基于多智能體理論的電網(wǎng)調(diào)度操作票自動(dòng)生成系統(tǒng)研究

花潔 李偉 陳剛

摘 要：倒閘操作是電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中所進(jìn)行的正常操作，可靠、安全是其操作過程中所必須保障的事項(xiàng)，其中，正確的操作票是防止和避免誤操作的關(guān)鍵措施。隨著電網(wǎng)規(guī)模的日漸發(fā)展和擴(kuò)大，傳統(tǒng)的手工操作票已經(jīng)不符合如今電力系統(tǒng)運(yùn)行的需要，經(jīng)過專家們的不斷努力，操作票自動(dòng)生成系統(tǒng)不斷升級(jí)，其智能性也在逐漸提高，對(duì)于減輕調(diào)度人員的工作壓力，促進(jìn)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行起到關(guān)鍵性作用。但是，目前操作票系統(tǒng)仍舊存在很多不足，為此，本文基于多智能體理論設(shè)計(jì)并構(gòu)建了功能結(jié)構(gòu)清晰的電網(wǎng)調(diào)度操作票自動(dòng)生成系統(tǒng)，建立了多智能體操作票系統(tǒng)模型，對(duì)于提高電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性有重要意義。

關(guān)鍵詞：多智能體理論;電網(wǎng)調(diào)度操作票;自動(dòng)生成系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM 732 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2021）07-0113-03

Research on Automatic Generation System of Power Grid Dispatching Operation Order Based on Multi-agent Theory

Hua Jie， Li Wei， Chen Gang

（Foshan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co.， Ltd.， Foshan 528000， China）

Abstract：Switching operation is the normal operation performed during the operation of the power system. Reliability and safety are the items that must be guaranteed during the operation. Among them， the correct operation ticket is the key measure to prevent and avoid misoperation. With the gradual development and expansion of the power grid， the traditional manual operation ticket no longer meets the needs of todays power system operation. After the continuous efforts of experts， the automatic operation ticket generation system is continuously upgraded， and its intelligence is gradually improved. The work pressure of dispatchers plays a key role in promoting the safe operation of the power system. However， the current operation ticket system still has many shortcomings. For this reason， based on the theory of multi-agents， this paper designs and builds an automatic generation system for grid dispatching operation tickets with a clear functional structure， and the establishment of a multi-agent operation ticket system model is of great significance for improving the safety of the power system.

Key words：multi-agent theory; power grid dispatching operation ticket; automatic generation system

0 引言

設(shè)備倒閘操作是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中的重要工作，倒閘操作必須要做到可靠、安全，在保障倒閘操作安全性過程中，正確無誤的操作票起關(guān)鍵性作用。在調(diào)度員編寫操作票過程中，不僅要具備電力系統(tǒng)相關(guān)專業(yè)知識(shí)的較高儲(chǔ)備量，還需要其具備豐富的編寫經(jīng)驗(yàn)，能夠結(jié)合電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行方式和情況來進(jìn)行操作票的編寫。操作票的編寫過程繁雜，任務(wù)量大，對(duì)于調(diào)度員的編寫要求也較高，除了字體清楚之外，還要保證無錯(cuò)字、不漏字。傳統(tǒng)的操作票開票方式采用手工方式，調(diào)度員在開票過程中容易受到很多因素的干擾，從而造成編寫錯(cuò)誤發(fā)生事故，不僅影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，還會(huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。隨著電網(wǎng)規(guī)模的日漸發(fā)展和擴(kuò)大，傳統(tǒng)的手工操作票已經(jīng)不符合如今電力系統(tǒng)運(yùn)行的需要，人們開始關(guān)注自動(dòng)生成操作票的系統(tǒng)研究，目前已有大量的研究和理論試圖解決操作票的自動(dòng)生成問題[1-4]。

