!多智能体型电网调度决策支持系统

1、第 30卷 第 22期 电 网 技 术 V ol. 30 No. 22 2006年 11月 Power System Technology Nov. 2006文章编号:1000-3673(2006 22-0059-08 中图分类号:TM734 文献标识码:A 学科代码:470·4054多智能体型电网调度决策支持系统赵 川 1,李 永 1,吴 琼 1,刘文颖 1,杨以涵 1,马 骞 2(1. 华北电力大学 电气工程学院 , 北京市 昌平区 102206;2. 中国南方电网有限责任公司 , 广东省 广州市 510620Grid Dispatching Decision-Making Su

2、pport System Based on Multi-AgentZHAO Chuan1, LI Yong1, WU Qiong1, LIU Wen-ying 1, YANG Yi-han1, MA Qian2(1. School of Electrical Engineering, North China Electric Power University, Changping District, Beijing 102206, China ; 2. China Southern Power Grid Co., Ltd., Guangzhou 510620, Guangdong Provin

3、ce, China ABSTRACT: In order to realize grid dispatching decision- making support system (GDDSS, the multi-Agent technology should take priority of adoption. According to the features of power grid, the authors firstly carry out the modeling and formalization for individual Agent s survival state an

4、d driving event, build system knowledge base that is comprehensively driven by state-event; then perform the classification and behavior analysis of individual Agent as well as the packaging of software modules in EMS, thus the object evolves into Agent; finally, establish a multi-Agent system (MAS

5、based software architecture for GDDSS, therefore the self-contained operation of software system and coordinated calculation ability of software are implemented.KEY WORDS: grid dispatching decision-making support system ; multi-Agent ; software architecture ; design patterns ; environment摘要:实现电网调度决策

6、支持系统首推采用多智能体技术。 文章首先根据电力系统的特点对 Agent 个体的生存状态及 驱动事件进行了建模及形式化,建立了“状态 事件”综合 驱动的系统知识库; 然后对 Agent 个体进行了分类及行为分 析,并对 EMS 中的软件模块进行了封装,从而使对象进化 为 Agent ; 最后建立了基于多智能体的电网调度决策支持系 统软件体系结构, 实现了软件系统在线自主运行及软件的协 调 计算 能力。关键词:电网调度决策支持系统; 多智能体; 软件体系结构; 设计 模式; 环境0 引言目前 , 能 量管理 系统 1-2(EMS已成 为 辅助 电力 系统运行 人员监视、 分析电网运行状态的 必备

7、工 具 ,为实现 安全、经济、可靠地供 电 做出 了 重要贡 献 。 随着应 用 需求 的 不断提高 , EMS 的 功 能 正逐渐 扩展 并 朝着 智能化 方向发展 。在 数 据 源方面 , 将广 域测量 系统 (wide-area measurement system, W AMS 与 SCADA 系统 相 结合 3-9,为 EMS 提供 了 稳 态 信 息加暂 态 信息 的综合 数 据 源 ;在 计算工具方面 , 将 在线 暂 态 稳定计算 软件 添加到 EMS 中, 扩展 了 EMS 的 功 能。 可见 , 如何 使 EMS 各 软件模块 有效 利 用 这些信息 , 实 时判断出 电力

8、系统 当前 运行状态 及 发 生的事件,实现 各 分析软件 独 立 、 自主 、 协调 运行,从根 本上减轻 调度 人员 的 负担 , 成 为 亟待解 决的 问 题 。 因此 ,在 EMS 基 础 上 研究和 构建电网 调度决策支持系统 势 在 必 行。 该 系统 可 在电网 正 常 稳 态 、 故障 状态 、 故障 后的 恢复 状态 等 不 同 运行状 态 下 为调度 员提供有效 的决策支持。为 解 决 上 述 问 题 , 国内外研究 人员 进行了 积极 的 研究和探索 , 提出 了基于多智能体技术的 方 法 10-20。 本 文基于实 际项 目 开 发 了多智能体 型 电网调度决策 支持系

9、统, 拟 从 以下几 方面 进行 研究 与 探索: (1 如何 对 Agent 的生存 环境 进行建模, 即 如何 体现电力系统调度的特点,对 影响 软件在线自 主运行的电力系统状态 、 事件进行建模及形式化。 (2 如何 依 据 Agent 及 其 生存 环境 模 型 建立 Agent 的运行 机制 及动 作规则 。(3 如何 实现多智能体 间 的协调 与 合 作 。 1 系统简介1.1 功能概述电网调度决策支持系统 要 实现的 功 能 可 概括 为 如 下几 方面 :基金项目:国家 电网 公司科 技 项 目 (SGKJ200301-16。60 赵川等:多智能体 型 电网调度决策支持系统 V

