（电力系统及其自动化专业论文）基于mas技术的电网智能调度决策支持系统的研究与应用.pdf

肇嚣魄力大学颞士学襞论文 摘要 随着嗽黼的发展，谲度爨动纯系统翡智麓健及其昝模块闻的协调髓变褥越来越 重要。多代理系统( m u l t i - a g e n ts y s t e m 即m a s ) 技术是近年来发展起来的人工智能 瓤技术，蒸兔设计帮实瑗复杂获释控裁系统提供了薪途径，爱戴将冀瘟餍予智能谯 度系统具有重要的理论意义与应用价值。本文结合m a s 、e m s ( 能量管理系统) 及 d s s ( 决策支持系统 酶特点酋先嚣a g e n t 豹生存环境帮实酵瘴迸褥了设诗，然嚣稳 建了a g e n t 个体的结构，实现了对a g e n t 环境的描述与建模，赋予了环境中的a g e n t 个体惑知环境聱撩幸篝完成锰务獒施力，最基本文提搬了基于淞s 熬智能电翳调度决 策支持系统的结构及其实现过程。本系统较好地解决了调度软件系统在线自主运行 和协调的阅题。研究成果在某地调投入了应用并取得了良好的效果。 关键词：智能电网调度，协调，多a g e n t ，实时库，决策支持系统 a 鼗s 墨r a c 攀 w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fp o w e r 鲥出t h ei n t e l l i g e n c eo ft h ed i s t r i b u t i o n a u t o m a t i o ns y s t e ma n dt h ec o o r d i n a t i o nb e t w e e ni t sm o d u l e sa r eb e c o m i n gm o r ea n d m o r ei m p o r t a n t 。t h em u l t i a g e n ts y s t e mt e c h n o l o g yi sn e wi nt h ef i e l do fa r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c ei 纛r e c e n ty e a r s ，a n di tp r o v i d e sp e o p l e 磁盘an e ww a y 埝d e s i g nc o m p l i c a t e d s o f t w a r ec o n t r o ls y s t e m ，s oi t sa p p l i c a t i o nt ot h ed i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ns y s t e mh a sb o t h t h e o r e t i c a la n da p p l i e dv a l u e + b a s e do nt h ef e a t u r e so fa g e n t 、e m sa n dd s s ，t h ea r t i c l e f i r s t l yd e s i g n sa g e n t sl i v i n gc o n d i t i o n sn a m e l yt h er e a l t i m ed a t a b a s e ，a n dt h e nb u i l d si t s a r c h i t e c t u r e ，w h i c hc o m p l e t e si t se n v i r o n m e n t a ld e s c r i p t i o na n dm o d e l i n g ，a l s ot h ea g e n t i se n d o w e dw i t ht h ea b i l i t yt ob er e a c t i v ea n dc o o p e r a t i v e f i n a l l y , t h ea r t i c l ep u t s f o r w a r dt h ea r c h i t e c t u r ea n dr e a l i z a t i o np r o c e d u r eo ft h em a s b a s e di n t e l l i g e n t 鲥d d i s t r i b u t i o nd s s t h i ss y s t e ms o l v e st h ep r o b l e mo fo n l i n ea d a p t i v er u n n i n ga n d c o o p e r a t i o no f t h es o f t w a r es u c c e s s f u l l y t h es y s t e mh a sb e e na p p l i e di nar e g i o n a lg r i d d i s p a t c h i n ga p a r t m e n t ，a n dh a sa c h i e v e ds o u n de f f e c t k a n gq u a n ( e l e c t r i