多智能體系統(tǒng)分布式協(xié)調(diào)控制在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

宋天華

（寧夏大學(xué)新華學(xué)院信息與計(jì)算機(jī)科學(xué)系，寧夏銀川750021）

0 引言

控制理論可以追溯到20世紀(jì)初萊特兄弟發(fā)明飛機(jī)時(shí)，從此控制理論逐漸發(fā)展起來(lái)并受到越來(lái)越多的關(guān)注[1]。隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制理論也得到了快速發(fā)展，同時(shí)也發(fā)展出很多控制方法，比如魯棒控制、自適應(yīng)控制、非線性控制和智能控制等[2]。多智能體系統(tǒng)因?yàn)槠浔旧淼膬?yōu)越性得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本文簡(jiǎn)述多智能體系統(tǒng)分布式協(xié)調(diào)控制問(wèn)題，以及其在電力系統(tǒng)中的簡(jiǎn)單應(yīng)用。

1 多智能體系統(tǒng)

人們對(duì)多智能體的關(guān)注源于科學(xué)家對(duì)自然界動(dòng)物行為的研究，動(dòng)物的聚集、蜂擁等問(wèn)題啟發(fā)了人們。多智能體系統(tǒng)可以通過(guò)控制相對(duì)簡(jiǎn)單的單個(gè)智能體來(lái)完成復(fù)雜的任務(wù)，并且這些任務(wù)是單個(gè)智能體無(wú)法完成的[3]。多智能體系統(tǒng)在電力系統(tǒng)、軍事、游戲、交通以及機(jī)器人等方面有著廣泛的應(yīng)用。在軍事領(lǐng)域，多智能體系統(tǒng)可以編隊(duì)完成士兵無(wú)法完成的危險(xiǎn)任務(wù)；在游戲領(lǐng)域，多智能體系統(tǒng)可應(yīng)用于足球賽、舞蹈賽等；工業(yè)制造中利用機(jī)器人搬運(yùn)大型貨物等。

2 分布式協(xié)調(diào)控制

隨著控制理論的發(fā)展，兩種控制方法也逐漸發(fā)展起來(lái)。一種是集中控制，集中控制是在系統(tǒng)中建立一個(gè)控制中心，由統(tǒng)一的控制協(xié)議控制整個(gè)系統(tǒng)。但是這種控制屬于比較簡(jiǎn)單的控制，比較適合傳統(tǒng)的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)。另一種是分布式控制，這種控制方法就是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行集中管理、分散控制，分布式控制需要一個(gè)分布式控制協(xié)議來(lái)控制系統(tǒng)。和集中控制相比，分布式控制可以解決因能源、帶寬以及單個(gè)智能體尺寸等缺陷帶來(lái)的問(wèn)題，因此分布式控制在多智能體系統(tǒng)中得到越來(lái)越多的關(guān)注。

多智能體系統(tǒng)分布式協(xié)調(diào)控制主要包括一致性問(wèn)題、編隊(duì)問(wèn)題、群集和蜂擁等[1]。其中，一致性問(wèn)題是多智能體系統(tǒng)分布式協(xié)調(diào)控制的基礎(chǔ)，也是研究其他問(wèn)題的理論基礎(chǔ)[4]。多智能體系統(tǒng)一致性問(wèn)題指的是隨著時(shí)間的變化，系統(tǒng)中的單個(gè)智能體在一致性協(xié)議的控制下最終狀態(tài)趨于一致[3]。多智能體系統(tǒng)分布式協(xié)調(diào)控制中的編隊(duì)問(wèn)題不同于一致性控制最終達(dá)到一致的狀態(tài)，編隊(duì)問(wèn)題的控制結(jié)果更加多元化，因此編隊(duì)的應(yīng)用也更加廣泛，比如應(yīng)用在無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行、衛(wèi)星編隊(duì)和監(jiān)視偵察等領(lǐng)域。2015年9月3日，在北京天安門廣場(chǎng)舉行的抗日戰(zhàn)爭(zhēng)勝利70周年閱兵儀式中，空中梯隊(duì)編隊(duì)飛行就是采用了基于領(lǐng)航法的編隊(duì)控制。一般用圖論里面的無(wú)向圖和有向圖給多智能體系統(tǒng)建立模型，每一個(gè)智能體用無(wú)向圖或者有向圖的頂點(diǎn)來(lái)表示，智能體之間的信息交流關(guān)系用圖的邊來(lái)表示，如圖1所示。編隊(duì)隊(duì)形可以通過(guò)無(wú)向圖或者有向圖中的一個(gè)來(lái)描述，如圖2所示。當(dāng)兩個(gè)智能體之間的信息交流是單向時(shí)，可以建立有向圖的模型；當(dāng)兩個(gè)智能體之間的信息交流是相互的，則建立無(wú)向圖的模型如圖3所示。