10、 ol. 30 No. 22(1系统 可 对电网 正 常 运行状态 做出安全 和 经济 性 能 评估 , 给 出 使电网在 安全、经济、 优质 方 式 下 运行的决策结 果 。(2系统在电网 发 生 故障 时可 自动 收集 各 种 报警 信息 , 执 行 故障诊 断 。在 通 信 允许 的 场 合,主 动 获取未 能 上 送 到 控制 中 心 的 与 诊 断相 关 的 故障 信息 , 以 提高 诊 断 准确 度 与 结 果 的 可信 性 。 诊 断 结 束 后 给 出 处 理 故障所 需 的 故障恢复 方 案 及 相 关 的 故障操作指导 。(3系统 还 应具备 在线 稳定监 控 能力, 给

11、出 电网 当前 运行点在 稳定域 中 所处 的 位置和下一 时 刻 的 发展 趋势 , 对于 会造 成 系统 失 稳 的 扰 动 给 出 能 使系统 维 持 稳定 运行的 控制 策 略 。(4在电网 各 种操作 任务 到 来 时 给 出 满足 各 级 应 用 需求 的调度 操作 票 。1.2 系统结构要求调度决策支持系统 是比 现 有 EMS 规 模 更大 的 应 用软件, 其所 做 的决策 不 仅限 于 稳 态分析,而 是包 括故障诊 断 及 故障 后的 恢复 决策, 以 及 将 来 进 一 步 要加 入 的 处 理 电网动态 过程 的在线动态决策。在 新 的 应 用 环境 中,软件系统 必

12、 须 具有 自主行为动 作 特 性和 协调 计算 能力。 这 是 因 为在线运行的软件系统 不可 避免 地 会遇 到 一 些 超 出设计 以外 的运行 情况 , 这时 软件 应 能根据自 身 已有 的知识, 经 过 分析对 新 环境做出正 确 的 响 应 ; 另 外 不 同 的软件模块 间 也 要 进行 更频繁 的 交互 。 在 这 种 要求 下 , 使用 面向 Agent 的软件结构 21是 最 理 想 的 解 决 方 法 。 落 实 到 程序 设 计上 就是 建立 新 的软件体系结构 22,在 新 的体系结 构中体现软件对 外 界 环境 的 感 知能力。现 有 的软件 体系结构 设计 对

13、所 有 构 成 系统的 部 件 同等 对 待 , 没 有 明 确 定 义 在 Agent 理 论 中 很 重要 的 环境、 个体 2个 概 念 。 下 面将 从软件体系结构的 角 度 论 述 如何 引 入 环境 (即 系统知识库的 描 述和 建模 , 以 及 Agent 个体对于 环境 感 知的 描 述 与 建模,从而实现软件的 主动 思考 能力,使软件模块从对象进化 到 Agent 。 2 系统结构与行为的模式设计2.1 系统的知识库在 Agent 系统中 环境 的建模 至 关 重要 。 环境 中 蕴含 了 Agent 要 执 行的 任务 及 其 将 得 到 的 感 知 信息 序列 。 Ag

14、ent 在 任 何 给 定时 刻 的行动 将 取 决于 到 那 个 时 刻 为 止 该 Agent 的 整 个 感 知 序列 , 因此 ,对 环 境 建模的 细致程 度 和 精 确 程 度 影响 Agent 的 设计 和 实现,对 环境 的 约 束 越 多 设计 的 问 题 越容易 。为了能 重 用现 有 EMS 软件中的 各 个 应 用模块, 笔者 将 Agent 个体 定 义 为现 有 EMS 软件中的 各 子 模块, 即 拓扑 分析 、 状态 估 计、 潮流 计算、 静 态 安 全 分析 、 无 功 优 化 、负 荷预 测、 故障诊 断、 故障恢 复 、 故障操作指导等 。为了使 各 软

15、件模块 具有 自主 运行能力, 需要 在现 有 软件模块的基 础 上 对 其 实现 Agent 封装, 定 义 Agent 个体的生存 环境 , 即 生存 状态 和 驱动事件,从而建立“状态 事件”综合驱 动的系统知识库。首先 是 对系统状态 S 的 定 义 。 在现 代 电力系统 中,为 保证 电力系统 安全 运行, 需 对 其 实行 安全监 控 , 即 安全监视、安全 分析 与安全 控制 23,而 联 系 3者之 间 的 纽带就是 电力系统状态。 现 有 EMS 没 有 对 3者 实现 有效 集 成 , 无论 在 正 常 状态 还 是 故障 状 态 下 都 并 不 能根据 当前 系统状态自

16、行 启 动 相应 的 分析 程序 , 给 调度 员 以 相应 的 措施 , 即还 不 能进行 自主分析。为实现自主分析,首先 要 对电力系统状 态进行形式化的 划 分, 以 便 计算 机 可 以 唯 一 标 识 出 系统 当前 所处 的状态,使 其 能 简 化 计算 机 推 理 ,并 且 没 有 二 义 性 。 同 时 ,状态 也是 多智能体 环境 中 联 系智能体 与环境 的 关 键 因 素 。 经 典 的 关 于系统状态 的 阐 述 是 文 献 24中 给 出 的 定 义 , 文中 将 电力系统运 行状态分为 正 常 状态 、 紧急 状态 和恢复 状态。文 献 25给 出 的 定 义是 在