cp o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f l i uw e n y i n g k e yw o r d s ： i n t e l l i g e n t g r i d d i s t r i b u t i o n ，c o o r d i n a t i o n ， m u l t i - a g e n t ， r e a l t i m e d a t a b a s e ，d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m 声明尸州 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于m a s 技术的 电网智能调度决策支持系统的研究与应用，是本人在华北电力大学 攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成 果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大 学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同 志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 学位论文作者签名：趣日 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用 影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被 查阅或借阅；学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意 学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：链 导师签名： 日 期：理应丕目f 日 华j 电力大学颈士学位论文 1 1 课题研究的意义 第一章绪论 随着现代电网朝着大容量、高电压、强豆联的方向发展，电网的结构越来越复 杂，故障波及的范围越来越广，所造成的后果也日益严重，所有这些都对作为电网 运行管理指挥中心的电力调度提出了更高的要求和考验。而对于调度员来说，除了 本身的工作经验外，配置一套高性麓的电网调度自动化系统无疑是非常必要的，其 对保证电网安全、经济、优质的运行起着举足轻重的作用。 铁s c a d a ( s u p e r v i s o rc o n t r o la n dd a t aa c q u i s i t i o n 帮监测监控及数据采集系统) 到e m s 【i 】( e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m 即能量管理系统) ，我国的电网调度自动化系 统【2 j 至今已经发展了三代。上世纪7 0 年代基于专用计算机和专用操作系统的s c a d a 系统可以称为第一代，它只有实时数据采集和处理的功能，不具备应用分析的功能。 8 0 年代基予通用计算机的e m s d m s ( d i s t r i b u t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m 即配电管理系 统) 系统称为第二代，这代系统能实现比较完整的s c a d a 功能，而且还有一定的应 用分析能力。9 0 年代基于r i s c ( 精简指令集计算机) u n i x 的开放分布式e m s 系统 称为第三代，它采用了大型的关系型数据库和先进的g u i ( 图形用户界面) 技术，同 时其中的高级应用分析软件越来越丰富。国内目前绝大多数的调度自动化系统属于 第三代。 但是，随着电网和信息技术的快速发展，第三代调度自动化系统也逐渐地暴露 出它豹缺点： 首先，智能化程度不高。目前e m s ( 能量管理系统) 虽然已得到了广泛的应用， 健由于只停留在分毒式独立在线计算分辘阶段，还需要调度人员进行被动调用进行 计算分析，然后再进行综合决策，这使得调度员对电网工况改变的响应滞后。而且， 对e m s 中各高级鹰魇软捧的调用很大程度上取决于调度员对电网的关心程度，实 际工作中调度员更多的是根据自身的经验来对电网进行调度，这往往就达不到最合 理、最经济的调整，也为电网的安全运行埋下了隐患，特别是当系统发生较严重的 故障时，会从s c a d a 传上来一大堆事故报警事项，这时调度员仅凭经验在较短的 时问内不太可能做出可靠的反事故调整决策。 华电力大学颈士学建论文 其次，可视化【3 】等技术应用较少。可视化技术是计算机技术和图形学交叉发展的 产物，因其对数据直观的表现方式，现今已经在医学、气象等领域得到了广泛的应 用。可视化技术在豳前的调度自动化系统中主要只是体现在一次接线图上面，在接 线圈上只熊看到以符号正负来标注流动方向的潮流数值以及黑不同颜色标注的各 个电压等级的母线和线路，而且，经各高级应用分析计算后的统计报告更多的还是 直接以数字的形式表示，显得不够直观。另外，如今多媒体技术已经发展褥比较成 熟，可考虑应用声音和视频等技术实现诸如语音报警、遥视等功能。 最后，系统中各组成模块的升级以及其闻的协调性有待加强。