多代理(multi-agent)技术在电力系统控制中的应用.pdf
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1、电气与 自动化 廖恩荣 多代理( M u h i - A g e n t ) 技术在电力系统控制中的应用 多代理 ( Mu l t i - A g e n t ) 技术在 电力系统控制 中的应用 廖恩荣 ( 南京高精传动设备制造集团有限公司, 江苏 南京 2 1 0 0 1 2 ) 摘要 : 多代理 系统理论是设计和 实现复杂软件 系统和控制 系统 的新途径 , 它 因适 用条件 与 电 力 系统的特征 几乎完全吻合而受到众 多学者 的关 注, 但在 电力 系统 中仍 处在理论 和应 用的边 缘 在介 绍 多代理 系统理论基 本特 点的基 础上 , 综 述 了其 在 电力 系统控制 中心 、
2、继 电保 护 系 统、 电压无功控制 以及暂 态稳定 紧急控制等领域应 用的国 内外研 究现状 , 展 望 了最具 实用化潜 力与基础较完备的分 支, 以推动 多代理技 术在 这些领 域的广泛应用。 关键词: 多代理 系统; 电力系统控制中心; 继电保护系统; 电压无功控制; 暂态稳定紧急控制 中图分类号: T M 7 1 5 文献标志码: B 文章编号 : 1 6 7 1 5 2 7 6 ( 2 0 1 3 ) 0 2 - 0 1 5 9 0 5 Ap p l i c a t i o n o f M ul t i - Ag e nt i n Po we r Su pp l y S y s t
3、 e m Co nt r o l L I A0 En r o n g ( N a n j in g H i g h A c c u r a t e D r i v e E q u i p me n t Ma n u f a c t u r i n g Gr o u p C o ,L T D , N a n j i n g 2 1 0 0 1 2 , C h i n a ) Ab s t r a c t : I t is a n e w a p p r o a c h t o u s e t h e t h e o ry o f Mu lt i- A g e n t S y s t e m( M
4、A S)t o d e s ig n a n d i mp l e me n t c o mp le x s o f t wa r e a n d c o n 。 t rol s y s t e m Be c au s e t h e c ha r a c t e r is t i c s an d a p plica b l e d o mai n o f MAS a re almo s t c oi n c id ed wi t h t h e c h ar a c t er i s t ic s o f ele c t r i c p ower s y s t em, ma n y s
5、c h o l a r s, a t t en t i o n is p aid t o t his t h e or y, bu t MAS is s t i l l a t t h e e d ge o f t h e t h e ory a n d ap p l ic a t io n i n t h e p o we r s y s t em On t h e b as is o f b as ic f e a t u r es o f MAS t h e o r y, t his p a p er d e s r ibe s t h e d o me s t i c an d f o
6、 r eign p res en t r e s e ar c h s it u a t i o n o f t h e ap p l ic a t ion s 0 f t his t h e or y i n t h e f i e l d s o f p o wer s y s t em c o n t rol c e n t er ,r e l a y p r o t e c t io n s y s t em,v o l t a g e a n d rea c t iv e p o we r c on t rol an d e 。 mer g en c y c o n t r ol o
7、f t r a ns ien t s t ab i lit y Th e b r an c h e s of t h e mo s t p r a c t ic al p o t en t ial a n d t h e c o mp l e t e f o u n da t i o n a re d i s c u s s e d t o pro mo t e t h e mo r e e x t e n s i v e a p pli c a t i o n o f mu l t i - ag e n t t ec h n olo g y in t he s e f ield Ke y w
8、or ds:Mult i- Ag en t Sy s t e m ; p o we r s y s t e m c on t rol c e n t er ; r ela y p rot e c t i o n s y s t em; rea c t iv e p o we r c on t rol o f v olt ag e; t r an s ien t s t a b U ity e me r g e n c y c o n t rol 0 引言 跨大区联网的逐步实现, 使得电力系统的规模越来越 大, 不同地区的资源通过电网互联得以合理有效的利用, 发电各方通过互联电网相互合作又相互竞