17、文 献 24中 定 义 的基 础 上 进行的 更 详 细 的状态 划 分, 它 将 电力系统状态 划 分为 正 常 状态 (degree0、 警 戒 状态 (degree1degree2、 紧急 状 态 (degree3degree4、 恢复 状态 (degree5及 其 对 应 的 6个 级 别 。对于电网调度决策支持系统, 本 文采用 如 图 1所 示树 形的形式化 定 义 方 法 。活 动状态紧急 态恢复 态不安全正 常安全经济 不经济 不可 校 正可 校异 常EmergencyEAbnormalUncorrectiveEconomic IneconomicSecureLiveState

18、图 1地区电网调度决策支持系统的状态树Fig. 1 Tree of state in regional grid dispatching decision-making support system树 形结构的 优 点 是 可 以 方 便 地 通 过 属 性 值 的 变 化 反映 系统在 各 个运行状态 间 的 转移 , 同 时各 个 Agent 个体的 活 动状态 也 不必 再 使用多 种 状态并 集 的 方 式,而 是 表 现为 Agent 个体生存于 不 同 层次 的第 30卷 第 22期 电 网 技 术 61树 形 图 的 节 点 上 。 Agent 动 作 结 束 后, 通 过 对

19、各 个状 态 属 性 值 的 重 新 评估和 修改 可将 状态 扩展 至 树 的 下 一 级 节 点; 当 状态 扩展 至 下一 节 点 时 后 续 Agent 被 激活 。 例 如 , 故障诊 断 Agent 和 拓扑 分析 Agent 的 生存状态 就是 树 的根 节 点“ 活 动状态 (LiveState” , 而 潮流 计算、 状态 估 计、负 荷预 测、 静 态 安全 分析 的生存状态 就是 第 2层 中的“ 正 常 状态 (Normal” 。 这 种 树 形状态 表示 法 仅 对于 简单 的状态 空 间 划 分 有 效 ,系统 扩展 至 动态 应 用 领 域时 树 的结构 会 变

20、得过 于 庞 大 而 失 去 优势 。 但树 形结构的状态 表示 和 属 性 值 描 述 的状态 表示 对 Agent 的动 作 逻辑 没 有 影响 。 其 次 是 对事件 E 的 定 义 , 事件 反映 系统状态的 变 化。事件 所 起 的 作 用 是 触 发当前 状态 下 相应 的智 能体动 作 , 以 消除 不利 于系统 维 持 正 常 运行的事件 后 果 。事件 是 从 单 个智能体 感 知 环境 的 角 度对 数 据 的综合, 反映 当前数 据 变 化 是 否 应 触 发 智能体的 相 应 动 作 。事件采用 关 系模 型 定 义 ,形式为 :事件 名 称 (事件对象,事件 时 间

21、, 属 性 值 1, 属 性 值 2, , 属 性 值 n 。典 型 事件 列 举 如 下:(1 故障 发 生 迫 使 元 件 退 出 ,事件对象为 故 障 元 件,结 果 既 可 能为 确 定 性 的 故障 元 件 (Definite Fault 也 可 能 是 非 确 定 性故障 元 件 (Probable Fault。 (2 各 种 稳定 性 的 丧 失 , 包 括 暂 态 稳定 性 、 动态 稳定 性 、 非周 期 失 稳、 电 压 失 稳、 低 频 振荡 失 稳 等 ,事件对象为 失 去 稳定 的 元 件,事件 属 性 为 失 稳 的特 征 量 (如 低 频 振荡 的 频 率 、 衰

22、 减 因 子 等 。 (3系统 整 体运行能力的 丧 失 , 通常 是 指 系 统 解 列 为 数 个 孤 立电 气岛 , 事件对象为 被 解 列 的 厂 站 (联 络 线 。(4 正 常 频 率偏差 , 频 率 的 偏差 量 作 为事件 属 性 。(5 正 常 电 压 越限 、 电 压 合 格率降低 , 越限 量 或 电 压 合 格率 作 为事件 属 性 。(6 负 荷超 出计 划 值 , 即 当前 网 络 中的 负 荷 值 与 预 测负 荷 值 间 的 差值 高 于 阈值 , 偏差值 作 为事 件 属 性 。可见 , 上 述 事件并 不 能从 SCADA 数 据 或 其 它 途径 采 集