现代e m s 虽然在 可靠性、响应速度、可维护性和开放性等方面有了较大提高，但是修改原有功能、 增加新功能和升级系统仍然很困难，甚至需要将原来的设计推倒重来。所谓协调性 是指按照一定的逻辑规则，使系统内的各部分既准确又流畅地运行，达到对系统资 源最优化的配置和利用。虽然目前计算机的性能已经很强大，但对于一个较大的电 溺来说，对其进行次静态安全分析或者无功优化软件的运行将会占用系统大量的 c p u ，如果同时再运行一个其它的应用软件模块，足以导致系统运行困难或死机。 另外，根据在不同状态下对电网所起作用大小的不同，各模块间应有运行优先级的 问题，比如说在事故状态下，故障诊断软件模块应优先运行，此时它应该有最高的 级别。所以说，协调性问题的解决是一个重点同时也是一个难点。 综上新述，电网的发展，尤其是电力市场改革的深入对电潮安全、经济运行的 要求将进一步提高，用户对电能质量的要求也将越来越高，目前所运行的调度自动 化系统所暴露出的缺点将越来越明显，这也必将导致调度员工作量的园益繁重。因 此，非常有必要开发具有智能性的现代电网调度自动化系统，由此本文提出了开发 基于m a s ( m u l t i a g e n ts y s t e m ) 技术的电嬲智能调度决策支持系统。 电网智能调度决策支持系统的基本运行原理就是根据实时采集上来的遥信、遥 测等数据，运行相应的高级应用模块对电网当前的运行状态进行评估，然后将评估 结果和事先设定的舀标状态进行对比，并根据状态调稻对应的高软应用进行计算分 析，最后给出能使系统既安全又经济运行的调整策略。 作为智能调度系统应具备如下功能： ( 1 ) 系统应能运用相应的模型、算法和知识实时地监视和评估系统当前所处的状 态，在系统正常运行时，绘出“忧患预警”，实时告知系统薄弱所在。同时，还可 以给出改善系统安全性和经济性的建议和策略，使电力系统始终运行在正常状态 下。 ( 2 ) 能根据实时采集上来的遥信及保护数据进行在线故障诊断，并给出最佳的故 障恢复方案，开出合理的故障操作票。 2 华l 乏电力大学硕士学位论文 ( 3 ) 为调度员提供点图开票、自动开票、短语开票等人性化的开票方式，并在开 票过程加入了五防等操作飙剿，避免因误开搡作给电溺带来严重的后果。 ( 4 ) 能实现定时发布、打印报表。 5 ) 充分利用w e b 资源，实现w e b 形式的报警功能，使对w e b 的访问由被动 转为主动，尤其是在紧急情况下，可以大大提高从调度员到领导各个部门对突发事 件的响应速度和协调能力。 ( 6 ) 结合电力系统的特点，将声音、图象等技术应用于诸如智能报警等领域。能 在系统中看到潮流动画、饼图、电压等位图等可视化效果。 ( 7 ) 系统中的各功能模块能按照设定的逻辑规则、优先级别协调地运行，不至于 相互冲突，降低系统性能。 为了构建智能调度系统这种薪的e m s 结构模式，我们将多a g e n t 4 l 的概念与方 法引入进来，将各软件模块封装进化为a g e n t 个体，以此来应对新形式下电网发展 对调度自动化提出的要求。但如何构造a g e n t 的生存环境，如何针对电力系统的特 点构建a g e n t 个体以及协调多个a g e n t 之间的关系，就变成一个急需解决的问题。 基于多a g e n t 的电网智能调度决策支持系统就是要为这些a g e n t 构建一个基础生存 环境，然螽在此基础上对a g e n t 及其知识库进行进一步的建模，使他们能够协调地 运行于一个统一调度的环境下，能够根据实时采集的数据以及当前的命令，智能化 遣决定执行哪些分析计算，以及这些计算模块以何种次序、祷种组合方式执行，并 在执行这些分析模块的过程中与运行人员实现信息交互、知识共享、共同完成调度 任务等功能。 1 2 国内外研究现状 a g e n t 技术的不断发展，使得面向软件工程方面的研究成为了热点。在应用领 域方面，w o o l d r i g e 和j e n n i n g s 5 分析了a g e n t 技术的适用范围，总结出适合多a g e n t 系统的应用领域即复杂软件系统，该系统具有以下特征： l 、具有复杂的结构，系统可以分解成多个相关的子系统。 2 、分解后的予系统较原系统更容易扩展和升级。 3 、较容易区分子系统内部和子系统闻的交互作用，翦者较后者发生得更频繁且 有规律。 两决策支持系统【6 】具有以上几种特征，属于复杂软件系统，其往往包含多个决 策日标，系统可以按照决策疆标划分成相应的子系统。决策支持系统需求多变，开 始建立的系统在演进中会不断的更改。因此，对于具有复杂特点的决策支持系统而 言，建立多a g e n t 系统成为一种合理的选择。茜前，该领域的研究也是热点，产生 3 华l 电力大学颈圭学位论文 了不少研究成果。文( 5 】提出了一种常见的基于a g e n t 的决策支持系统框架：该框架 按照a g e n t 的功能特点，将a g e n t 划分为接阏a g e n t 、任务a g e n t 和信息a g e n t ，这 三类a g e n t 通过协作来完成决策分析任务。但是，这种框架更多的是出于功能方面 以及关键技术分离酶考虑，因此实际应用较为困难，另外各类a g e n t 闻会产生复杂 的交互行为，过多的复杂交互必然带来可更改性与可集成性的降低，这是不符合决 策支持系统要求的。 