大數(shù)據(jù)集成環(huán)境下基于MAS 的智能電網(wǎng)能量協(xié)調(diào)控制模型研究

李存斌 張 炎

（華北電力大學(xué)，北京102206）

近些年，我國電力行業(yè)迅速的適應(yīng)了大數(shù)據(jù)的潮流，不斷通過電力體制改革迅速發(fā)展。現(xiàn)如今的智能電網(wǎng)調(diào)度已經(jīng)不單單是機(jī)械的收集電力數(shù)據(jù)，而集成為更加智能化、自動化的智能電網(wǎng)控制系統(tǒng)。而智能電網(wǎng)調(diào)度問題更是促進(jìn)電力合理分配與利用中重要的一環(huán)。盡管能量管理系統(tǒng)（EMS）已經(jīng)在電網(wǎng)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，但仍需要調(diào)度人員根據(jù)經(jīng)驗進(jìn)行決策和處理[1]。

目前，智能電網(wǎng)自動化調(diào)度系統(tǒng)已經(jīng)形成包括SCADA、EMS、DMS等在內(nèi)的一套調(diào)度系統(tǒng)軟件，雖然其功能在實際運(yùn)行中不斷進(jìn)行完善，但智能化水平依然不高,本文將MAS技術(shù)運(yùn)用于智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)上，結(jié)合大數(shù)據(jù)的思想分析闡述了電網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架，該技術(shù)將會有效推動電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)發(fā)展[2]。

1 智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及應(yīng)用現(xiàn)狀

電網(wǎng)調(diào)度貫穿電能生產(chǎn)、輸送到消費(fèi)的始終，所以其重要性不言而喻。智能電網(wǎng)調(diào)度控制技術(shù)的應(yīng)用在發(fā)展正如火如荼的進(jìn)行中，智能電網(wǎng)調(diào)度比較注重吸收學(xué)習(xí)經(jīng)驗和自主創(chuàng)新，所以經(jīng)過一段時間的發(fā)展滯后，在電網(wǎng)的智能化功能上就表現(xiàn)的比較突出。電力調(diào)度中心推出了智能化技術(shù)支持的系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺，和高級的應(yīng)用功能。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要就是中心調(diào)度以及系統(tǒng)管理服務(wù)等，在高級應(yīng)用功能方面，是通過調(diào)度管理和計劃以及實時監(jiān)控等模塊所組成的[3]。

智能電網(wǎng)通過多級調(diào)度協(xié)調(diào)故障控制技術(shù)有效的達(dá)到實時監(jiān)控全網(wǎng)和電網(wǎng)智能警告的目的。有效的解決了特大電網(wǎng)多級調(diào)控控制以及電網(wǎng)故障聯(lián)合處理的難題。而在協(xié)同運(yùn)行方面上，國網(wǎng)三級調(diào)度業(yè)務(wù)也可以實現(xiàn)聯(lián)合溝通，有效的達(dá)到了故障預(yù)警的目的。同時，國網(wǎng)建立了資源在線共享平臺，加強(qiáng)各級之間的協(xié)調(diào)和溝通。目前，電網(wǎng)可以實現(xiàn)在線小干擾穩(wěn)定分析和低頻震蕩預(yù)警結(jié)合分析，有效保障了電網(wǎng)運(yùn)行計算的精確性[4]。

2 MAS 技術(shù)與大數(shù)據(jù)平臺

2.1 MAS技術(shù)。自從20 世紀(jì)50 年代人們提出Agent 最初思想模型后，Agent 技術(shù)就越發(fā)成熟起來。目前更成為人工智能領(lǐng)域重要的內(nèi)容。Agent 工作過程類似人類的手、目等感官感知外部環(huán)境。通過環(huán)境感知器接受外部刺激，Agent 將外部環(huán)境轉(zhuǎn)化為字符串編碼交給計算機(jī)信息融合和處理再作用回外部環(huán)境[5，6]。

多個Agent 系統(tǒng)簡稱MAS（Multi Agent system），這些Agent通過相互協(xié)調(diào)來實現(xiàn)某種復(fù)雜功能。MAS解決問題的能力極大的依賴于單個Agent 所具備的知識和能力。所以多Agent 系統(tǒng)即MAS 系統(tǒng)可以一邊利用單Agent 系統(tǒng)高效的處理能力解決問題，一邊利用通訊Agent 將各個服務(wù)器連接，提升任務(wù)效率[7]。

當(dāng)前國網(wǎng)自動化調(diào)度系統(tǒng)中均處于不同環(huán)境下自主進(jìn)行工作，很難將SACDA、EMS等系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合。所以如果將電網(wǎng)運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)加以整合處理，將會有效的利用現(xiàn)有的資源。而將多Agent 的MAS系統(tǒng)運(yùn)用到電力調(diào)度自動化領(lǐng)域，并融入大數(shù)據(jù)、計算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)等，將傳統(tǒng)調(diào)度網(wǎng)絡(luò)升級，構(gòu)造智能管理模型，便可有效將現(xiàn)有數(shù)據(jù)利用，對危險進(jìn)行預(yù)警。