23、到 的 数 据 直接 获 得 , 均 需经 过 特 定 的分析 才 能 确 定 。对于电网调度决策支持系统, E 的 定 义 应 反映 电网调度 员 关心 的主 要问 题 , 故 事件的 定 义 主 要有 以下 2种:(1 远 动系统 和故障 信息 系统中的事 项 。 如 开关 变 位 、 遥 测 越限 、 保 护 信 号变 位 、 产 生 报警 信 号 等 简单 事件, 简单 事件 是 为 单 个 Agent 的动 作 逻 辑 描 述 清晰 而 定 义 的。(2协调软件模块 间 工 作 的 服 务 请 求 事件。 服 务 请 求 事件 是 为 描 述 Agent 个体 间 的合 作 请 求

24、而 定 义 的。 服 务 请 求 事件的 属 性 值 包含 服 务 的 全 过程 信息 , 其 基 本要 素 为 :请 求 者 Agent 名称 、 服 务 Agent 名称 、 服 务 内 容 , 3种 服 务 经 常 是 伴 随 使用 的。 其 中 服 务 内 容 又 分为 变 更 通 知 、定 购 、 请 求 调 用 3种:1 变 更 通 知 常 用于 一 方 Agent 通 知 另 一 方 Agent 向环境 获取 更新 数 据, 但 2个 Agent 间 不 直 接 交互 ,而 是 以 环境 作 为中 介完 成 。2 定 购 指一 方 Agent 对 环境 中的 某 些数 据 感 兴

25、趣 , 则 向环境 注册 以 在 这些数 据 发 生 变 化 时 获取 到 更新 后的 数 据。3 请 求 调用 指一 方 Agent 需要 另 一 方 Agent 执 行 计算 以获取 特 定数 据, 结 束 后 通常 需要 服 务 提 供方 Agent 向 被服 务 方 Agent 发 布 变 更 通 知。 同 样 ,为 便 于 计算 机 识 别 各 种 事件, 需要 对事 件进行形式化 定 义 , 这 样 在 不 同 的 情 形 下 计算 机 就 可 以 唯 一 标 识 出 系统 当前发 生的事件,并 且 没 有 二 义 性 。基于 上 述 分析,对事件 做如 下 形式化 定 义 :事件

26、 :事件类 型 ,年月 日 , 时 分 秒毫秒 ,电 压 等 级 , 当前 状态 值 , 当前 浮 点 值 ,事件对象 厂站名 , 事件对象 名 。 其 中 各 项 代 表 的 含义 如 表 1所 示 。 表 1事件各属性值含义Tab. 1 The meanings of attributes of event事件 属 性 含 义事件类 型1 SCADA操作2实 时 库 操作3历史 库 操作4网 络 运行状态事 项5一 般 电力事 项 (遥 测 越限 、 遥 信 变 位 、 SOE 6故障 的 诊 断 结 果7用 户 自 定 义 事 项年月 日 , 时 分 秒毫秒 事件 发 生 时 间电 压

27、等 级 发 生事件 所处 的电 压 等 级当前 状态 值 遥 信 及 开关 量 状态 (越限 事 项 代 表 越限级 别 当前 浮 点 值 遥 测 及模 拟 量 值事件对象 厂站名 发 生事件的 厂站事件对象 名 发 生事件的 元 件其 中 :SCADA 操作 包 括 遥 控 、人工 置 数、设 置 标 志 、 预 置 定 值 、 执 行 修改 定 值 、 撤 消修改 定 值 等 ; 实 时 库 操作 包 括 实 时 库 SQL 修改 、 加 载 库 、 修 改 域 等 ; 历史 库 操作 包 括 修改 参 数 表 等 ;网 络 运行 状态事 项 包 括 服 务 器 、 网 络 、 进 程 、

28、 RTU 、 邮 件 等 ; 一 般 电力事 项 包 括 YC 越限 、 状态 量正 (异 常 变 位 、62 赵川等:多智能体 型 电网调度决策支持系统 V ol. 30 No. 22开关 正 常 (事 故 变 位 、 保 护 信 号变 位 、 隔离 开关 正 常 变 位 、 开关 (隔离 开关 , 保 护 SOE 、 厂站 警 告 事 项等 ; 故障 的 诊 断 结 果 包 括 各 种故障 类 型 的 定 义 : A 相 短路 、 A 相 过 负 荷 、 AB 相 间 接 地 等 ;用 户 自 定 义 事 项 包 括 前面 描 述 的 服 务 请 求 事件。2.2 系统中的 Agent 个

29、体基于 上面 的知识库, 笔者 进 一 步 将 Agent 个体 按照 其 功 能 划 分为识 别 类 和 调 节 类 :(1识 别 类 Agent 指 与 状态识 别 、 事件识 别 有 关 的 Agent 个体, 以 层次 化 方 式 工 作 。 每 个状态 识 别 Agent 识 别 自 己 所 认 识的状态, 逐 层 识 别 状态, 扩展 详 细 状态 至 下一 层 的 节 点。 这 样 , 所 有 状态识 别 Agent 就 可 以 协调 工 作 于统 一 的 环境 中, 针 对系 统 当前 状态进行分析 计算 。识 别 类 Agent 按照 其 生 存状态 可 分为 正 常 类 、