近年來，很多國內(nèi)外專家相繼努力，在操作票自動(dòng)生成方面有重大研究進(jìn)展，且仍舊有許多專家致力于提高操作票自動(dòng)生成系統(tǒng)的智能性，從而減輕調(diào)度員的工作任務(wù)和壓力，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。目前，操作票系統(tǒng)仍舊存在通用性、獨(dú)立性和靈活性較差等問題，無法滿足電力系統(tǒng)日新月異的發(fā)展需求。針對(duì)目前操作票系統(tǒng)存在的問題，提出了基于多智能體理論的電網(wǎng)調(diào)度操作票自動(dòng)生成系統(tǒng)，在操作票的自動(dòng)生成機(jī)制中引入多智能體理論，基于多智能體理論建立相關(guān)模型和通信機(jī)制，智能體根據(jù)用戶需求，進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃，通過共享信息、協(xié)同合作，完成正確操作票的自動(dòng)生成。

1 多智能體理論

目前，關(guān)于智能體（Agent）尚未有統(tǒng)一和明確的定義，本文中對(duì)其采用比較權(quán)威的定義，在于其他智能體共同存在協(xié)同處理的環(huán)境中能夠自主、持續(xù)活動(dòng)的實(shí)體。智能體具有自治性、可通信性、環(huán)境響應(yīng)性、自發(fā)性等特點(diǎn)。多智能體系統(tǒng)（MAS）由多個(gè)智能體組成，系統(tǒng)中每一功能模塊均由多個(gè)子智能體和一個(gè)智能體協(xié)調(diào)者組成。多智能體系統(tǒng)包括分布式專家系統(tǒng)、分布式知識(shí)源、和分布式問題求解系統(tǒng)。相比單一的智能體，多智能體系統(tǒng)對(duì)于各個(gè)子智能體間的協(xié)調(diào)、規(guī)劃和綜合行為更加注重[5-7]。在多智能體系統(tǒng)中，當(dāng)某個(gè)子智能體被分配到任務(wù)時(shí)，智能體協(xié)調(diào)者便會(huì)發(fā)揮協(xié)調(diào)作用，發(fā)揮模塊的整體功能，多智能體體系的結(jié)構(gòu)共有3種，集中式、分布式和混合式，具體的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。與普通的智能系統(tǒng)相比，多智能體系統(tǒng)在協(xié)作、協(xié)調(diào)與交互方面有明顯的優(yōu)勢，各子智能體在目標(biāo)和行為方面相互獨(dú)立。通過多智能體系統(tǒng)中的智能體協(xié)調(diào)者可以促進(jìn)各子智能體之間的協(xié)同作用，加強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的整體協(xié)調(diào)能力，從而在處理復(fù)雜事件時(shí)能夠更有效。

其中A集中式結(jié)構(gòu);B分布式結(jié)構(gòu);C混合式結(jié)構(gòu)。

基于多智能體理論的電網(wǎng)調(diào)度操作票系統(tǒng)能夠結(jié)合實(shí)際需求，將標(biāo)識(shí)號(hào)、 感知器、協(xié)調(diào)機(jī)制等原子智能體引入其中，將操作票系統(tǒng)劃分為多個(gè)智能體部分，通過設(shè)定統(tǒng)一的協(xié)議使這些智能體能夠相互通信。

2 多智能體操作票自動(dòng)生成系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)的總體框架結(jié)構(gòu)

多智能體系統(tǒng)在具備智能體優(yōu)勢的同時(shí)，還能夠協(xié)調(diào)各個(gè)子智能體之間的協(xié)調(diào)工作，更有效的完成任務(wù)和解決問題，將多智能體系統(tǒng)運(yùn)用到電力系統(tǒng)中，可以解決電網(wǎng)調(diào)度操作票與系統(tǒng)之間的通信問題，發(fā)揮其協(xié)調(diào)優(yōu)勢。圖2給出了多智能體操作票自動(dòng)生成系統(tǒng)的框架設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)劃分為6個(gè)模塊，分別為圖形管理模塊、操作票生成模塊、操作票管理模塊、系統(tǒng)管理模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊、數(shù)據(jù)接口模塊。操作票自動(dòng)生成系統(tǒng)實(shí)質(zhì)是一套計(jì)算機(jī)程序，集電網(wǎng)實(shí)時(shí)狀態(tài)、圖形模式、專家系統(tǒng)推理模式于一體，能夠有效減輕調(diào)度員的工作壓力，提高工作效率。

