（电力系统及其自动化专业论文）jade在继电保护中的应用研究.pdf

广东丁业人学硕 j 学位论文 在本文中，系统采用面向对象的j a v a 语言完成，开发工具使用e c l i p s e ，采 用j a d e 仿真平台实现系统的分布式交互。 关键词：继电保护，多a g e n t 系统，j a d e 平台 i i a b s t r a c t a b s t r a c t i nt r a d i t i o n a lp o w e rs y s t e mp r o t e c t i o ns c h e m e s ，t h ep r o t e c t i o ns e t t i n g sa r e c a l c u l a t e da c c o r d i n gt ot h es e t t l e d ，l o c a li n f o r m a t i o n ，w h i c hc a nh a r d l ys a t i s f ya l l p r o t e c t i o nr e q u i r e m e n t s ，i e ，s e l e c t i v i t y ，f a s ta c t i o n ，s e n s i t i v i t ya n dr e l i a b i l i t y ，o f r e s p o n d i n gt os y s t e mf a u l t s w h e nt h eo p e r a t i o nm o d eo fp o w e rn e t w o r kc h a n g e d s e v e r e l y t h et r a d i t i o n a ls e t t i n g so fm a n yr e l a y si nap o w e rs y s t e mm a yb ei n f e a s i b l e a n du n c o o r d i n a t e d ，w h i c he v e n t u a l l yc a u s et h em a l - o p e r a t i o no fr e l a y w h e t h e r p r o t e c t i v er e l a y i n gc a ns a t i s f yt h en e e d si sc o r r e l a t i v ew i t hm a n ya f c t o r s ，s u c ha st h e a m o u n to fs a m p l ei n f o r m a t i o n ，t h e o r ya n dc r i t e r i o no fp o r t e c t i v er e l a y i n g ，a n dp r o p e r s e t t i n g ，e ta 1 a tp r e s e n t ，c u r r e n tr e l a y i n ga n dd i s t a n c er e l a y i n ga r ea p p l i e dw i d e l ya s t r a n s m i s s i o np r o t e c t i o n ，b u tb e c a u s eo fb e i n gw o r k a b l ew i t hl o c a lp o w e rs y s t e m i n f o r m a t i o n ，t h e yh a v em a n yd i f f i c u l t i e so ns e t t i n gc a l c u l a t i o na n dc h e c k o u t ，a n da r e n o ts a t i s f i e dw i t hp r o t e c t i o nc a p a b i l i t i e s h o wt oi m p r o v eo nt h em e a n so fc a l c u l a t i o n a n dc h e c k o u ts e t t i n g so fp r o t e c t i v er e l a y i n g ，a n dh o wt os e e kn e w p r o t e c t i v et h e o r y ，c r i t e r i o na n dp e r f o r m a b l es c h e m eb yn e w t e c h n o l o g y ，a r ed i r e c t i o n so fw o r k i n gt oa l l r e s e a r c hp e o p l e t h ep a p e rc o m p r i s e st w op a r t ：t h ef i r s to n ei st h er e s e a r c ho fm u l t i a g e n t s y s t e m ；t h es e c o n do n ei st h er e s e a r c ha n du s eo fj a d es i m u l a t i o np l a t f o r m a saa t t e m p tt or e s e a r c ho ns i m u l a t i o no fm u l t i - a g e n ts y s t e m ，t h ep a p e r a n a l y z e s t h ea r c h e t y p eo fm u l t i - a g e n ta c c o r d i n gt op r i n c i p i u mo fs i m u l a t i o nd e v e l o p m e n tt h e p a p e ri n t r o d u c e st h em u l t i a g e n tp r o t e c t i o ns i m u l a t i o ns y s t e mb a s e do nj a d et h a t i n c l u d e sb r i n g i n gf o r w a r d ，t o t a ld e s i g n ，d e t a i ld e s i g nt oa c h i e v e m e n t t h ep r o j e c t s u c c e s s f u l l yp u t s o nap l a t f o r m ，t