30、 故障 类 和 全 局 类 :正 常 类 包 括 潮流 、 状态 估 计、 安全 分析, 正 常 类 仅 在 degree02中 起 作 用; 故障 类 包 括故障诊 断、 故障恢复 、 故障 操作指导 , 故障 类 仅 在 degree35中 起 作 用; 全 局 类 包 括 拓扑 分析 、 故障诊 断 , 全 局 类在 所 有 过程 中 都 起 作 用。(2调 节 类 Agent 负 责 处 理 状态的 变 化 和 产 生的事件, 将 针 对特 定 状态 和 特 定 事件的分析结 果 作 为决策 提 交 。 它 不断 感 知系统的状态 S 和 系统中 的事件 E 。 当环境 状态 变 为

31、与 调 节 类 Agent 的生存 状态 S 一 致 时 , 该 调 节 类 Agent 开 始 感 知 环境 中 出 现的事件, 当 检 测到有 e E 时 Agent 被激活 , 活 动结 束 后 Agent 将 自 身 动 作 结 果以 决策的形式 提 交 给 环境 , 更新 环境 。 调 节 类 Agent 有 AGC(automatic generation control 、经济 调度 、 机 组组 合 、 无 功 优 化 、 系统电 压 控制 、安全 校 正 (网 络 重 构 、 针 对 故 障 后的 快 过程 的 紧急 控制 (针 对 快 过程 的 紧急 控制 发展 过程 太快

32、 , 暂时 无 法 在 EMS 中 考 虑 对 其 加 以 协调 、 针 对 故障 后的 慢 过程 的 紧急 控制 、 为 恢复 系 统 整 体 性 能 和 负 荷 的 故障恢复控制 。由 于调度决策支持系统 所处 的 是 时 变 环境 , 因 此 不可 能对 所 有数 据 变 化 都 给 予 实 时 的 准确 分析。 当 系统 处 于 正 常 运行状态 时 , 如 果 只 是 系统中的 遥 测数 据 和 非 开关 变 位 类 遥 信数 据 发 生 变 化, 则 系统 仍 将 处 于 正 常 状 态 degree0或 一 级 警 戒 状 态 degree1, 这时可 以 忽 略 某 些发 生

33、变 化的 数 据, 而 以 某 种 方 式 (如定时、设定 某 些 遥 测 值 的 限 值 来 抽 取 感 兴趣 的 数 据 变 化, 再 启 动 各 评 价 类 Agent 。 当有 开关 变 位 数 据 产 生 时 ,首先 由 故障诊 断 Agent 分析 该开关 变 位 数 据 是 否 为 故障 产 生, 如 果 不 是 则 系统 仍 处 于 degree0degree1, 各 Agent 启 动 原 则同 上 ; 如 果该开关 变 位确 实 是 由 故障 产 生, 则一 方面 由 故 障诊 断 Agent 继 续 收集 遥 信、 遥 测 及 各 种 二次 装 置 产 生的 数 据, 准

34、确 判断 故障性质 , 另 一 方面 故障诊 断 Agent 向环境发 布 更新 的系统状态, 将 系统状态 置 于 故障 后状态 (degree1degree5, 由 此 , 相应 的 其 它 评 价 类 Agent 开 始 执 行 计算 , 将各 自 计算 所 得 结 果 (即 上面 状态 树 定 义 的 几 个 属 性 值 发 布 给 环 境 , 更新 系统状态。 评 价 类 Agent 计算 结 束 , 更新 系统状态 和 发 布 事件结 束 后,调 节 类 Agent 根据 当 前 系统状态 和 事件 执 行 各 自的分析 计算 , 给 出 针 对 当前 状态 和 事件的调 节 措施

35、 , 即操作 决策。2.3 软件模块的封装基于 上面 的 描 述 可 得 到如 图 2所 示 的软件模块 进化 图 , 这 样 就 可 对现 有 的软件模块进行 如 图 3所 示 的封装。 软件模块Fig. 2 The evolution of software moduleAgent iCalculate(GetState(SetState(GetMessage(FromWhom,ContentSendMessage(ToWhom,ContentRegister(Subject,Observer图 3 软件模块的封装类图Fig. 3 The class encapsulation of so

36、ftware module图 中, Calculate(函 数 是 目前各 个网 络 分析 级 软 件 已 有 的 功 能 , 即 分 析 计 算 功 能 ; Register (Subject,Observer函 数 是 Agent 个体 向环境 申请 的 注册函 数 , 例 如可 用于 Agent 个体 向环境 注册 其 活 动的状态及 其 触 发 的事件; GetState(函 数 用于 向环 境 获取 当前 状态; SetState(函 数 用于 更新 当前环境 的状态; GetMessage(FromWhom,Content函 数 用于 向环境 获取 当前 事件, FromWhom

