基于Agent的電力系統(tǒng)智能調(diào)度設(shè)計(jì)

徐 彪 張占凱 徐馳名

（國網(wǎng)建德市供電公司，浙江 杭州311600）

0 引言

改革開放以來，中國經(jīng)濟(jì)和工業(yè)發(fā)展迅速，對電力產(chǎn)生了極大的需求，同時(shí)對電網(wǎng)也提出了越來越高的要求。而我國電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展卻相對滯后，已難以適應(yīng)當(dāng)下形勢的快速發(fā)展。基于此，積極發(fā)展智能電網(wǎng)具有非常重要的意義。智能電網(wǎng)是指具有智能化、自動(dòng)化和故障處理能力的安全可靠的電網(wǎng)［1］。其中，電力調(diào)度是智能電網(wǎng)的核心控制環(huán)節(jié)。當(dāng)前，我國電網(wǎng)系統(tǒng)中已經(jīng)實(shí)施了EMS／SCADA系統(tǒng)，但該系統(tǒng)智能化程度不高，且需要較多的時(shí)間進(jìn)行計(jì)算分析，導(dǎo)致在事故發(fā)生時(shí)難以正確決斷，從而造成大面積的停電。尤其是在當(dāng)前，國家電網(wǎng)公司在推行電力調(diào)度一體化的情況下，EMS／SCADA系統(tǒng)更加難以滿足要求。因此，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)研究，對智能電網(wǎng)的調(diào)度智能化進(jìn)行研究。

1 智能調(diào)度概述

智能電網(wǎng)（Smart Grid）這一概念最早由美國提出。我國也于2009年提出智能電網(wǎng)建設(shè)計(jì)劃。智能電網(wǎng)依托于電力通信網(wǎng)絡(luò)，使用各類信息技術(shù)，能夠更加安全穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)電能的控制、分配與傳輸，并具有很好的魯棒性、抗干擾能力和自愈能力，可以有效保障電力系統(tǒng)的長期安全運(yùn)行［2］。智能調(diào)度是智能電網(wǎng)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，是確保電力系統(tǒng)高度信息化、智能化和集成化的核心技術(shù)。

目前，我國電網(wǎng)中電力調(diào)度按照“統(tǒng)一調(diào)度、分級管理”的原則，廣泛實(shí)施了EMS／SCADA系統(tǒng)，但該系統(tǒng)的智能化性能不高，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，需要調(diào)度員憑借自身經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，這顯然無法保證事故處理的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，導(dǎo)致在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)難以迅速解決，進(jìn)而造成大面積停電的現(xiàn)象，影響各項(xiàng)建設(shè)和生活用電的需要。顯然，現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)型和分析型的調(diào)度模式已經(jīng)無法適應(yīng)新形勢下對電網(wǎng)的需要，我國電網(wǎng)迫切需要按照智能電網(wǎng)的建設(shè)要求，建設(shè)高度智能化的電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)。

近年來，隨著我國電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的不斷加大，特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)和高壓骨干輸電網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)逐漸建成并穩(wěn)定運(yùn)行，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不斷加強(qiáng)和完善，對智能調(diào)度技術(shù)有著越來越迫切的需求。利用智能調(diào)度技術(shù)，對電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、運(yùn)行狀態(tài)分析、故障智能診斷、用電負(fù)荷預(yù)測和潮流計(jì)算進(jìn)行評估和分析，并將結(jié)果實(shí)時(shí)地顯示在人機(jī)界面上，同時(shí)發(fā)出正確的調(diào)度和控制指令，可以幫助現(xiàn)有調(diào)度中心充分提高智能化水平。

2 基于多Agent的智能調(diào)度設(shè)計(jì)

