多智能體系統(tǒng)在電力行業(yè)中的應(yīng)用

賀廷柱++胡琳

摘 要：多智能體系統(tǒng)（MAS）起源于分布式AI研究領(lǐng)域，其自有特性決定了它在電力行業(yè)有廣闊的應(yīng)用前景。重點介紹了多智能體系統(tǒng)在電網(wǎng)故障診斷、繼電保護(hù)、配電領(lǐng)域和電力市場中的運用情況，這也是現(xiàn)階段多智能體系統(tǒng)所運用的主要領(lǐng)域。隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，多智能體系統(tǒng)在電力行業(yè)中的應(yīng)用必然大放光彩。

關(guān)鍵詞：多智能體系統(tǒng)；電力行業(yè)；工程領(lǐng)域；故障診斷

中圖分類號：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.09.005

1 多智能體系統(tǒng)簡介

多智能體系統(tǒng)（MAS，Multi-Agent System）起源于分布式人工智能系統(tǒng)，早在20世紀(jì)70年代就對該系統(tǒng)進(jìn)行了研究。20世紀(jì)80年代后期，基于MAS的研究已成為分布式人工智能研究的一個重要分支，對應(yīng)的研究成果也開始被運用于工程領(lǐng)域。隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的學(xué)者加入了多智能體系統(tǒng)的研究領(lǐng)域。

但是，與AI中許多術(shù)語并無準(zhǔn)確定義一樣，多智能體系統(tǒng)也沒有準(zhǔn)確或統(tǒng)一的定義。目前，絕大部分人接受的定義是：多智能體系統(tǒng)是具有一系列的目標(biāo)，確定的能力和知識，能夠推理環(huán)境，生成相應(yīng)的規(guī)劃并執(zhí)行規(guī)劃，以實現(xiàn)目標(biāo)的功能實體。每個單一智能體必然具有自發(fā)性、分布性、唯一性、移動性、誠實性和理性。因此，由各個單一智能體所組成的多智能體系統(tǒng)通常具有3大特性，即可變性與適應(yīng)性、交互性與合作性、自發(fā)性。多智能體系統(tǒng)的基本構(gòu)成模型如圖1所示。

圖1 MAS的基本構(gòu)成模型

多智能體系統(tǒng)的3大特性決定了其可以有效完成全局目標(biāo)，并且可以與周圍環(huán)境互動，還可以消除任務(wù)學(xué)習(xí)和規(guī)劃決策等方面的弊端。多智能體系統(tǒng)能夠支持分布式應(yīng)用，所以，具有良好的模塊性和優(yōu)異的擴(kuò)展性，也能有效降低系統(tǒng)的總成本。作為處理分布式系統(tǒng)問題的新方法，其通信語言相同、各個智能體分工明確，解決了智能體與智能體之間的決策沖突問題。正是多智能體系統(tǒng)在解決實際問題時具有諸多優(yōu)點，使其在諸多工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

2 多智能體系統(tǒng)在電力行業(yè)中的應(yīng)用

2.1 在電網(wǎng)故障診斷中的應(yīng)用

隨著智能電網(wǎng)系統(tǒng)的更新?lián)Q代，電網(wǎng)規(guī)模日益擴(kuò)大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，所以，智能電網(wǎng)的故障診斷和繼電保護(hù)技術(shù)的重要性逐漸增強(qiáng)。當(dāng)大規(guī)模智能電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生復(fù)雜或者是多重故障時，很難只依靠單個系統(tǒng)信息和單一診斷手段解決。

劉京津基于多智能體系統(tǒng)模型研究出某智能電網(wǎng)的故障診斷技術(shù)，其采用構(gòu)建一系列的分模塊故障特征信息捕捉程序，模塊化的區(qū)域智能體并行診斷程序，全局智能體協(xié)調(diào)診斷程序等，實現(xiàn)了在全局信息基礎(chǔ)上的智能電網(wǎng)故障診斷。通過模擬計算和實際實驗，驗證了該多智能體系統(tǒng)故障診斷技術(shù)有較高的可靠性，可用于電網(wǎng)的實時監(jiān)測。朱永利等提出了一種采用多智能體技術(shù)的電網(wǎng)實時故障診斷方法和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并將多線程技術(shù)應(yīng)用于智能體的設(shè)計中，采用PROLOG與JAVA混合編程，實現(xiàn)實時故障診斷。實驗表明，多智能體系統(tǒng)故障診斷是一種十分高效的電力系統(tǒng)診斷方法，能顯著提高處理故障事件時的反應(yīng)性能。