37、表示 事件的 发 送 对象, Content 的 内 容就是 如 事件形式化 所 描 述 的 事件结构; SendMessage(ToWhom,Content函 数 用于 向环境 或 其 它 Agent 发 布 事件, ToWhom 表示 事件 的 接 收 对象, Content 的 内 容就是 如 事件形式化 所 描 述 的事件结构。这 样 就 可 实现对 已有 软件模块的 Agent 封装。 感 知 、 行动 、 反 应、 建模 、 通 信、 决策生 成 等 都 以第 30卷 第 22期 电 网 技 术 63功 能模块的形式 加 入 Agent 中。以 静 态 安全 分析 (securit

38、y analysis, SA 软件为 例 , 改 进的主 要工 作 分为 如 下几 步 :首先 定 义 安 全 分析软件的生存 环境 在状态 树 中 所处 的 节 点为 “ 正 常 ” 节 点; 其 次 是 向环境 注册 SA 的驱动事件 : Register(SA,CHANGE(BREAKER, Register(SA, OVERRUN(BUS, Register(SA,TIME(TIMER, 解 释 为 当有 开关 正 常 变 位 (非 事 故 变 位 或 某母 线 负 荷超过预 设 值或 定时 器 时 间 到时安全 分析软件 启 动 计算 。当有正 常开关 变 位 到 来 时 , SA

39、通 过 GetState(函 数 得 知 此 时 系统 处 于 Degree02, SA 会 通 过 GetMessage(FromWhom,Content函 数 接 收 到 此 事 件,然后 SA 启 动, 经 Calculate(函 数 分析 计算 完 毕 后 通 过 SetState(函 数向环境发 布 具 体状态, 如当 前 状态为 Degree12, 会 由 SA 通 过 SendMessage (ToWhom,Content函 数向 灵敏 度分析模块 发 送 请 求 调用 消 息 , 以 请 求 调 整 方 案 。Agent 型 软件模块的 执 行 过程 和 输 出 结 果 与 原

40、 有 软件模块 相 同 。采用 上 述 方 法 封装 Agent 的 优 点 是 对 原 有 的软件模块 所作 的 修改 工 作 非 常 少 。 2.4 环境及 Agent 个体在环境中的行为在 MAS 系统中, Agent 个体 间 的 交互 可 由 2种 方 式 完 成 :一 是 个体 间 直接 交互 , 二 是 通 过 统 一 的 环境 实现 交互 。在第 2种 交互 方 式 下 , Agent 个 体 不需 了 解 周 围 其 它 Agent 个体的 接 口 细 节 , 因此 更 符 合 开 放 系统的 设计 原 则 ,在调度决策支持系统 中 更 宜 采用。 这 种 模式的 MAS 系

41、统 包 括 2部 分 :生 存于 环境 中的 Agent 个体 与 领 域环境 ,系统结构 如 图 4所 示 。 图 4 multi-Agent 软件体系结构Fig. 4 Software architecture of multi-Agent领 域环境 主 要负 责 处 理 系统 当前 的 S 与发 生的 E , 以 及 通 过 协调 各 Agent 个体实现协 作 。为实现 上 述 模式的 MAS 系统, 本 文 引入 行为 型 设计 模式中的中 介 者 和 观察 者 对象行为模式。 环 境与各 Agent 在 程序 中的结构 如 图 5所 示 。 图 5环境与 Agent 个体间的类图F

42、ig. 5 Graph of class between Agent and environment 在 图 5中 环境 (Environment扮演 协调 与 中 介 的 角 色 , 包含 多个 Subject 及 Observer 类的实 例 subject 和 observers , 它接 受 来 自 观察 者 (Observer, 可 为 Agent 个体 或 环境本 身 及 其 观察 目 标 (Subject, 可 为 Agent 个体 或 环境本 身 的 注册 , 注册 信息 为状态及 其 感 兴趣 的事件。 Subject 包含 Environment 的 一 个 实 例 env

43、 , 当 Subject 需要 观察某 一 目 标 o 时 , 它 可 通 过 其 Attach(Observer o 函 数 调用 env 的 Register (Subject,Observer函 数向 Environment 注册 , 注册 后 观察 目 标 便 与 观察 者 建立了 联 系,而 Environment 则 保 存了 目 标 与 观察 者之 间 的 映 射 关 系 (Subject- Observer mapping。 当 Subject 需要解 除 与 观察 目 标 之 间 的 关 系 时 , 可 通 过 其 Detach(Observer函 数 调 用 env 的 U

44、nregister(Subject,Observer函 数解 除 已 在 Environment 中 注册 的 映 射 关 系。 当目 标 状态 发 生 变 化 时 , Observer 会 通 过 其 Update(Subject函 数 及 时 通 知 观察 者 , 观察 者也会 因此 做出相应 的动 作 。 当 观察 者 需要 主动知 道观察 目 标 的状态 时 , Subject 会 通 过 其 Notify(函 数 调用 env 的 Notify(函 数 通 知 Observer 将当前 状态 返回 给 Subject 。由 此 可见 , 领 域环境 扮演 协调 与 中 介 的 角 色