2.1 Agent概述

目前，Agent并無精確的定義，一般來說，Agent是一種擁有一定自治能力的智能實(shí)體，能夠主動(dòng)地識別和學(xué)習(xí)外界環(huán)境的變化，具有學(xué)習(xí)知識和積累經(jīng)驗(yàn)的能力。運(yùn)用Agent技術(shù)，可以為決策系統(tǒng)提供高度智能化的信息服務(wù)。當(dāng)決策系統(tǒng)采用了Agent技術(shù)后，可以對周圍環(huán)境進(jìn)行感知，并對環(huán)境的變化做出反應(yīng)，通過智能學(xué)習(xí)方法，對系統(tǒng)中其他實(shí)體進(jìn)行建模、測算、規(guī)劃和通信，用戶只要向決策系統(tǒng)提交了需求之后，系統(tǒng)通過主動(dòng)識別和學(xué)習(xí)，將直接向用戶顯示結(jié)果，大大提高了決策系統(tǒng)的智能化。

目前，將多個(gè)功能不同、結(jié)構(gòu)不同的Agent實(shí)體構(gòu)建成一個(gè)多Agent實(shí)體系統(tǒng)成為Agent技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向，這些不同的Agent實(shí)體相互之間互不影響，相互配合、合作和競爭，協(xié)同完成最終的決策目標(biāo)，可以使得Agent實(shí)體分布合理，并行運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)多Agent實(shí)體系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

2.2 基于多Agent的智能調(diào)度系統(tǒng)

基于多Agent的智能調(diào)度系統(tǒng)主要包括決策分析、智能調(diào)度操作票、故障分析、穩(wěn)態(tài)分析和調(diào)度員培訓(xùn)等功能，采用多Agent技術(shù)后，智能調(diào)度系統(tǒng)以感知電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)為基礎(chǔ)，各Agent之間互相配合，協(xié)調(diào)工作，主動(dòng)的為電力調(diào)度員提供決策服務(wù)。

電網(wǎng)中智能系統(tǒng)主要包括電力通信層、數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層和人機(jī)接口層4層。

（1）電力通信層。其中電力通信層依靠先進(jìn)的通信技術(shù)，成為實(shí)時(shí)高速的信令傳輸系統(tǒng)。目前，我國絕大多數(shù)地區(qū)的電網(wǎng)系統(tǒng)中均已建設(shè)了較為先進(jìn)的電力通信系統(tǒng)，光纖通信已取代載波通信成為電力通信系統(tǒng)的主干通信網(wǎng)，并在500kV、220kV變電站之間實(shí)現(xiàn)雙光纖通信覆蓋率達(dá)到了100%［3］。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步建立了電力系統(tǒng)中先進(jìn)的調(diào)度交換網(wǎng)、應(yīng)急通信網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)等。

（2）數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層主要存儲(chǔ)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，包括發(fā)生故障時(shí)的數(shù)據(jù)信息以及當(dāng)時(shí)的處理方法。SCADA數(shù)據(jù)處理平臺(tái)是其中非常重要的一個(gè)內(nèi)容，這一數(shù)據(jù)平臺(tái)主要有電力系統(tǒng)中現(xiàn)場控制設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)、一級數(shù)據(jù)存儲(chǔ)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和二級數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的Oracle管理數(shù)據(jù)庫。這些數(shù)據(jù)為智能調(diào)度系統(tǒng)提供了全面準(zhǔn)確的信息源，為Agent實(shí)體最終做出正確的判斷提供了決策依據(jù)。

