基于多代理的智能配電網信息系統

梅華，朱茳，崔磊

(1.華北電力大學，北京市，102206;2.銀川供電局，銀川市，750011;3.華能國際電力股份有限公司，北京市，100031)

0 引言

隨著智能電網的迅速發展，電力系統發電、輸電、變電、配電、用電、調度各環節的經濟性、安全性、可靠性、信息交互性等問題面臨著新的挑戰。其中智能配電網是發展的重點之一，主要解決傳統電源和新型電源，尤其是分布式電源在配網中的運行問題，以及對電力用戶需求進行智能響應的問題。相對于傳統配電網，在智能電網環境下發展的配電網應具有高度信息化、自動化、智能化等特點，以提高工作效率，是保證供電質量、提高電網運行效率、創新用戶服務的關鍵。

對于建設信息化、自動化、智能化的電力系統，許多學者都進行了大量的實踐和研究工作。最初應用在電力行業的智能思想是將行業中應用系統的基礎數據進行分析與抽離，使數據接口統一、集中存儲、方便查詢，并逐步形成面向管理層的分析、預測、綜合查詢及輔助決策系統［1-2］。隨著信息化水平的不斷提高，智能配電網不能僅僅起到信息集成的作用，還應將分布式發電、微網技術引入到智能配電網中，使分布式電源的能效得到提高，通過微網技術實現分布式電源的接入，保證了整個電力系統的安全、可靠、經濟［3］。但是分布式發電、微網技術與智能配電網的建設和發展速度存在一定差距，智能配電網發展較好的國家或地區，也僅完成了智能表計的鋪設。近幾年歐美發達國家的智能電網發展比較迅速，在配電網的發展上也獲得了一些突破。目前，智能配電網的研究重點放在了分布式電源、微網技術與智能配電網的整合上［4］，如對含分布式電源的電力系統故障恢復的研究［5］、智能電網繼電保護在線整定系統的研究等［6］。在對智能配電網技術進行研究的同時，對整體智能配電網信息系統架構和信息技術的研究也進入了新的階段，如將通信技術不斷更新，建立堅強的信息平臺，使其成為智能配電網建設的基礎［7-8］;將多代理技術進入到配電網建設中［9-11］等。

本文的研究重點在于通過對配電網信息流分析，依托信息支持技術，研究基于多代理系統的智能配電網信息系統架構，使智能配電網實現其保證供電質量及穩定性、提高電網運行效率及故障處理速度、創新用戶服務和智能響應用戶負荷需求的目標。

1 智能配電網信息流及技術支持

1.1 智能配電網信息流

在智能配電網建設的過程中，配電環節并不是獨立的，應該考慮各個環節的信息交互，建立配電、發電、輸電、用電等環節的雙向互動信息流及統一的接口規范。配電企業內部系統間的信息流［12］如圖1所示。每個系統的數據庫分別有不同的接口標準和信息模型，但在信息承載量不斷加大時，信息重疊和數據孤島的形成將不可避免，從而不能形成統一的智能配電網數據平臺，這將會阻礙系統間數據交換和信息共享。由圖1可知配電企業內部的基本信息流向，若要實現系統間信息的點對點交互，就必須有統一的接口標準和信息系統架構，這就需要根據信息流來構建統一的多代理信息系統模型。

圖1 配電企業內部系統信息流Fig.1 Information flow among subsystems in distribution system

1.2 構建智能配電網系統技術支持

要建立智能配電網系統，僅有清晰的信息流還不夠，還需要有與系統相匹配的網絡信息技術作為支持，本文將發展較為成熟、具有可拓展性的 Web Services技術引入到多代理智能配電網的建設中。Web Services技術架構一般分為主要部分和輔助部分。主要部分一般包含4層結構，即網絡層、消息層、服務描述層和服務發現層;輔助部分一般包含安全層、管理層、服務質量層。每1層都有相對應的協議作為信息傳輸或交互的支持，并且隨著技術的發展及業務的需求，可以對各層次進行拓展，各技術間架構依托見表1。

表1 Web Services技術架構支持Tab.1 Web Services technology support system

表1中由下至上，層次結構由基礎到高級，高級層次將更多地對業務流程、個性化應用進行構建，并與相應的輔助層次配合，完成信息的相互溝通。

基于Web Services技術架構，將配電業務流程進行分類整合，按照IEC 61968、IEC 61970等標準規定的模型提供兼容接口服務，實現配電系統內各子系統的信息溝通，配電網兼容信息接口架構如圖2所示。