45、 , 软件系统中 领 域环境 主 要负 责 在 各 个 Agent 个体 间 共享 S 与发 布 E , 以 及 通 过 规 划 分析协调 各 个 Agent 个体 所 提 交 的 服 务 请 求 , 将 其 转 化为 原 子 服 务 , 以 完 成需要 在 Agent 间 交互 的 复 杂 任务 。 领 域环境将 及 时 更新 表征 电力系统运行状态的 S ,并在 感 兴趣 的 E 发 生 时与各 个 Agent 个体 通 信 。领 域环境 包 括 如 下 功 能 :通 信 服 务 、 服 务 请 求 协调 、 状态 发 布 、 注册 /观察器 、 转 换器 。(1 通 信 服 务 。 通

46、信 行为 被 集 中 到 一 个类中, 对于 每 个 Agent 个体, 领 域环境定 义 一 个 与 之 通 信 的 接 口 。 接 口 中 定 义 了 Agent 个体的生存状态 S 及 其 触 发 事件 E 。(2 服 务 请 求 协调。在 处 理 复 杂 任务 时 ,多 个 Agent 间 的 服 务 请 求 间 可 能 会 有 冲突 或 重 叠 , 这 时 由 领 域环境 对 服 务 请 求目 标 进行 规 划 分析, 转 化 为 无 冲突 的 原 子 服 务 动 作 序列 , 交 给 能 提供相应 服64 赵川等：多智能体型电网调度决策支持系统 Vol. 30 No. 22 务的

47、Agent 个体处理。至于是否由领域环境实现对 发送者和接收者解耦，则应视工作环境的不同做不 同的设计。本系统中基于一个发送者可以有多个接 收者的考虑，采用了发送者接收者绑定方式。服 务请求协调的行为模式结构如图 6 所示。 请求发送 Agent 请求发送 请求 领域环境 规划分析 请求处理链接 请求 请求处理者 请求处理 请求 请求处理者 请求处理 Fig. 6 图 6 责任链 Chain of responsibility （3）状态发布。由环境反映出的系统状态变 化是通过对象的属性值改变实现的。当环境的状态 发生变化后，所有依赖于状态的 Agent 个体都应得 到通知并采取相应的更新行为

48、。在实现中采用了注 册/观察器行为模式，其结构如图 726所示。 Subject Attach(Observer Detach(Observer Notify( observers Observer Update( for all o in observers oUpdate( ConcreteSubject GetState( SetState( subjectState subject return subjectState ConcreteObserver Update( observerState observerState= subjectGetState( 图 7 注册/观察器 F

49、ig. 7 Register & observer 对图 7 中的内容介绍如下： 1）Subject 为目标，它知道它的观察者，可以 有任意多个观察者观察同一目标，同时也提供注册 和删除观察者对象的接口。其 Notify(函数通过调 用 Observer 的 Update( 函数 通知其观察者集合 observers 中的每个对象 o 及时更新所观察到的目标 状态。 2）Observer 为观察者，它为那些在目标发生 改变时需获得通知的对象定义一个更新接口 (Notify(函数。 3） ConcreteSubject 为具体目标， 它将有关状态 存入各 ConcreteObserver

50、 对象，当其状态发生改变 时向其各个观察者发出通知。GetState(函数用来得 知 ConcreteObserver 的状态，SetState(函数用来设 置 ConcreteObserver 的状态。 4）ConcreteObserver 为具体观察者，它维护一 个指向 ConcreteSubject 对象的引用，存储与目标一 致的状态， 实现 Observer 的更新接口以使自身状态 与目标状态保持一致。 当 ConcreteSubject 发生任何可能导致其观察者 与其本身状态不一致的改变时，它将通知它的各个 观察者。而在得到一个具体目标的改变通知后， ConcreteObserver

51、 对象可向目标对象查询信息， ConcreteObserver 使用这些信息以使其状态与目标 对象的状态一致。 这种模式定义了一种一对多的依赖关系。当一 个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都 得到通知并自动更新。这个模式中的关键对象是目 标和观察者。一个目标可以有任意数目的依赖它的 观察者，一旦目标的状态发生改变，所有的观察者 都得到通知。作为对这一通知的响应，每个观察者 都将查询目标以使其状态与目标的状态同步。 （4）注册/观察器。其作用是实现定购服务， 只是该服务仅是对特定的 Agent 个体完成，而非全 局式发布。定购服务用以满足 Agent 个体对某些数 据的特定需求。与状态发