（3）網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層是智能調(diào)度系統(tǒng)的核心，主要由多Agent實(shí)體所組成。網(wǎng)絡(luò)層的主要功能是根據(jù)數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)分析電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，并為調(diào)度員提供決策分析結(jié)果。主要分析方法為穩(wěn)態(tài)分析、故障分析和智能Web分析。穩(wěn)態(tài)分析主要采用無功優(yōu)化、潮流計(jì)算和靜態(tài)安全分析等，可根據(jù)數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)，判斷出電網(wǎng)當(dāng)前時(shí)刻下的運(yùn)行狀態(tài)，為Agent實(shí)體掌握電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)提供依據(jù)。故障分析是指當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)所采用的分析方法，主要包括故障診斷、故障恢復(fù)和操作票。故障診斷是指判斷故障發(fā)生類型、發(fā)生地點(diǎn)以及嚴(yán)重程度等；故障恢復(fù)是指在故障診斷后做出正確的恢復(fù)方案。當(dāng)穩(wěn)態(tài)分析判別電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)并確認(rèn)電網(wǎng)確實(shí)存在故障后，將啟動(dòng)故障分析，同時(shí)啟動(dòng)安全處理技術(shù)，判斷是否依然存在潛在風(fēng)險(xiǎn)，并形成診斷報(bào)告，由故障恢復(fù)模塊和診斷報(bào)告設(shè)計(jì)產(chǎn)生恢復(fù)的最優(yōu)路徑，幫助電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)快速恢復(fù)。智能Web分析主要保障電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的安全防范，通過入侵檢測等技術(shù)，防止電網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)外泄，可以有效地防止內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)被傳到外網(wǎng)上去，或可以讓內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)在許可的情況下傳輸?shù)酵饩W(wǎng)上。

（4）人機(jī)交互層。人機(jī)接口層是人際交互界面，為調(diào)度員提供了人性化的直觀圖形界面，使得調(diào)度員可以方便地對電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和操作。

當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)良好時(shí)，各Agent實(shí)體并無變化。當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)行出現(xiàn)變化或故障時(shí)，則需要對電網(wǎng)的狀態(tài)進(jìn)行分析。此時(shí)，由系統(tǒng)選擇某個(gè)或多個(gè)Agent實(shí)體進(jìn)行工作，各Agent實(shí)體相互配合，協(xié)同完成指定任務(wù)。首先，各Agent實(shí)體分別接收數(shù)據(jù)層的所有數(shù)據(jù)信息，確定是否有電網(wǎng)故障報(bào)警，若未檢測到，則初步認(rèn)定電網(wǎng)系統(tǒng)正常運(yùn)行，與此同時(shí)，啟動(dòng)靜態(tài)安全分析，若靜態(tài)分析依然沒有發(fā)現(xiàn)故障，則可以認(rèn)為系統(tǒng)安全穩(wěn)定工作。不過需要指出的是，安全穩(wěn)定運(yùn)行并不一定表示運(yùn)行狀態(tài)具有較好的經(jīng)濟(jì)性，因此需要啟動(dòng)潮流計(jì)算處理，當(dāng)計(jì)算結(jié)果表明經(jīng)濟(jì)性較差時(shí)，需要啟動(dòng)無功優(yōu)化來降低電網(wǎng)系統(tǒng)的損耗。若系統(tǒng)仍然不能安全正常運(yùn)行，則啟動(dòng)預(yù)防控制模塊，使系統(tǒng)恢復(fù)到初始安全狀態(tài)。若電網(wǎng)系統(tǒng)存在報(bào)警信息，則智能調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)入故障模式，由網(wǎng)絡(luò)層充分調(diào)用各Agent實(shí)體，并判斷出故障診斷的結(jié)果，形成決策報(bào)告在人機(jī)交互界面上提交給調(diào)度員，幫助調(diào)度員做出相應(yīng)的決定和操作。

3 結(jié)語

當(dāng)前，智能電網(wǎng)是我國甚至是世界電力發(fā)展的最新方向。隨著我國智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷推進(jìn)，如何為智能電網(wǎng)建設(shè)好智能調(diào)度是一個(gè)重要的難題。本文利用Agent技術(shù)，對智能電網(wǎng)的智能調(diào)度技術(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，取得了較好的效果。然而，我們也應(yīng)該看到，電力系統(tǒng)工作的環(huán)境非常復(fù)雜多變，要建設(shè)一個(gè)完善的智能調(diào)度系統(tǒng)是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。

［1］崔愛國.基于多Agent的地區(qū)電網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用［J］.山東電力高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2011（3）

［2］卜峰.對電力系統(tǒng)智能調(diào)度的思考［J］.電子世界，2014（22）

［3］劉鎧誠，何光宇，王彬，等.調(diào)度中心智能調(diào)度業(yè)務(wù)成熟度模型及其應(yīng)用［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012（13）