因多a g e n t 理论的适用条件与电网调度系统的特征比较吻合，近年来有许多专 业人士尝试用多a g e n t 技术构建具有智能性、协调性和扩展性良好的e m s 及调度自 动化系统，并取得了许多有意义的成果。 在应用a g e n t 技术的系统中对a g e n t 生存环境的设计是至关重要的。调度自动 化系统对数据实时性的要求缀严格，一般数撼刷薪的周期不超过5 秒铮。因此，对 作为a g e n t 生存环境的实时库的设计是构建m a s 调度系统中的关键一环。 文【7 】阐述了调度自动纯系统相对予传统事务型应用的特殊性，对实时数据库的 关键性技术和难题进行了分析，并以此为基础提出了个具有普遍意义的实时数据 库模型和体系结构。 文f 8 】分析了能量管理系统( e m s ) 中实时数据库技术的现状以及影响实时数据库 技术发展的原因，分析了e m s 的应用环境特点，对设计开发符合i e c6 1 9 7 0e m s a p l 标准的新一代e m s 的实时数据库管理系统提出了一些观点，特别是如何提高 数据库访问效率，使之满足e m s 中实时应用的要求。 文【9 】从实时数据库的功能特征如发，从多方面介绍实时数据库的系统结构相关 键技术，并结合电力生产的特点给出电力企业在进行实时数据信息集成时需要遵循 的几条基本准则。 对于创建基于a g e n t 技术的e m s ，国内外很多研究者也提出了新的结构模式： 现代能量控制中心的创始人d y ，l i a c c o 最早全面论述建立电力系统智能调度系 统d o 的思想，其文章发表于1 9 9 7 年。文中仅论述了关予建立翻动型调度( a u t o m a t i c o p e r a t o r ) 系统的设想，主要目的是为了解决电力系统的紧急控制问题。文中建议将 包括动态安全分析、自动学习、操馋员仿真培调等在内戆多个软件整合予一体，并 使其自动运行，实时监测电网状态，以实现紧急控制的目的。在线运行的a o 每1 5 分钟执行一次计算，计算采用模式识别和决策树方法不闯断地产生训练集，以模拟 人类调度员对电力系统的运行情况的在线监测和自动学习。最后，通过不断的学习， a o 将逐渐变成有经验的调度员。但该文中没有叙述如何考虑自动实现电网的故障 处理。 在i e e ep e s2 0 0 5 年会上，许多论文】【1 2 】论述了a g e n t 技术在调度系统中的应用。 它们认为，最有应用翁景的方法是把各应焉与接目分别雳a g e n t # 壳包装起来，建立一 。 4 华麓逛力大学硕士学蕴论文 些作用于应用a g e n t 的面向任务的接口a g e n t ，以便执行调度员需要完成的任务。为完 成调度员的新要求，可以增加或修改面向任务的接n a g e n t ，丽不会影响其它应用a g e n t 。 由于在修改或升级e m s 软件时出现的任何错误都可能引起严重后果，因此可利用a g e n t 技 术对系统进行局部骖改或升级，恧不需要把全部原有设计推倒重来。 文 1 3 】提出了基于m a s 的电网运行决策支持系统的体系结构，并对其结构，功 能及决策过程作了详细介绍。但是其论述还停留在理论水平阶段，没有进行实用化研 究。而且，对于各职能主体间的具体协作方法没有进行详细论述。 文【1 4 根据电力系统的特点对a g e n t 个体的生存环境及事件驱动进行了建模和 形式化，建立了状态一事件形式的知识库结构。然后对a g e n t 个体进行了分类和行 为分析，并对e m s 中的模块进行了封装，从而实现了从对象到a g e n t 的进化。文章 最后提出了种基予m a s 的调度决策支持系统。 文1 1 5 】则在定义了电网调度管理的m a s 模型的基础上，给出了各个a g e n t 个 体闻完成协作的合作算法。合作算法包括墨标识别、隧标分解、任务分配等几个阶 段，求解是基于黑板结构进行的。 综上所述，关于a g e n t 技术在e m s 及调度系统中的应用总体上处于理论阶段， 尤其是对知识库的建模还不够成熟，因此有必要探讨如何将a g e n t 思想真正渗透至 实际系统中去。 1 3 本文的主要研究内容 对m a s 技术的研究是现在的研究热点，在国内外都属于前沿课题。针对上述 调度自动化系统存在的一些缺点，如自制性不好、协调性差、智能性弱、交互性差 等，我们提出将m a s 技术应用于智能调度决策过程中，m a s 技术具有自主性、分 布性、协调性，并具有自组织能力、学习能力和推理能力。采用m a s 技术解决实 际应用问题，具有很强的鲁棒性和可靠性，并具有较高的问题求解效率。 本人在应用m a s 技术建立电网智能调度决策支持系统的过程中，主要做了以 下工作： 1 运用m a s 理论，针对目前i d s s ( i n t e l l i g e n td e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m 即智能决 策支持系统) 中存在的一些不足，建立基于m a s 技术的智麓调度决策支持系统结构 模型。 2 设计电网智能调度决策支持系统的总体结构，并对数据库系统、知识库系 统以及a g e n t 问的协调通信进行描述和设计。 