2.2 系統(tǒng)各功能模塊

圖形管理模塊，利用圖形管理模塊可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)一次接線圖的繪制，并能實(shí)時(shí)獲取圖元信息從而實(shí)現(xiàn)一次接線圖的更新。另外，通過該模塊還能夠編輯和修改相應(yīng)的圖元參數(shù)，有效避免實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的信號(hào)缺失。操作票生成模塊的主要功能是根據(jù)操作命令自動(dòng)生成操作票。操作票管理模塊的主要功能是，將操作票和操作設(shè)備信息存入票庫中，存入過程中操作票將分兩類存儲(chǔ)，典型票和歷史票。系統(tǒng)管理模塊的主要功能是，根據(jù)不同的權(quán)限對(duì)操作票系統(tǒng)進(jìn)行管理，另外該模塊中還設(shè)置了能夠?qū)Σ煌脩舻牟煌僮鬟M(jìn)行記錄的日志管理模塊。數(shù)據(jù)庫管理模塊的主要功能是，保存知識(shí)、規(guī)則，管理知識(shí)庫、電網(wǎng)拓?fù)湫畔⒌?。?shù)據(jù)接口模塊的主要功能是，接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，獲取圖元信息，用于一次接線圖的刷新，還能夠?qū)崿F(xiàn)操作票的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布功能。數(shù)據(jù)接口模塊主要功能是實(shí)現(xiàn)和SCADA 系統(tǒng)、多智能體系統(tǒng)的有效對(duì)接，實(shí)現(xiàn)調(diào)度管理一體化。

3 多智能體操作票系統(tǒng)模型

3.1 模型結(jié)構(gòu)

本文第二節(jié)中介紹了電網(wǎng)操作票自動(dòng)生成系統(tǒng)的框架以及功能模塊，這些功能模塊的基本功能通過一些基本的智能體實(shí)現(xiàn)。操作票系統(tǒng)、多智能體系統(tǒng)以及SCADA系統(tǒng)之間的關(guān)系如圖3所示。

操作票系統(tǒng)中的各個(gè)功能模塊之間存在多種聯(lián)系，例如信息交互、任務(wù)協(xié)調(diào)等，這些聯(lián)系通過多智能體系統(tǒng)的協(xié)調(diào)機(jī)制完成。多智能體操作票系統(tǒng)模型的建立，有效地實(shí)現(xiàn)了操作票系統(tǒng)中各個(gè)功能模塊之間的聯(lián)系，通過建立相應(yīng)的通信機(jī)制，實(shí)現(xiàn)功能模塊之間的信息傳遞、交互等功能。具體的多智能體操作票系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)如圖4所示。

3.2 模型的結(jié)構(gòu)屬性分析

在進(jìn)行多智能體操作票系統(tǒng)模型構(gòu)建時(shí)，必須從整體上實(shí)現(xiàn)任務(wù)規(guī)劃，多智能體系統(tǒng)需采用協(xié)作控制策略，子智能體的結(jié)構(gòu)必須能夠滿足信息和任務(wù)的傳遞和反饋功能。

（1）子智能體的結(jié)構(gòu)屬性分析。定義第第j個(gè)子智能體的結(jié)構(gòu)屬性為Pj= {Aj， Wj， Ej} ，其中Aj為第j個(gè)子智能體;Wj為第j個(gè)子智能體的任務(wù);Ej 為第j個(gè)子智能體完成任務(wù)的情況。