圖1 圖論

圖2 有向圖

圖3 無(wú)向圖

多智能體系統(tǒng)編隊(duì)過(guò)程中有一個(gè)很重要的問(wèn)題就是避障，這其中包括智能體之間要相互交流以防碰撞以及多智能體系統(tǒng)也要躲避所在場(chǎng)所的障礙物，場(chǎng)所中的障礙物又分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)，如圖4和圖5所示。研究多智能體系統(tǒng)的避障問(wèn)題可以提高任務(wù)完成效率，大大節(jié)約成本[5]。

圖4 靜態(tài)避障

圖5 動(dòng)態(tài)避障

群集指的是大量個(gè)體的集合，個(gè)體和個(gè)體之間通過(guò)信息交流最終達(dá)到一致的狀態(tài)。蜂擁問(wèn)題是一種特殊的群集問(wèn)題，蜂擁問(wèn)題的最終狀態(tài)是多智能體系統(tǒng)的個(gè)體之間距離穩(wěn)定和速度相等，速度相等包括大小和方向都相等。分布式協(xié)同控制應(yīng)用于多智能體系統(tǒng)中可以更好地展現(xiàn)多智能體系統(tǒng)的協(xié)同表現(xiàn)能力，同時(shí)也具有更好的靈活性、適應(yīng)性和魯棒性，因此多智能體系統(tǒng)的分布式協(xié)調(diào)控制得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

3 多智能體系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制在電力系統(tǒng)中的簡(jiǎn)單應(yīng)用

隨著多智能體系統(tǒng)的發(fā)展，多智能體系統(tǒng)分布式協(xié)同控制在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。趙波等在2004年提出了一種在電力市場(chǎng)中的基于多智能體系統(tǒng)分布式協(xié)調(diào)控制的仿真系統(tǒng)[6]；在中國(guó)人工智能學(xué)術(shù)年會(huì)第11屆全國(guó)學(xué)術(shù)年會(huì)上，朱永利等人提出了多智能體系統(tǒng)在電網(wǎng)故障在線診斷中的應(yīng)用[7]，文獻(xiàn)[8]、文獻(xiàn)[9]提出了基于多智能體系統(tǒng)分布式協(xié)調(diào)控制的電力系統(tǒng)分布式經(jīng)濟(jì)調(diào)度策略和微網(wǎng)功率的經(jīng)濟(jì)分配方法。近幾年新能源成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)，為解決現(xiàn)有能源問(wèn)題，確保社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，可再生能源的利用越來(lái)越廣泛，文獻(xiàn)[10]結(jié)合微電網(wǎng)，在多智能體系統(tǒng)分布式協(xié)調(diào)控制的基礎(chǔ)上，提出了一致性算法來(lái)解決微電網(wǎng)中的經(jīng)濟(jì)分配問(wèn)題，并提出了基于隨時(shí)延時(shí)的一致性算法來(lái)解決微電網(wǎng)中通信存在隨機(jī)延時(shí)的問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著電力系統(tǒng)的改革和發(fā)展，傳統(tǒng)的集中控制方式已經(jīng)不能滿足電力系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用需要。多智能體系統(tǒng)分布式協(xié)同控制鑒于其分布式控制的特點(diǎn)在電力系統(tǒng)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，尤其隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，多智能體系統(tǒng)和電力系統(tǒng)的結(jié)合一定會(huì)得到越來(lái)越多的關(guān)注。