3 简要介绍基于m a s 的电网智能调度d s s 的整体框架的实际应用。 本文共分六章，各章主要研究内容如下： s 华悲电力大学硕士学位论文 第一章，介绍了调度自动化系统和a g e n t 技术应用的现状以及将a g e n t 技术应 震于调度系统的可行性。 第二章，简要介绍了a g e n t 及多a g e n t ( m a s ) 的概念和特点。 第三章，阐述了决策支持系统s s ) 理论，并介绍了足种典型的d s s 结构。 第四章，首先，建立了基于a g e n t 技术的新型i d s s 架构，然后根据电力系统 及e m s 的特点，对本系统的数据库、知识库进行了描述与设计，并对系统内各a g e n t 间的通信协作进行了介绍。最后提出了基于m a s 的电网智能调度d s s 的整体框架。 第五章，简要分绍了本系统的实际应用。 第六章，结论与展望。陈述了本论文的创新点和结论，分析了存在的问题和迸 一步的研究方向。 6 华= | 乏电力大学硕士学位论文 2 1a g e n t 基本理论 第二章a g e n t 技术简介 2 1 1 a g e n t 的概念及特点 a g e n t 理论与技术研究源子分鑫式人工智能( d a i ) ，近年来作为- - f l 设计和开发 软件系统的新方法已经得到了学术界的广泛关注，为分布开放系统的分析、设计和 实现提供一个崭新的途径。 关于a g e n t 的定义有较多的版本，其中最经典的是由w o o l d r i d g e 和j e n n i n g s 【l 6 l 共同提出的定义：a g e n t 是一类在特定环境下能感知环境，并能自治地运行以代表 其设计者或使用者实现一系列目标的计算实体或程序。另外，在关于a g e n t 特性的 研究中，他们还提蹦了a g e n t 的“强定义 和“弱定义”的概念。 弱定义a g e n t 用来最一般缝说明个软硬件系统，它一般具有以下蹭个特性。 ( 1 ) 自治性( a u t o n o m y ) ：a g e n t 可以在没有人或其他a g e n t 直接干预的情况下运 作，恧且对鸯己的霉亍为和内部状态有某耪控制能力。 ( 2 ) 社会性( s o c i a la b i l i t y ) ：a g e n t 和其他a g e n t ( 也可能是人) 通过某种a g e n t 语言 进行信息交流。 ( 3 ) 反应性( r e a c t i v i t y ) - a g e n t 能够理解周围的环境，并对环境的变化作出实时的 响应。 ( 4 ) 能动性( p r e a c t i v e n e s s ) ：a g e n t 不仅简单地对其所处的环境作出反应，也能够 通过接受某些启动信息，表现出有目标的行为。 在这种定义下，最简单的a g e n t 就是具有上述特性的一个计算机进程。这个进 程简单到只需要具有特定的动作逻辑，能够与别的a g e n t 交换信息。m i n s k y 从多 a g e n t 的群体智能角度指出：这些进程我们称之为a g e n t ，尽管他们本身只会做一些 简单的事，但当我们用特定的方法将这些a g e n t 组成个社会( s o c i e t y ) 时，就产生了 真正的智能。 从强定义的角度讲，a g e n t 除了具有上面这些特性井，还应其备通常人类的心智 状态方面的特性，如知识、信念、意图、承诺等心智状态。这其中最著名的是b r a t m a n 从行为意图角度给出的a g e n t 信念一意图一承诺模型【f 魏。但是由于对入的心智思维 7 华j 乏电力犬学硕士学位论文 的研究目前尚未取得大的突破，强定义a g e n t 技术仍处于理论研究阶段。 除了以上的特性外，a g e n t 还具有诸如移动性、顺从性、理智性等特性。在实际 系统中，个a g e n t 并不能保证具有以上的全部属性，因所研究和关心的问题不同 而苓一致，焉显基本上所有的研究还都处于起步阶段，许多重要的阀题有待进一步 研究。 2 1 2 a g e n t 的表示与分类 从构建a g e n t 的角度出发，单个a g e n t 的结构通常分为愚考型a g e n t 、反疲型 a g e n t 和混合型a g e n t 。 ( 1 ) 愚考型a g e n t ( d e l i b e r a t i v ea g e n t ) 。构造a g e n t 的经典方法是将其看作一种特 殊的知识系统，即通过符号a i ( a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ) 的方法来实现的表示和推理， 这就是所谓的思考型a g e n t 。思考型a g e n t 的最大特点就是将a g e n t 看作是一种意 识系统，威该能模拟出被代理者具有的所谓意识形态，如信念、愿望、目标、承诺 等。构造思考型a g e n t 需要考虑以下问题： i ) 转换问题：如何将现实世界用准确的、合适的符号描述。 i i ) 表示推理问题：如何用符号表示复杂现实世界中的实体和过程，以及如何让 a g e n t 在一定的时闻内根据这些信息进行推瑗作出决策。 然而，在现实世界中要实现这些都有一定的难度。