9、争, 传统的发、 输、 配电统一集中管理和运行的机制开始向发、 输 、 配电分 别作为独立实体而参与竞争的电力市场运行机制转化, 未 来的电力系统是一个基于信息互换而协调 的分散决策 系统。 电力系统中的数据、 控制甚至运行维护人员的行为都 呈分布状态, 对其进行完全集中式的求解可能遇到信息不 全、 通信瓶颈或计算速度等问题。此外, 不同厂商在不同 时期生 产的基 于不同技术 的软硬件在 电力系统 中同时发 挥作用 , 使 得新技 术 的运用 必须 充 分考 虑原 有 系统 的 问 题 。解决复杂 电力系统 面I 临的上述 问题 需不 断运用 新理 论 、 新技术 , 多 A g e n t
10、系统 ( m u l t i a g e n t s y s t e m, MA S ) 理论 就是其中之一。MA S 理论是设计和实现复杂软件系统和 控制系统的新途径, 因其适用条件与电力系统的特征几乎 完全吻合, 因而受到众多学者的关注。本文将从电力系统 控制中心、 继电保护系统 、 无功电压控制、 暂态紧急控制等 方面论述 MA S理论和技术在电力系统控制中的应用研究 现状 , 并 展望近期有望实用化 的 A g e n t 应用 系统和研究 的 新动 向。 1 多代理技术简介 尽管 目前还没有关于 A g e nt的统一定义, 但并不能阻 挡该应用技术的发展。基于 A g e n t
11、的应用系统已经在制 造业 、 过程控制、 电信系统、 交通运输管理、 信息收集与过 滤、 电子商务和商业过程管理、 娱乐及远程医疗等许多方 面发挥了重要作用。在这些应用系统中, A g e nt系统是指 能够主动感知所处环境的变化并能作用于环境的软硬件 集合。一般来说 , A g e n t 具备 自治性、 社会性、 反应性和自 发性 , 对于个别应用 系统来 说 , 也可 能 主要利 用 A g e n t 的 移动性等特征。多 A g e n t 应用 系统往往用于解决单个 A g e n t 无法处理 的 问题 , 因此 它 不但 涉及 设计 单个 A g e n t 时遇到的体系结构、
12、 开发手段等问题, 更重要的是处理好 A g e n t 间的组织策略、 消息传递、 冲突化解、 协调协作与协 商等。总的来说, 多 A g e n t 系统具备如下 4个特点 J : 1 ) 具备解决问题的充分信息或足够能力 ; 2 )整个系统中不 存在全局的控制机构 ; 3 )数据是分布的; 4 )计算过程不 作者简介 : 廖恩荣 ( 1 9 6 0 一) , 男 , 江西高安人 , 高级工程师 , 硕士 , 研究方 向为机电一体化。 M a c h i n e Bu i ld in g Au t o ma t i o n ,j u 2 0 1 3 , 4 1 ( 2 ) : 1 5 9
13、1 6 3 1 5 9 电气与自动化 廖恩荣 多代理( Mu l t i - A g e n t ) 技术在电力系统控制中的应用 一定 同步进行 。开发基 于多 A g e n t 的应 用系 统的一 般步 骤如图 1 所示 。其 中, 问题 分析 过程 主要完成应用领域 特 点的分析 、 系统最终 目标 和功能边 界 的界定 、 系统 最终 目 标的分解以及子目标间的关系定义等。在确定系统中不 同层次的目标后 , 能够独立实现其中某一目标的实体即为 A g e n t 。A g e n t 的建模过程就是分析这些实体的内部状态 及其行为的关系。最后 , 分别以协调各 A g e n t 为原
14、则设计 MA S的组织体系结构 , 以保证各 A g e n t 的 自治性为前提设 计 A g e n t 的内部结构 。 问题分析 A g e n 模L _ M A 啉 系 结构 图 1 多 A g e n t 应用系统开发步骤 多代理系统是由多个代理组成的系统 , 它是为了 解决单个代理不能够解决的复杂问题, 由多个代理协调合 作形成问题的求解网络。在这个网络中, 每个代理能够预 测其他代理的作用 , 其 目标服务总影响其他代理的动作 。 在多代理系统中要研究一个代理对另一个代理的建模方 法, 为了能影响另一个代理, 需要建立代理间的通信方法。 也就是说多个代理组成的一个松散耦合又协作共
15、事的系 统, 就是一个多代理系统。为了使代理之间能够合理高效 地进行协作, 代理之间的通信和协调机制成为多代理系统 的重点问题。同时值得强调的是, 前面讨论的代理的特性 大多也是多代理系统所具有的特点: 如交互性、 社会性、 协 作性、 适应性和分布性等。此外, 多代理系统还具有如下 特点: 数据分布性或分散性, 计算过程异步、 并发或并行, 每个代理都具有不完全的信息和问题求解能力, 不存在全 局控制。 多代理 由于其应用 的广 泛性现在 已经发展成 为一 门 重要的学科。虽然其设计还没有完全标准化, 但是已经有 了很多规范。伴 随着多代理 系统 的研究和应用 , 出现 了多 种不 同的平
16、台结构 。有 的研 究机构 和公 司甚 至专 门进 行 多代理系统平台设计, 并推出了专用软件。其中应用较多 的有 A g e n t B u i l d e r , A g e n t X等等。它们大多都是用 J a v a 编写。由于在多代理系统开发中, 可以自己创建平 台, 但 是一般来说除了处于专门研究的目的, 最好用成熟的平台 以确保系统的可靠性和较好的技术和功能支持 , 减少开发 时间, 节省投资和便于系统扩展。当然, 目前很少从零开 始开发多 A g e n t 应用系统 , 而是采用提供了多 A g e n t 开发 工具 和运 行 环 境 的某 种 多 A g e n t 开