圖2 配電網兼容信息接口架構Fig.2 Compliant interface architecture of distribution network

1.3 多代理層次結構

多代理系統(multi-agent system，MAS)是由多個物理分散、行為自治的代理形成的松散耦合系統，各個分散的代理在遵守共同約定或協議的條件下，通過交互與合作來解決超出單個代理能力的問題，進而實現全局目標，MAS是構建大型復雜分布式信息處理系統的重要技術框架。

對多代理結構的劃分大致分為3層［14］:交互層、應用層和資源層，如圖3所示。其中交互層由接口代理組成，主要完成系統與外界的交互工作，獲取系統外部信息，將其轉化為規則，以支持應用層代理動作;應用層由協調代理和任務代理組成，完成企業一般業務過程執行和各自及整體的決策提供工作，其技術的關鍵在于如何實現業務流程動態重組和利用有限資源做出智能化決策;資源層由資源代理組成，主要完成對系統資源的各種操作。

圖3 多代理系統結構與層次Fig.3 Framework and hierarchy of multi-agent system

2 智能配電網信息系統的構建

多代理系統的核心問題在于解決復雜的系統問題，將其分解成為更小但相關聯的不同實體，即一種分布式的系統。根據多代理系統的層次結構與配電網的信息流，整合配電網子系統資源，構建基于多代理的多中心智能配電網信息系統架構，如圖4所示。

圖4 基于多代理的多中心智能配電網信息系統架構Fig.4 Multi-center intelligent information system framework of distribution network based on multi-agent

從圖4中可以看出，基于多代理的多中心智能配電網信息系統，各中心間數據信息互通。每個中心有不同的目標和責任，協作完成配電網的整體目標任務，各中心功能如下:

(1)數據中心。數據中心負責存儲整個系統的數據，記錄、接收各中心間的傳遞信息和面對用戶的各類反饋信息，其他3個中心可對數據中心進行訪問，數據中心將提供相對應的接口供用戶操作。一般用戶，如工業或居民用戶會被限制訪問權限。

(2)客服信息中心。客服中心負責為用電用戶提供各種服務。通過用戶行為跟蹤代理，用戶的用電習慣會被記錄下來;負荷響應代理會接收用戶自身用電習慣的申請，并與客戶體驗代理給出的用電方案進行綜合平衡，保證用戶對于電能的需求。電力營銷代理除了具有傳統的營銷功能外，還肩負著為用戶提供個性化服務、拓展新用戶等功能。用戶故障監控代理會實時監控用戶的電能穩定性，一旦發生故障能及時反映給供電公司進行維修。同時，客服中心還允許用戶在基于整體負荷的前提下，優先使用預定義負荷及用戶作為電源向配網供電。用戶的這些行為會被控制中心監控，在保證配電網系統整體穩定的條件下進行操作。

(3)配調信息中心。配調中心負責配電網系統的潮流計算、故障維修、操作人員培訓等工作。配調中心通過數據采集與監視系統及故障信息系統收集準確的信息，并發送給通信服務和指揮協調代理，進行任務分配和協調調用，將信息處理后傳輸給網絡層的穩態分析、故障處理、智能操作票、模擬培訓等代理，得出解決方案，將最后執行方案通過圖形化界面提供給調度員或專家，調度員或專家結合自身經驗做出合理的調度決策。

(4)控制信息中心。控制中心負責獲得電網信息，并接受控制信號、執行控制命令，對電網運行進行監控。規則庫代理收集、保存、轉發來自優化代理的信息;擾動分析代理提供電網停電和故障信息，對最有可能發生的故障或擾動進行可靠性和后果分析，把異常脆弱運行工況信息發送給優化代理;優化代理則實施電網在正常和事故后的優化控制，再把結果信息發送給規則庫代理或監控代理。

(5)信息安全中心。信息安全中心在各中心的業務終端處建立信息安全保護，并且為每個中心間的信息交流提供信息安全過濾，包括內網與外網間的交流信息及內網間的交流信息。根據國家規定的信息安全標準，結合配電網自身特點，利用第三方開發的安全防護手段，如數字認證、數據安全盾等，逐步建立高水平的安全中心，達到配電網物理安全、運行安全、數據安全。

綜合上述分析，4個中心對配電網系統進行了全覆蓋，信息安全中心保證信息的安全順暢互通，每個中心具有相對的獨立性，當某個中心出現故障時，其他中心能夠正常運行，提高了信息系統的穩定性。

3 結語

通過多中心智能配電網信息系統的構建及對各中心多代理子系統的功能分析，可以看出在智能配電網中構建統一的多代理子系統結構，能夠很好地解決系統數據平臺共享、信息流通速度、業務流程穩定和系統堅強性、智能配電網響應效率等問題，體現了多中心架構的優勢。隨著技術的不斷進步，更智能的人機接口、終端設備會被應用到系統架構中，實現智能配電網智能化、自動化、集成化的管理。

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