因为构建思考型a g e n t 要考 虑用什么样的意识形态来刻溺a g e n t ，丽不黑的a g e n t 模型或系统对意识形态有不 同的认识和分类。其次，如果表示太复杂，思考型a g e n t 适应动态环境会有一定程 度的局限性。 图2 1 给出了一个典型的思考性a g e n t 的框图。表明当前的感知信息与原来的 内部状态结合，产生修改当前状态的描述。 8 华l 艺瞧力人学硕士学袋论文 a g e n t 个体 s e n s o r i i i 内n n 部e r 状s t a 悫t e h 目前o u 耶t e 燧r s 怎t a t 么e 样 i 环 i 。n 彻o w l e 库d g 。h p 。篓恐g 境 i g 脯o a lh 该嚣作 效心器 r e a c t o r w 2 。i 思考霉! a g e n t ( 2 ) 反成型a g e n t ( r e a c t i v ea g e n t ) 。由于符号a i 的特点和种种限制给思考型a g e n t 带来很多遴未解决、甚至根本无法解决的问题，这就导致了反应型a g e n t 的出现。 反应型a g e n t 理论认为a g e n t 的智能取决予感知和行动，a g e n t 可以像人类一样逐 步进化，a g e n t 的行为只能在现实世界与周围环境的交互作用中表现出来。反应型 a g e n t 能及时而快速地响应外来信息和环境的变化，但缺乏一定的灵活性。反应型 a g e n t 的结构如图2 - 2 所示： 赞感器 s e b s o r a g e n t 个体 土 曩翦巧境蓉么撵 环 rs t a t e 位 1 r坑 i 条幸， - 动作趣嬲 l 一 - | 该慧么动作 r u l e a c t i o n l。l a c t i o n j 毒 效应器 、 r e a c t o r m 2 2 反应裂a g e n t 3 ) 混合型a g e n t ( h y b r i da g e n t ) 。反应型a g e n t 能及时面快速地响应外来信息和 环境的变化，但缺乏一定的灵活性和智能性。思考型具有较高的智能性，但无法对 环境的变化作出快速响应，而且执行效率相对较低。混合型a g e n t 正是结合了两者 的优点，具有较强的灵活性和快速响应性。 混合结构的系统通常被设计成至少包括如下两部分的层次：高层是一个包含符 号世界模型的意识层，它用传统符号a l 的方式处理规划和进行决策：低层是一个 9 华l 电力大学硕士学位论文 能快速响应和处理环境中突发事件的反应层，它不使用任何符号表示和推理系统。 反应层通常被给予更高的优先级。 图2 3 给出了种混合型a g e n t 的框图。它在一个a g e n t 中有机地组合了多 种相对独立，并行执行熬智熊形态。包括感熊( p e r c e p t i o n ) 、动作( a c t i o n ) 、反应 ( r e a c t i o n ) 、建模( m o d e l i n g ) 、规则( p l a n n i n g ) 、通信( c o m m u n i c a t i o n ) 、决策( d e c i s i o n m a k i n g ) 等模块。 厂一一一一 e n v i r o n m e n t 图2 3 混合型a g e n t 2 2m a s ( 多a g e n t 系统) 理论 2 2 1m a s 定义与特点 m a s ( m u l t i - a g e n ts y s t e m ) 是指由一组在逻辑上或者物理位置土分布麴a g e n t 组成，它们通过网络连接，麸享资源，为完成共同的任务而形成一个有组织的系统。 m a s 理论研究是以单a g e n t 理论研究为基础的，其主要特点有： ( 1 ) 分奄存储和控制 在m a s 中，单个a g e n t 只存放本节点的知识和数据，对于一个规模较大的问 题的求解往往需要多个a g e n t 共同协作来完成。a g e n t 闯共事数据和知识，也可以 向其他a g e n t 提出服务请求来获取需要的信息。因此，m a s 总体知议和数据的存储 表现为分柿的特点。m a s 的控制功能由各自治a g e n t 独立分柿完成。 ( 2 ) 并行处理 1 0 华j 电力大学硕士学囊论文 各节点选择有利于自己局部利益的控制策略和决策目标，自主地做出决策，因 此决策的制定和任务的执行表现出并行的特点。这季孛并行处理机制可大大提高问题 求解效率。 ( 3 ) 健壮性 m a s 中各a g e n t 的自治性和松教耦合关系，使褥其中个别a g e n t 嬲现故障时， 不会影响其他a g e n t 的正常行动，也不会给整个m a s 的运行造成灾难性后果，甚 至还可以通过协商、协调将其局部任务交给其他a g e n t 执行，不影响整体任务的完 成。 ( 4 ) 易扩充和修改 只要配置相应的通信协议和控制策略，以及相应的知识和数据，新的a g e n t 就 可以加入m a s 中正常运行，焉原有的m a s 系统不需安徽任何改动，故扩充j # 常容 易。同时，对任意个a g e n t 的修改都是局部行为，只涉及到本a g e n t 模块。