17、 发平 台, 如 J A T L i t e , Z E U S和 J A D E等。因此 , 对 A g e n t 体系结构 的设计往往与 平台的支持密切相关。 2 MA S在电力系统控制中的应用 2 1 多代理技术在 电力系统控制 中心的 应用 随着多代理技术的不断发展, 其应用范围逐渐扩大 , 应用规模也不断增长。多代理技术在电力系统控制 中心 的应用由 A z e v e d o等人 在 2 0 0 0年发表的文章中论述。 A z e v e d o 等人认为, 随着当前电力系统的发展尤其是电力 市场的建立, 电力系统的控制逐步由集中式转 向分布式, 而不断增长的电力系统规模和不断进
18、步的计算机技术对 控制中心的要求也越来越高。在这样一种趋势下, 势必要 以分布式系统来代替原有的以 E MS为 中心的集中式系 统。作者在文中认为未来控制 中心需要解决的问题主要 有 以下几个方面 : 1 )由于对 目标 、 方法 和需求 的不断评 估及新 需求 的 出现 , 要求控制 系统具有 动态适应 的特征 , 从而要求 其软 件的设计具有较 高程 度 的模块 化 以及 易于跟随情况 的变 化而进化 ; 2 )系统各组成部分 的灵活性和能动性要求控制 中心 可以承受运算负荷的较大变化 ; 3 )由于经济性的要求, 未来电力系统需要在接近临 界状态运行, 从而要求控制中心要尽可能地提高操作
19、和控 制 的精度 ; 4 )计算机技术和软件技术的飞速发展, 要求控制中 心的软件系统有高度模块化的特征, 易于适应技术的发 展, 延长控制中心( 软件) 的寿命 ; 5 )分布化的趋势, 作者认为当前地理位置集中的控 制中心必将逐渐由不同公司和合作者组成的小规模 的分 布式的控制实体取代, 使得控制计算软件也必须符合这一 分布性趋势的要求。 针对以上考虑 , A z e v e d o等人提 出由面向任务 的软件 多代理系统取代原有的集中式的 E MS的建议 , 由不同的 软件代理系统地控制需要执行的不同任务和功能, 并通过 人机界面代理与用户进行 良好的交互。 在 国内相似的研究也在进行
20、, 电科 院王 明俊老师在分 析电网调度 自动化向信息化方向发展的基础上, 就采用 C B R( 实例推理) 和Mu l t i A g e n t ( 多智能主体) 技术辅助调 度 员解决 电网安全 控制 问题 , 提 出 了基 于 Mu l t i A g e n t 的 电网安全控制系统 。其 采用 C B R A g e n t 所组 成的 电网 安全控制系统如 图 2所示 , 该系统在功能上增加 了紧急控 图 2 C B R A g e n t电网安全控制系统示意图 制和恢复控制以适应环境变化的分布式问题求解功能。 鉴于电网的预防性控制、 紧急控制和恢复控制相对独立, 因此系统采用了
21、面向任务模型。根据任务特点, 预防性控 制 A g e n t 暂时先采用简单 的反应式结构, 重点解决紧急 1 6 0h t t p : ffZ Z H D c h i n a j o u r n a 1 n e t c n E m a i l : Z Z H D c h a i n a j o u IT I a 1 n e t c n 机械制造与自 动化 电气与自动化 廖恩荣 多代理( M u l t i A g e n t ) 技术在电力系统控制中的应用 恢复控制 A g e n t 用以适应环境变化和应用A g e n t 之间的协 调问题 , 包括封装关键的继电自动装置参与分布式问题
22、求 解。根据所选用的系统模型, 主要有界面、 应用和协调三 类 A g e n t 。界面A g e n t 处理调度员所面临的预防性控制、 紧急控制和恢复控制任务, 而不是面对一个个特定的应用 程序 。应 用 A g e n t ( 可 由对现 有应 用进 行封 装而 成 ) 控 制 和执行各种应用, 抽取有关结果并送至所请求 的 A g e n t 。 协调 A g e n t 协调各 A g e n t 间并发请求的执行, 完成所请求 的服务。此外, 还有其他一些 A g e n t , 如数据 A g e n t 、 外部通 信 A g e n t 等, 组成完整的 A g e n t
23、 系统。 2 2 多 Ag e n t系统在继 电保 护系统 中的 应 用 目前微机保护装置已取代传统的模拟式保护装置而 广泛应用 于电力系统 , 它具有 计算 、 分析 、 逻辑 判断 、 存储 记忆等功能, 在可靠性、 方便性上远远超过传统保护, 而成 为目前继电保护装置的主要型式。但微机保护在原理和 性能上与传统的模拟式保护相比并没有太大的进步, 模拟 式保护中存在的问题在微机保护 中依然存在 , 如保护 性能不能根据电网实际情况调整到最佳, 保护定值不能实 现在线整定等 。 多 A g e n t 系统属于分布式人工智能的研究领域, 它是 一种由底向上的设计方法, 因为分散 自主的 A
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- 代理 multi agent 技术 电力系统 控制 中的 应用
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