2.2 在繼電保護(hù)中的應(yīng)用

繼電保護(hù)是保障電網(wǎng)安全、可靠運行的關(guān)鍵，縱觀繼電保護(hù)的發(fā)展，基本原理都是計算和比較電力系統(tǒng)發(fā)生故障時的某個或幾個特征量。但是，隨著電網(wǎng)運行環(huán)境越來越復(fù)雜，電網(wǎng)容量越來越大，電力系統(tǒng)信息化等，如果繼續(xù)特征量已經(jīng)難以判定系統(tǒng)的故障狀態(tài)。因此，在“智能系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用”國際會議上，有學(xué)者倡議將多智能體系統(tǒng)應(yīng)用于電力系統(tǒng)保護(hù)設(shè)計中。

隨后Wong提出了多智能體技術(shù)保護(hù)方案的設(shè)計，以實現(xiàn)對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)。趙啟等在深入探究多智能體系統(tǒng)協(xié)作模式、通信方法和求解機(jī)制的基礎(chǔ)上，設(shè)計出了一個基于多智能體技術(shù)的繼電保護(hù)系統(tǒng)，并通過KQML知識查詢語言和現(xiàn)有電網(wǎng)通信手段，測算了通信質(zhì)量。最后，將該多智能體技術(shù)的繼電保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用于自適應(yīng)電流保護(hù)。多智能體自適應(yīng)保護(hù)與傳統(tǒng)電流保護(hù)相比，在反應(yīng)速度、消除拒動、誤動等方面有顯著的優(yōu)點。

姬廣杰等創(chuàng)造性地采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)全線路速斷保護(hù)和多個神經(jīng)子網(wǎng)絡(luò)組合成一個智能體，并在斷路器中加入通訊與邏輯判斷，由此構(gòu)成電流保護(hù)多智能體系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用光纖通訊，當(dāng)線路某個區(qū)間發(fā)生故障時，可進(jìn)行全線路的瞬時速斷。將其與縱聯(lián)保護(hù)作比較，明確了該電流保護(hù)多智能體系統(tǒng)可以作為330 kV線路的主保護(hù)。

2.3 在配電領(lǐng)域的應(yīng)用

配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)是配電網(wǎng)優(yōu)化的重要組成部分。配網(wǎng)重構(gòu)就是在滿足系統(tǒng)輻射運行、設(shè)備容量和節(jié)點電壓約束的前提下，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)損最小、負(fù)荷均衡等目的，其本質(zhì)是一個多目標(biāo)優(yōu)化問題。隨著各國智能配網(wǎng)建設(shè)推進(jìn)速度的加快，不同層級間采用自動化配網(wǎng)系統(tǒng)的概率也隨之提高，而配網(wǎng)重構(gòu)功能是實現(xiàn)配網(wǎng)系統(tǒng)自動化所急需解決的問題。

肖鯤等將多智能體技術(shù)與粒子群算法相結(jié)合，提出了一種二進(jìn)制多智能體粒子群優(yōu)化的配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方法。該法采用粒子群優(yōu)化算法的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建了多智能體的體系結(jié)構(gòu)，并由此制定了智能體間的協(xié)調(diào)策略。該法還對鄰域內(nèi)的智能體執(zhí)行競爭和合作等指令。這樣做，能夠有效提高該算法的全局尋優(yōu)能力。將該算法運用于IEEE16節(jié)點和IEEE33節(jié)點配電系統(tǒng)的仿真模擬，結(jié)果表明，多智能體粒子群優(yōu)化的配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方法能夠有效降低網(wǎng)損，將節(jié)點電壓保持在比較高水平，提高算法搜索精度，縮減收斂迭代步數(shù)。

方璐等結(jié)合遺傳算法和多智能體系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)造了一種配電網(wǎng)節(jié)能降耗綜合管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)中的多智能體作為遺傳算法中的個體，相鄰的多智能體整合成相互影響的模塊。在尋求全局最優(yōu)解時，采用遺傳算法的進(jìn)化機(jī)理。工程實際應(yīng)用表明，該配電網(wǎng)節(jié)能降耗綜合管理系統(tǒng)能降低總有功網(wǎng)損，減少需要投入的電容器總組數(shù)，還可以實現(xiàn)節(jié)能設(shè)備的最佳調(diào)節(jié)。