52、布一样，其行为模式仍采 用注册/观察器结构。 （5）转换器。不同的 Agent 个体间对信息的 处理格式会有所不同，不同信息格式之间的转换需 求也由领域环境完成。通常 EMS 系统需要与第 3 方的软件模块个体交互，这时转换器是必需的。 可见，领域环境的复杂度随 Agent 个体的复杂 度增加而增加，减小环境中 Agent 个体的耦合度也 是以将交互协议封装进领域环境为代价的，因此领 域环境的维护显得异常重要。 对于电网调度决策支持系统，不允许出现决策 不确定的情况，为此笔者设计了一种基于规划27的 集中式群体决策方案。决策结果等价于基于知识库 推理的专家系统，可有效改善专家系统知识库升级 扩

53、展困难的问题。对本系统而言，知识库的升级被 分割成若干子问题，通过对状态的进一步划分、定 义更复杂的事件、定义 Agent 个体的生存状态与动 作逻辑等 3 方面完成扩展，并通过状态的层次划分 和事件的独立性达到扩展工作与现有系统的解耦。 3 实际应用 本文研究成果已成功应用于兰州电网，作者与 所在课题组与兰州供电局协作开发完成了用于地区 电网调度的决策支持软件系统。该软件以现有 EMS 资源为基础，在此基础上建立了由主站和子站共同 组成的故障信息系统，以此反映故障特征的数据和 反映稳态特征的 SCADA 数据共同作为数据源，采 用 Agent 技术建立了“地区电网调度决策支持系统” 的软件指

54、挥系统，实现了多软件系统自动进行协调、 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 第 30 卷 第 22 期 电 网 技 术 65 调用、分析和控制(包括网络拓扑分析、状态估计、 潮流计算、无功优化、静态安全分析、负荷预测、 故障诊断、故障恢复和故障操作指导；此外还加入 了智能调度操作票功能。 将现有 EMS 的应用功能扩 展至了电网正常状态、检修状态和故障状态，形成 了指导电网调度管理的综合决策支持。 实时状态下系统主要分为 3 个模块：正常稳态 分析、故障处理和调度操作票。指挥系统将根据测 量到的电网数据判断当前电网所处的状态和当前 任务，自行决

55、定进行何种分析计算。3 种状态中故 障诊断具有最高的优先级，它可以屏蔽其它 2 类计 算，这符合系统运行要求。电网调度决策支持系统 协调运行图如图 8 所示。 分析报告 安全分析 图 形 界 面 潮流计算 有 操作 任务 读取系统当前运行状态，也可接受调度员手工置入 的运行状态。 执行操作票任务时，系统可被故障诊断中断， 即如果在执行操作票任务时系统中有报警产生，则 决策系统优先处理报警信息，如果确实有故障发 生，决策系统将优先执行故障处理。 4 结论 电网调度决策支持系统是典型的互联软件系 统，其设计结构和设计模式影响到整个软件的质 量。本文从智能软件体系结构层面出发，将 Agent 思想引

56、入软件结构设计和行为型模式设计中。对环 境进行了建模，Agent 个体间通过对环境中概念(如 状态、 事件等的一致性理解实现了各软件模块在统 一环境中共享知识、协作计算的功能。赋予对象个 体感知环境的能力和合作完成任务的能力，解决了 软件 模块在线自主运行 和协调计 算的问题。使 Agent 技术在电网调度决策支持系统中得到了成功 应用，为我国调度自动化技术从分析型向智能型发 展进行了有益的基础性探索和尝试。 分析报告 经济分析 指挥系统 自动故障诊断 并屏 蔽其它计算 综合报告 故障恢复 故障诊断 故障操作票 恢复报告 诊断报告 正常操作票 状态估计 稳态信息 有报警信 息 产生 报警处理

57、报警信息 图 8 系统协调运行图 Fig. 8 Diagram of system coordinated operation 参考文献 1 2 3 于尔铿，刘广一，周京阳能量管理系统M北京：科学出版 社，1997 王明俊，傅书逷，吴玉生面向对象设计的开放式能量管理系统 M北京：中国电力出版社，1997 许树楷，谢小荣，辛耀中基于同步相量测量技术的广域测量系 统应用现状及发展前景J电网技术，2005，29(2：44-48 Xu Shukai ， Xie Xiaorong， Xin Yaozhong Present application situation and development te

58、ndency of synchronous phasor measurement technology based wide area measurement system JPower System Technology，2005，29(2：44-48(in Chinese 4 常乃超，兰洲，甘德强，等广域测量系统在电力系统分析及控 制中的应用综述J电网技术，2005，29(10：46-49 Chang Naichao，Lan Zhou，Gan Deqiang，et alA survey on applications of wide-area measurement system in power system analysis and controlJPower System Technology，2005，29(10： 46-49(in Chinese 5 毛安家，郭志忠与 SCADA 互补的 WAMS 中 PMU 的配置及数 据处理方法J电网技术，2005，29(8：71-74 Mao Anjia， Guo Zhizhong practical placement of PMU in