h ec o n d i t i o na n dt h er e s u l to fs i m u l a t i o ns y s t e m b a s i c a l l ya c h i e v et h ee x p e c t e do b j e c t i v e t h es y s t e mh a ss o m ec h a r a c t e r sa sf o l l o w ：i t a c h i e v e st h ed i s t r i b u t e di n t e r a c t i o nb e t w e e na l la g e n ta n dh a r m o n i o u s l yr u nb yj a d e ； t h ec o n f i g u r a t i o no fm u l t i - a g e n tp r o t e c t i o nh a sb e e ne l a b o r a t ed e s i g n e d ；i th a sb e e n d e s i g n e da n da c h i e v e db yo b j e c to r i e n t e dl a n g u a g et h a ti th a sg o o dr e l i a b i l i t ya n d e x p a n s i b i l i t y b e c a u s e t h ep r o je c ti st h ep r i m a r yr e s e a r c ho nm u l t i - a g e n t s y s t e m i l l 广东t 业大学硕l ：学位论文 s i m u l a t i o n ，t h e r ei ss o m eb u ga n df a u l t i n e s si nt h es y s t e m ，b u tt h eb u ga n df a u l t i n e s s c a nb er e i n f o r e e di nt h ef u t u r e t h em u l t i - a g e n tc u r r e n tp r o t e c t i o ns i m u l a t i o ns y s t e mb a s e do nj a d eb ea p p l i e d t h et os i m p l et r a n s m i s s i o nl i n e sr e l a y i n gs y s t e m t h e m u l t i a g e n tc u r r e n tp r o t e c t i o n s i m u l a t i o ns y s t e mi sc o m p a r e dw i t ht r a d i t i o n a lc u r r e n tp r o t e c t i o n ，i ti sn o te f f e c tb y t h eo p e r a t i o nm o d eo fp o w e rn e t w o r k a n di tc a np r o t e c t sa l lt h el i n e s ；t h em u l t i - a g e n t c u r r e n tp r o t e c t i o ns i m u l a t i o ns y s t e mi sc o m p a r e dw i t ht r a d i t i o n a ld i s t a n c er e l a y ，i tc a n p r o t e c t i o n a l lt h el i n e sa n dt w oc i r c u i tb r e a k e rt r i p i m m e d i a t e l y ；t h em u l t i - a g e n t c u r r e n tp r o t e c t i o ns i m u l a t i o n s y s t e m i s c o m p a r e dw i t h t r a d i t i o n a ld i f f e r e n t i a l p r o t e c t i o n ，i tc a na c h i e v eb a c k - u pp r o t e c t i o n t h es y s t e mi sb a s e do nj a v a ，w h i c hi st h eo b j e c t - o r i e n t e dl a n g u a g e i ta d o p t st h e j a d es i m u l a t i o np l a t f o r mt oi m p l e m e n tt h ed i s t r i b u t e di n t e r a c t i o n t h ed e v e l o p i n g t o o li st h ee c l i p s e k e yw o r d s ：r e l a y i n g ；m u l t i a g e n ts y s t e m ；j a d ep l a t f o r m i v 独创性声明 独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师 的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，不包含本人或其他 用途使用过的成果。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做了 明确的说明，并表示了谢意。 本学位论文成果是本人广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的，论文成果 归广东工业大学所有。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。 论文作者签字： 指导教师签字： 6 5 殉确 渤冬 2 0 0 9 年月9 日 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 安全性、稳定性、经济性是电网运行追求的主要目标。电网的扩大、运行条 件日趋复杂、电网用电设备种类和数量的大量增加、自然灾害等因素都给电网的 安全带来许多新的问题，因此继电保护必须跟随电网的发展不断地发展自己，才 能更好地承担起保障电网安全性的第一道防线”的责任【1 】【2 】。 