（2）多智能體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)屬性。定義多智能體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)屬性為M = {P1， P2 ， …， Pj ， S}，其中， P1， P2 ， …， Pj分別為各子智能體的結(jié)構(gòu)屬性。

3.3 任務(wù)規(guī)劃

各個(gè)子智能體都有各自的控制線程，整個(gè)多智能體系統(tǒng)控制方式為分布式協(xié)調(diào)控制，每一項(xiàng)操作任務(wù)也是通過各子智能體之間協(xié)作完成，具體的多智能體操作票系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

完成子智能體和多智能體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)屬性的定義后，在接收到復(fù)雜任務(wù)時(shí)，仍舊需要對(duì)任務(wù)進(jìn)行規(guī)劃，從而實(shí)現(xiàn)子智能體間的協(xié)調(diào)合作。在接收到操作任務(wù)后，多智能體系統(tǒng)首先分析其基本結(jié)構(gòu)，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及子智能體的結(jié)構(gòu)屬性，將操作任務(wù)分解并分配給合適的子智能體，子智能體自主的對(duì)上層任務(wù)進(jìn)行分析，并根據(jù)上層任務(wù)進(jìn)行相關(guān)措施的執(zhí)行，并對(duì)上層單元進(jìn)行匯報(bào)。多智能體系統(tǒng)根據(jù)下屬字子智能體反饋的匯報(bào)結(jié)果進(jìn)行判斷，確定是否需要其他子智能體來執(zhí)行任務(wù)，而實(shí)現(xiàn)多個(gè)子智能體之間的動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)。

3.4 協(xié)同控制

多智能體系統(tǒng)中各子智能體之間的協(xié)同作用是多智能體操作票系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題。多智能體系統(tǒng)不只是由多個(gè)子智能體經(jīng)過簡單的組合而成的整體，必須要經(jīng)過多個(gè)子智能體的有機(jī)融合，且各子智能體之間必須能夠協(xié)同合作完成多智能體操作任務(wù)。因此，要實(shí)現(xiàn)多個(gè)子智能體的系統(tǒng)合作，多智能體系統(tǒng)除了具有較強(qiáng)的靈活性之外，必須采用一定的控制策略來完成。根據(jù)多智能體操作票系統(tǒng)的任務(wù)規(guī)劃方式，其控制策略采用橫向協(xié)作控制、縱向協(xié)作控制和混合控制策略三種。上述圖5中給出了多智能體系統(tǒng)和各子智能體之間，以及子智能體和子智能體之間的協(xié)作控制關(guān)系。多智能體系統(tǒng)將任務(wù)分解并分配給子智能體，子智能體接收任務(wù)并完成與多智能體系統(tǒng)之間的信息交互，另外，各子智能體間也可以進(jìn)行信息的交換和共享，達(dá)到協(xié)調(diào)合作的目的。

4 結(jié)語

操作票的編寫工作是電力系統(tǒng)調(diào)度工作人員的日常工作，是保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行的關(guān)鍵。電網(wǎng)的擴(kuò)大以及迅速發(fā)展，對(duì)于操作票調(diào)度工作人員的要求越來越高，目前的操作票編寫系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足電力系統(tǒng)的運(yùn)行需求，對(duì)于高智能性、靈活性強(qiáng)、編寫無錯(cuò)誤的操作票自動(dòng)生成系統(tǒng)的研發(fā)需求也越來越迫切。多智能體系統(tǒng)作為一種全新的分布式計(jì)算技術(shù)，是人工智能領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，也是目前能夠解決操作票正確性問題的關(guān)鍵技術(shù)。本文實(shí)現(xiàn)了基于多智能體理論的電網(wǎng)調(diào)度操作票自動(dòng)生成系統(tǒng)，對(duì)于電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行及其規(guī)模的擴(kuò)大化發(fā)展具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

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