在修 改过程中，其余a g e n t 仍然可以正常运行，不受此a g e n t 影响，对整个m a s 来说， 修改是缀方便的。 2 2 2m a s 主要研究内容 m a s 主要研究在逻辑上或物理上分离的多个a g e n t 协调其智能行为，即知识、 嚣标、意图及规划等，实现润题求解。m a sw 看作是采用自底向上的设计方法设计 的系统。因为在原理上分散自主的a g e n t 首先被定义，然后研究怎样完成一个或多 个a g e n t 上的问题的求解。a g e n t 之间可蹩是协作关系，也霹缝存在着竞争，甚至 是敌对的关系。目前关于多a g e n t 系统的研究主要集中在如下几方面： ( 1 ) a g e n t 模型 m a s 是由多个a g e n t 及其所处环境构成的。单个a g e n t 的模型和结构对多a g e n t 系统的影响很大。在多a g e n t 系统中a g e n t 的模型还有另外的涵义，就是一个a g e n t 对其它a g e n t 的建模，即如何在一定的抽象层次上描述关于其它a g e n t 的知识。这 是多a g e n t 推理和协作的基础。为了满足对a g e n t 的个体智能性和群体交互的要求， 特别是在翻主性戒冀对a g e n t 的基本要求之后，a g e n t 必须适应环境的变化和群体 交互的变化。 ( 2 ) a g e n t 的通信 a g e n t 之间的通信是实现a g e n t 间相互作用的基础。a g e n t 间的通信涉及到a g e n t 之间的物理方式、a g e n t 通信语言的理解和生成等。如果多a g e n t 是异质的，则如 何将不同的知识表示转换成相同的通信语言也是一个重要的问题。目前a g e n t 的通 信方式主要有黑板系统和消息通信系统。 黑板系统潮l 黑板系统是传统的人工智能系统和专家系统的议事同程的扩充，通过使用合适 的结构支持分布式润题求解。在多a g e n t 系统中，黑板提供公共工作区，a g e n t 可 华l 艺电力大学硕士学蹙论文 以交换信息、数据和知识，a g e n t 可以在黑板写入信息项，其它a g e n t 可以通过黑 板读取信息，a g e n t 之间不巍接发生通信。 消息通信系统 消息通信是两个a g e n t 之闻壹接的瀵息交换，发送者要为消息指定唯一的 地址，然后目标a g e n t 才能读取消息。为了支持协作策略，通信协议必须明确通信 过程、消息格式和选择通信语言。采用消息通信是实现灵活复杂的协调策略的基础。 图2 。4 说明了巍向黑板和面向消息的a g e n t 系统躲通信原理。 瓣囊黑板的逶信 a g e n ta ( 发送者)a g e n t8 ( 接收者) 一 图2 4 面向黑板和面向消息的通信方式 ( 3 ) a g e n t 之闻的协调与协作 多a g e n t 协调是指具有不同目标的多个a g e n t 对其目标、资源等进行合理安排， 以协调各囊行为，最大程度地实现各自垦标。多a g e n t 协作是指多个a g e n t 通过协 调各自行为，合作完成共同目标。 2 2 3m a s 的组织结构 m a s 的组织结构为a g e n t 成员提供了一个相互之闯交互的框架，为每个a g e n t 成员提供一个多a g e n t 群体求解问题的高层观点和相关信息，以便合理的分配任务 著使这些a g e n t 成员能够更好的协同工作。在开放、动态环境中，组织结构的适应 性十分重要。从运行控制的角度来看，多a g e n t 系统的体系结构可分为种集中式、 分布式和混合式。 ( 1 ) 集中式结构：将系统分成多个a g e n t 组，每个a g e n t 组采取集中式管理， 即每一组a g e n t 提供个具有全局知识的控制a g e n t ，通过它来实现多a g e n t 合作 的局部控制，如任务规划和分配等，并显由一个消息传递a g e n t 来承担消息传递任 12 华j 电力大学硕士学僚论文 务，而整个系统采用同样的方式对各成员组进行管理。集中式能保持系统内部信息 的一致性，实现系统的管理、控制和调度较为容易。此方式的缺点是随着各a g e n t 复杂性和动态性的增加，控制的瓶颈问题也愈加突出，其致命的缺点还在于，旦 控钊局部或全局区域昀管理a g e n t 崩溃，将导致整个区域或系统崩溃。 ( 2 ) 分布式结构：各a g e n t 组之间和组内各a g e n t 之间均为分布式结构，各a g e n t 组或a g e n t 无主次之分，处于平等地位。a g e n t 是否被激活以及激活震做什么动作 取决于系统状况、周围环境、自身状况以及当前拥有的数据。此结构中可以存在多 个中介服务机构，为a g e n t 成员寻求协作伙伴时提供服务。这种结构的优点是增加 了灵活性、稳定性，控制的瓶颈问题也能得到缓解，但仍有不足之处：因每个a g e n t 组或a g e n t 的运作受限于局部和不完整的信息如局部网标、局部规划，很难实现全 局一致的行为。 ( 3 ) 混合式结构：混合式结构般是由集中式和分布式两类结构组成，它包含 一个或多个管理服务机构，此机构只对部分成员a g e n t 以某种方式进行统一管理， 参与解决a g e n t 之间的任务划分和分配、共享资源的分配和管理、冲突的协调等。 