù)問題，如有中心的服務(wù)方式，當(dāng)訪問量過大時(shí)，中心的成員組織具有較大的任務(wù)量，當(dāng)中心組織成員發(fā)生故障時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)將面臨崩潰。對等的服務(wù)方式，不需要通過第三方即中心實(shí)現(xiàn)通信，對數(shù)據(jù)進(jìn)行了保護(hù)，但在成員管理上存在一定問題。

SOA 對企業(yè)舊的軟件體系重新進(jìn)行整理和利用，并結(jié)合新的軟件，建立了一套能夠隨著企業(yè)業(yè)務(wù)發(fā)展進(jìn)行靈活變化的體系，滿足電網(wǎng)“統(tǒng)一調(diào)度，分層管理”的管理需求。基于SOA 電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)以第三方的支持系統(tǒng)和企業(yè)服務(wù)總線(ESB)提供基本的計(jì)算環(huán)境，包括服務(wù)的運(yùn)行、管理、保證系統(tǒng)的安全性。企業(yè)服務(wù)總線扮演的是服務(wù)中介的角色，使用者通過企業(yè)服務(wù)總線，進(jìn)行服務(wù)訪問，實(shí)現(xiàn)技術(shù)透明和位置透明。參與調(diào)度的各個(gè)單元要提前在服務(wù)中心進(jìn)行注冊，并制定個(gè)性化和虛擬化的業(yè)務(wù)服務(wù)，基于SOA的第三方支持系統(tǒng)要協(xié)調(diào)好各個(gè)單元之間的關(guān)系。

4 服務(wù)監(jiān)聽型自適應(yīng)Agent模型

Agent 技術(shù)最早來源于分布式的人工智能，它實(shí)際上是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有自治性，社會(huì)性，反應(yīng)性、能動(dòng)性等特點(diǎn)。將Agent 技術(shù)應(yīng)用在基于SOA 電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中有利于該系統(tǒng)的實(shí)施。從Agent 的服務(wù)語言出發(fā)進(jìn)行分析，用戶使用Agent 語言詢問信息，Agent 在得到信息后，按照之前設(shè)定的協(xié)議，對用戶進(jìn)行信息的反饋，通過Agent 管理，工作站可以獲得最新的工作進(jìn)展。除此之外，Agent 還具備自適應(yīng)性，這在一定程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)調(diào)度系統(tǒng)的劣勢。Agent 的自適應(yīng)性過程可通過圖1 表示。當(dāng)有新的協(xié)議時(shí)，Agent 按照原有的協(xié)議規(guī)則庫進(jìn)行協(xié)議的對比和匹配，若匹配不成功而交互失敗。為了保證成功率，Agent 具有適應(yīng)新協(xié)議的能力。服務(wù)的請求者使用Agent 語言向服務(wù)的提供者提出服務(wù)請求，服務(wù)的提供者對服務(wù)請求者的身份進(jìn)行確認(rèn)，最終實(shí)現(xiàn)服務(wù)的確認(rèn)。

為了更好地應(yīng)對SOA 新需求，設(shè)計(jì)出服務(wù)監(jiān)聽型的自適應(yīng)Agent 模塊，首先，在原有的模塊上，添加了新的服務(wù)發(fā)現(xiàn)單元，顧名思義，服務(wù)發(fā)現(xiàn)單元用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)聽，判斷哪里需要服務(wù)。若發(fā)現(xiàn)用戶具有服務(wù)需求，則要進(jìn)一步的激活通信模塊，實(shí)現(xiàn)與Agent 的通信。其次，在原有的模塊上，增加了信息識(shí)別分發(fā)器的輸出路徑。當(dāng)服務(wù)滿足原有交互協(xié)議時(shí)，直接連接到輸出任務(wù)生成器，回答用戶的服務(wù)需求。當(dāng)產(chǎn)生新的交互協(xié)議時(shí)，一部分進(jìn)入知識(shí)庫和推理機(jī)，進(jìn)行響應(yīng)和分析，再連接到輸出任務(wù)生成器，回答用戶的服務(wù)需求；一部分進(jìn)入規(guī)則庫后再進(jìn)入推理機(jī)進(jìn)行響應(yīng)和分析，再連接到輸出任務(wù)生成器，回答用戶的服務(wù)需求。服務(wù)監(jiān)聽型的自適應(yīng)Agent 模塊有利于對服務(wù)者的需求進(jìn)行識(shí)別，最大限度的提高了服務(wù)資源的利用率，提高了服務(wù)的響應(yīng)程度。