2.2 大數(shù)據(jù)平臺。隨著智能電網(wǎng)智能化建設(shè)的不斷推進(jìn)，隨之而來產(chǎn)生了大量的電力數(shù)據(jù)，尤其是在調(diào)控一體化運(yùn)行過程中，所有輸變電設(shè)備監(jiān)控信息集中到調(diào)控中心，這些數(shù)據(jù)信息具有涉及設(shè)備眾多、體量龐大、異常故障情況復(fù)雜等特點，不僅能反應(yīng)輸變電設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)，也能反應(yīng)設(shè)備狀態(tài)的變化趨勢，通過對告警信息整理分析可為調(diào)控人員提供電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險提前預(yù)警。所以電網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺應(yīng)運(yùn)而生，其主要作用就是找出隱藏在電力系統(tǒng)運(yùn)行信息中的關(guān)系，挖掘和整合電網(wǎng)運(yùn)行中獲取的海量數(shù)據(jù)。通過對相關(guān)參數(shù)深度挖掘和對比，及時發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行存在的問題，進(jìn)行更好的資源配置工作。

3 智能調(diào)度系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)

本文提出的在大數(shù)據(jù)集成環(huán)境下基于MAS的智能調(diào)控系統(tǒng)，不僅僅限制為一種穩(wěn)態(tài)分析決策系統(tǒng)，同樣適用于故障分析系統(tǒng)和故障過濾到穩(wěn)態(tài)的暫態(tài)分析決策[7，8]。該系統(tǒng)結(jié)合大數(shù)據(jù)思想基于MAS 技術(shù)，將電網(wǎng)自動化調(diào)度分成數(shù)據(jù)獲取層、決策資源層、人機(jī)交互層、通信服務(wù)層、主體智能層五層，如圖1 所示，下面對各系統(tǒng)層次的功能加以說明。

3.1 數(shù)據(jù)獲取層：整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源應(yīng)包括SCADA 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)、故障信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)和廣域測量系統(tǒng)提供的動態(tài)數(shù)據(jù)及智能電子裝置中的實時數(shù)據(jù)。這樣使系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)來源更加廣泛，數(shù)據(jù)量更多，數(shù)據(jù)種類更加豐富。不斷將電網(wǎng)實際運(yùn)行獲得的數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)倉庫，為第二階段對數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘打下堅實基礎(chǔ)。

3.2 決策資源層：即大數(shù)據(jù)挖掘分析算法平臺。該層次的目的是利用大數(shù)據(jù)分析的相關(guān)方法來尋求歷史數(shù)據(jù)之間的多元相關(guān)性，實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確地對電網(wǎng)故障做出決策，最大程度維護(hù)電網(wǎng)運(yùn)行。整個層次的數(shù)據(jù)處理流程可以概括為數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)預(yù)處理存儲、數(shù)據(jù)建模分析、數(shù)據(jù)挖掘、結(jié)果傳遞，由于該系統(tǒng)需要處理大量的結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，而且對數(shù)據(jù)處理的及時性有很高的要求，所以在各個處理環(huán)節(jié)采用MapReduce 分布式計算框架，數(shù)據(jù)的存儲利用Hbase 分布式數(shù)據(jù)庫和分布式文件存儲系統(tǒng)HDFS（Hadoop Distributed File System）。

3.3 通信服務(wù)層：該層次是各層次通訊的紐帶，其主要作用是負(fù)責(zé)各個層次之間的通信工作，傳遞數(shù)據(jù)信息并分配系統(tǒng)中的資源。

3.4 職能主體層：職能主體層是通過大數(shù)據(jù)平臺挖掘出的關(guān)聯(lián)信息的輔助決策相互協(xié)調(diào)得出最后結(jié)果。其由行使不同功能的各種Agent 組成。

圖1 基于MAS 技術(shù)的電網(wǎng)調(diào)度模型

3.5 人機(jī)交互層：人機(jī)交互層是人和電力系統(tǒng)之間交互的橋梁，管理員通過人機(jī)接口獲取電網(wǎng)運(yùn)行處理過的數(shù)據(jù)，其主要以聲音或圖像方式直觀的呈現(xiàn)在管理員的面前，更加清晰明了。緊急情況時管理員可以進(jìn)行相關(guān)操作操縱相關(guān)開關(guān)和保護(hù)裝置。

4 結(jié)論

本文提出在大數(shù)據(jù)環(huán)境下基于MAS 技術(shù)的智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)，順應(yīng)了當(dāng)今電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的潮流，滿足國家電網(wǎng)推進(jìn)建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的需求。文中提出并設(shè)計了MAS系統(tǒng)運(yùn)用于電力系統(tǒng)調(diào)度的各個模塊和功能，提高了電力系統(tǒng)自動化調(diào)度的整體性和安全性?；贛AS系統(tǒng)的智能調(diào)度系統(tǒng)通過整合和挖掘各類電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，更能準(zhǔn)確的引導(dǎo)管理員決策，這便為電力安全系統(tǒng)運(yùn)行提供了有效保障。