王恒等提出了一種基于多智能體含分布式電源的配電網(wǎng)電壓協(xié)調(diào)控制策略，構(gòu)建了含DG總控智能體、配電網(wǎng)智能體和靜止同步補(bǔ)償器調(diào)壓智能體的3層控制結(jié)構(gòu)，采用基于斜率調(diào)節(jié)的DSTATCOM與DG協(xié)調(diào)控制策略和多智能體協(xié)調(diào)控制算法，對系統(tǒng)中電壓最薄弱的區(qū)域進(jìn)行無功補(bǔ)償，以保證系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性。電網(wǎng)電壓協(xié)調(diào)控制策略可用于減少分布式電源并網(wǎng)對配電網(wǎng)的沖擊，解決電壓越限問題，提高配電網(wǎng)的電壓靜態(tài)穩(wěn)定性。

2.4 在電力市場中的應(yīng)用

伴隨電力市場的改革，電力系統(tǒng)逐漸從壟斷和集中決策轉(zhuǎn)向個人競爭和分散決策。而多智能體技術(shù)自帶的特殊優(yōu)勢，使得其可以應(yīng)用于開放和分散的電力市場環(huán)境中。目前，多智能體技術(shù)在電力市場中的應(yīng)用可分為3類，即電力市場的模擬、電力市場的交易和電力市場的系統(tǒng)。

趙波等基于CORBA的多智能體系統(tǒng)提出了一種電力市場仿真平臺的設(shè)計方案。該方案中存在邏輯通訊與控制層和功能實現(xiàn)層這2類智能體的體系結(jié)構(gòu)，不同智能體之間通過CORBA對象接口通訊。該方案能夠滿足對不同電力市場模型研究的需求，且設(shè)計時具有很大的靈活性和優(yōu)越性。

在電力市場交易方面，韓正華等將混合戰(zhàn)略下的博弈論與多智能體系統(tǒng)相結(jié)合，模擬發(fā)電商與大用戶之間多輪循環(huán)談判過程，以達(dá)到降低長期合同談判成本的效果。竇迅等基于多智能體系統(tǒng)設(shè)計了一個電力市場的競價系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含電廠智能體、智能體競價服務(wù)器和用戶智能體。基于此系統(tǒng)的交互平臺，買賣雙方地位平等，可根據(jù)匹配結(jié)果安排交易。

羅朝春等提出了基于多智能體的廣義電力市場技術(shù)支持系統(tǒng)模型及其設(shè)計方案，并以此為基礎(chǔ)建立了多智能體協(xié)商實時交易模型，設(shè)計多智能體的協(xié)商算法。該套系統(tǒng)可以提高電力系統(tǒng)實時運行的安全水平，減少電網(wǎng)運行過程中的實時調(diào)整。

3 結(jié)束語

電力系統(tǒng)是由諸多特性不一的設(shè)備和控制系統(tǒng)組成的非線性動態(tài)系統(tǒng)，隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大和各種新設(shè)備的導(dǎo)入，傳統(tǒng)的集中式控制已經(jīng)難以適應(yīng)電力系統(tǒng)的發(fā)展要求，因此，各種新理論和新技術(shù)正被運用到電力系統(tǒng)中。而多智能體系統(tǒng)在設(shè)計和實現(xiàn)分布、開放式控制系統(tǒng)時，具有諸多優(yōu)點，這些優(yōu)點可以用于解決電力系統(tǒng)中遇到的大規(guī)模復(fù)雜問題，因此，受到了人們的廣泛關(guān)注。

雖然多智能體系統(tǒng)已經(jīng)成功運用于電力行業(yè)的諸多領(lǐng)域，但是，本質(zhì)上來說，多智能體技術(shù)在電力行業(yè)的運用尚處于起步階段。隨著各項研究的深入，多智能體系統(tǒng)在電力行業(yè)中的運用潛力無窮。自2006年智能電網(wǎng)概念提出以來，越來越多的國家加入智能電網(wǎng)的研究和建設(shè)中。由于多智能體系統(tǒng)具有十分明顯的技術(shù)優(yōu)勢，已成為各國發(fā)展智能電網(wǎng)的重要手段。

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〔編輯：白潔〕