5 基于多Agent的面向服務(wù)調(diào)度控制系統(tǒng)架構(gòu)

上述提到的是單個(gè)Agent 單元，多個(gè)Agent 單元相互協(xié)作，各自發(fā)揮自己的職責(zé)和功能，或與其他Agent 單元實(shí)現(xiàn)互聯(lián)進(jìn)行通信，完成服務(wù)。在分布式的電網(wǎng)中，多Agent 單元可以更好地適應(yīng)電網(wǎng)的自動(dòng)化和控制系統(tǒng)。多Agent 單元由于具備自治性，可以廣泛的應(yīng)用于各式各樣的企業(yè)服務(wù)總線和調(diào)度管理系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的多Agent 系統(tǒng)中，其交互對象是可預(yù)知的，是事前就預(yù)先設(shè)定好的對象，所以在面對一些不可控情況，如未在預(yù)設(shè)對象的情況時(shí)，會(huì)對信息的識(shí)別存在問題，這在很大程度上限制了多Agent 系統(tǒng)的擴(kuò)展。而本文設(shè)計(jì)的多Agent 的面向服務(wù)調(diào)度控制系統(tǒng)架構(gòu)具有服務(wù)監(jiān)聽功能，可以對未預(yù)設(shè)的對象也提供服務(wù)識(shí)別和監(jiān)聽，為用戶的服務(wù)提供了保障和支持。從提出服務(wù)請求到服務(wù)訂單的確認(rèn)，一共需要經(jīng)歷8 個(gè)步驟，即提出服務(wù)請求，可用服務(wù)信息，服務(wù)請求，身份驗(yàn)證請求，查詢交互協(xié)議，交互協(xié)議，信用信息，訂單確認(rèn)。共涉及4 個(gè)Agent，分別為企業(yè)內(nèi)部和外部服務(wù)請求者Agent，企業(yè)內(nèi)部和外部服務(wù)提供者Agent。

圖1：Agent 自適應(yīng)新協(xié)議過程

服務(wù)的請求者通過Agent 語言，提出服務(wù)，并發(fā)布到企業(yè)服務(wù)總線，企業(yè)服務(wù)總線確定該服務(wù)歸屬于哪一類的企業(yè)及業(yè)務(wù)服務(wù)，并激活相應(yīng)企業(yè)或服務(wù)的注冊，將符合請求者條件的服務(wù)發(fā)送給Agent。Agent 通過對比知識(shí)庫，將信息傳遞給推理機(jī)，進(jìn)行服務(wù)的合理編排，最后進(jìn)入服務(wù)的輸出，并將結(jié)果反饋給服務(wù)請求Agent。企業(yè)服務(wù)總線對服務(wù)請求協(xié)議進(jìn)行判斷，若是系統(tǒng)認(rèn)可的協(xié)議，可直接提供相關(guān)服務(wù)。若是新協(xié)議，則需要進(jìn)行進(jìn)一步的身份驗(yàn)證。通過企業(yè)服務(wù)總線對身份進(jìn)行驗(yàn)證，并查詢交互協(xié)議，進(jìn)行協(xié)議的配置，并將該信息發(fā)送給服務(wù)提供Agent。服務(wù)提供Agent 對信用進(jìn)行核對和分析，符合約定服務(wù)要求的，進(jìn)行服務(wù)的確認(rèn)。

該結(jié)構(gòu)的各個(gè)單元以Agent 的形式進(jìn)行信息的傳輸，在第三方SOA 支持系統(tǒng)，Agent 系統(tǒng)，企業(yè)服務(wù)中心概念的支持下，完成服務(wù)的協(xié)作配合，最大限度地整合了現(xiàn)有的信息系統(tǒng)，有利于提高服務(wù)響應(yīng)程度。

6 總結(jié)

本文對基于SOA 的智能調(diào)度控制系統(tǒng)架構(gòu)，服務(wù)監(jiān)聽型自適應(yīng) Agent 模型，基于多Agent 的面向服務(wù)調(diào)度控制系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和改進(jìn)，該模型結(jié)合了SOA 系統(tǒng)的分解重組思想，將系統(tǒng)中的各個(gè)模塊按照功能進(jìn)行組合管理，也結(jié)合了Agent 模型的智能、獨(dú)立、自制和自適應(yīng)的特點(diǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)更好地服務(wù)發(fā)現(xiàn)功能，和協(xié)作會(huì)話功能，提高電網(wǎng)的智能化調(diào)度管理。