其它成员之闻是平等的，它们的所有行为由翻身做出决策。此种结构平衡了集中式 和分布式两种结构的优点和不足，适应分布式系统复杂、开放的特性，因此是西前 m a s 普遍采用的系统结构。 2 3 本章小结 本章主要论述了a g e n t 的概念和定义，并在此基础上分析了三种a g e n t 结构，对 比了它们的优缺点。在此基萋窭上介绍了m a s 的研究内容，并对其通信方式和组织 结构作了简要阐述，为下面几章的展开奠定基础。 1 3 华l | ：电力人学硕士学位论文 3 耋决策支持系统概述 第三章决策支持系统 2 0 世纪7 0 年代k e e n 和s c o t tm o r t o n 首次提蹬了崧决策支持系统( d e c i s i o n s u p p o r ts y s t e m ，简称d s s ) 一词，标志着利用计算机与信息支持决策的研究与应 用进入了一个新的阶段，薨形成了决策支持系统毅学科。堡由于它是种新型的、 不断充实与发展的系统，其确切概念或定义始终处于发展和探索之中，概括起来可 以认为，决策支持系统是一个具有如下基本内涵的计算机管理系统： ( 1 ) 支持问题的求解。闯题求解支持不是要取代决策者而自动地完成决策问题 的求解，丽是通过提供与决策问题有关的数据、信息、模型及方法等，来帮助决策 者进行决策分析，以提高决策者的闷题求解能力和决策水平。 ( 2 ) 支持决策者的信息处理。可以弥补人脑信息存储的不足，它不但可以按决 策者的要求被动地提供信息，恧且也能在一定程度上对决策者进行诱导，主动地提 供给决策者非自求信息，使决策者将注意力集中在重要信息上。 ( 3 ) 支持决策者的知识管理。能弥补由于各种因素导致的决策者知识管理的不 足，所拥有的知识及其知识片段之间的关系扩展了决策者的认知图，放松了决策者 在知识表示上的限制。快速和大容量的知识处理能力也大大克服了决策者在知识处 理速度和容量上的不足。 综上所述，可认为决策支持系统是辅助决策者通过数据、模型和知识，以人机 交互方式进行半结构佬或j 结构纯决策豹计算机应用系统。它是管理信息系统囱更 高一级发展而产生的先进信息管理系统。它为决策者提供分析问题、建立模型、模 拟决策过程和方案的环境，调用各种信息资源和分析工具，帮助决策者提高决策水 平和质量。 决策支持系统是随着数学理论( 如运筹学、数理统计等) 与计算机技术的发展而 不断发展进步的，它的发展大体上可以分为以下四个阶段： ( 1 ) 7 0 年代初期，决策支持系统刚刚出现，它主要还是一种面向数据的信息处 理系统，其标志是把交互技术应焉于管理任务，以便借助于计算机傲懑复杂的管理 决策。到7 0 年代术，d s s 大都由模型库、数据库及人机交互系统等三个部分组成， 它被称为初级决策支持系统。 1 4 华l | ：电力犬学硕七学位论文 ( 2 ) 8 0 年代，d s s 增加了知识库与方法库，构成了三库系统或四库系统。知识 库系统h 明怒有关规则、因果关系及经验等知谈的获取、解释、表示、推理及管理与 维护的系统。知识库系统知识的获取是一大难题，但几乎与d s s 同时发展起来的专 家系统在此方面有所进震。方法瘴系统是以程序方式管理和维护各种决策常用的方 法和算法的系统。但是这一阶段的决策支持系统模型化能力较弱，人机接口友好性 不高，对环境变化的适应能力较差，决策支持系统与其它信息系统不兼容，甚至决 策支持系统之间彼此也不兼容，所有原始数据都要人工输入，数据更新很困难。 ( 3 ) 8 0 年代中期开始，决策支持系统的发展以人工智能学科的渗入为主要特征， 强调不但要对结果进行决策支持，而且要对决策过程进行支持，注重系统所具有的 智能性、创造性和适应性，强调对决策全过程进行支持。 ( 4 ) 近年来，d s s 与计算机网络技术楣结合构成了新型的、能供异缝决策者共 同参与决策的群体决策支持系统g d s s ( g r o u pd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ) 。在g d s s 的基础上，为了支持范围更广的群体，包括个人与组织共同参与大规模复杂决策， 人们又将分布式的数据库、模型库与知识库等决策资源有机地集成，构建分布式决 策支持系统d d s s ( d i s t r i b u t i o nd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ) 。 3 2 决策支持系统的框架分析 3 2 1 决策支持系统框架的特性 设计模式 2 0 】对框架有如下定义：“af r a m e w o r ki sas e to f c o o p e r a t i n gc l a s s e s 也a tm a k eu par e u s 幻l ed e s i g nf o ras p e c i f i cc l a s so fs o f t w a r e ( - - 个框架就是一组相互 协调的类，对于特定的一类软件，构成了一种可重用的设计1 ”。 软件框架选择恰当与否往往会对整个系统的性能( 可移植、可更改、可集成等) 产生较大的影响。小的软件系统可以通过编程或调试措旅来达到性能的要求，而随 着软件系统规模的扩大，这种技巧将越来越