近年来影响最大的事故莫过于发生于2 0 0 3 年的“美加大停电 事故，8 月1 4 日，美国第一能源公司电网负荷剧增，总负荷的五分之一电力需要从外部输入， 接着俄亥俄州北部5 条超高压输电线路陆续发生故障，由于警报系统失灵，监控 人员没有发现故障，停电很快蔓延到包括纽约在内的美国东北部8 个州及与美国 交界的加拿大南部大部【3 儿4 1 。“8 1 4 美加大停电 事故，是因为局部故障扩大到电 网稳定破坏、电压崩溃，最终造成电网瓦解【5 】。而在大停电最初的一个小时里， 由于电网过负荷保护与安全自动装置缺乏有效的协调，造成六条3 4 5 k v 线路相继 开断，是导致大停电事故的起因【6 】。2 0 0 5 年台风“达维”造成海南电网多条2 2 0 k v 、 1 1 0 k v 高压线路跳闸，一条2 2 0 k v 线路发生相间短路故障，线路主保护因直流电 源异常而拒动，造成多个电厂机组跳闸，最终导致全网大面积停电事故发生【7 1 。 分析这些大停电事故，发现传统继电保护系统主要存在以下问题： 电力系统是个多变的系统，而传统的继电保护装置构成的继电保护系统是一 种非自适应继电保护系统，其动作特性不能随着电力系统运行方式的变化而自动 改变。常规的继电保护的整定值是按离线的情况进行整定，在运行过程中保持不 变。因此，在常规继电保护整定计算过程中不得不按每套保护对应的电力系统最 大运行方式来计算保护的动作值，按每套保护对应的电力系统最小运行方式来校 验保护的灵敏度【8 】【9 1 。这种按最坏的运行条件确定保护整定值的方法，虽然可保 证在电力系统各种运行方式下发生故障时，继电保护都能正确动作，但却存在着 两个缺点：一是按该方法确定的继电保护整定值，对电力系统其他运行方式来讲 l 广东1 = 业大学硕l ：学位论文 不是最佳的整定值；二是在电力系统最小运行方式下最不利的故障时，继电保护 系统的性能会严重变坏。这两个固有的缺点不但限制了输电线路的传输容量和电 网运行的灵活性，而且降低了电网运行的稳定性f 1 0 1 【1 。 此外，目前的继电保护整定原则以电力元件为保护对象，并采用本地量作为 保护动作的判据，反应的只是电网中某一个点或者小区域内的运行状态。设备故 障跳闸后引发了潮流转移，如果故障发生前电网因设备处于某一状态，跳闸将导 致电网的运行严重超过安全范围，引起过负荷连锁跳闸【1 2 】。实际上过负荷跳闸发 展往往是较缓慢的，可以通过其他方法来消除。 为了提高大型互联电网的安全性和稳定性，解决现有保护与控制系统存在的 问题，随着计算机技术的快速发展，提出了“自适应保护 的概念，其精髓是保 护整定定值要随电网运行方式变化而实时调整，从而保持其最优性能，可较好地 解决传统保护系统存在的问题。自适应保护系统需要实时、准确获取电网运行方 式的变化，及时更正与其不相适应的整定值，以保证其动作的选择性、速动性、 可靠性。 近几十年来，随着人工智能和计算机网络技术的发展，逐渐形成了人工智能 的一个分支一一分布式人工智能系统d a i ( d i s t r i b u t e da r t i f i c i a li n t e l l i g e n t ) 。随着 人们对分布式人工智能系统的研究深入，多a g e n t 系统诞生了，a g e n t 这个概念 最先是在1 9 8 6 年出版的思维的社会一书中出现，认为社会中的某些个体经过 协商之后可求得问题的解，这些个体就称为a g e n t 。但是个体的知识，能力都是 有限的，如果能够通过适当的体系结构将单个a g e n t 组织起来，不仅能弥补个体 的不足，而且能使整个系统的能力超过任何单个个体的能力。这样一个由多个 a g e n t 组成的分布式人工智能系统称为多a g e n t 系统【】。随着分布式人工智能、 计算机技术和网络技术的发展，多a g e n t 技术得到迅速的发展并成为多学科交叉 领域的一个热门研究课题，为存在于科学计算、机械工程、生产控制、电子商务、 企业管理和电力系统等领域的分布、开放式系统的设计和实现提供了新的途径和 方法【1 4 】。 继电保护系统是一个典型的分布、开放式系统，因此将多a g e n t 技术引入保 护领域，充分发挥多a g e n t 系统的优势，通过空间上分布的各a g e n t 之间的协调 配合改善传统保护系统固有的缺陷，以保证其动作的选择性、速动性、可靠性。 2 第一章绪论 多a g e n t 系统正吸引着电力系统研究人员的注意力【1 5 1 1 1 6 1 。 1 2 国内外研究概况 1 2 1 多a g e n t 在电力系统应用现状 多a g e n t 系统由多个具有不同能力、不同特性并且完成不同任务的个体a g e n t 组成，每个a g e n t 是一种具有自治性、自主性和社会性的实体，它可根据周围环 境的变化和自身的知识来决定自己的智能行为，并且可通过同其它a g e n t 交换信 息实现各自问题的协作求解。随着计算机技术和网络技术的不断发展，多次大规 模的停电事故发生，使得多a g e n t 技术在电力系统的应用研究得到发展，在电网 故障诊断、调度系统、系统恢复、二级电压分布式无功优化、信息集成、紧急控 制、广域保护、电力市场等方面的初步研究非常积极，并取得一些初步成果。 y s h o h a m 等人将软件a g e n t 其定义为：软件a g e n t 是一个在一定的环境下， 独立的、具有一定的自主性、分布性、推断性、又能够和系统中其它a g e n t 通信 交互以及能对周围环境做出反应，从而完成目标的软件程序【1 7 】。其基本思想是使 软件实体能够模拟人类社会，主要是模拟人的社会性，因此这使a g e n t 具备更多 的知识性、主动性和协作性，具备更强的问题求解【l 引。现在绝大多数对a g e n t 的 研究都是在软件这个层面，通过软件系统仿真实现a g e n t 的特性和功能。a g e n t 是软件开发的新模式，多a g e n t 技术能有效解决处于多变分布环境中的问题，解 决现有软件开发方法所不能解决的问题，因此多a g e n t 系统被誉为“软件开发的 又一重大突破 1 1 9 1 。文献 2 0 提出了e m s 的多a g e n t 系统体系结构，通过在m a s 层进行功能模块的交互和协作，以灵活适应e m s 运行环境的变化。文献 2 1 提出 了水电厂预知维护系统的多a g e n t 模型，以更好提高水电厂维护的自动化水平。 文献 2 2 】提出了基于a g e n t 技术的系统恢复决策系统。当电网发生故障时，各个 母线a g e n t 采集本地信息，并通过服务a g e n t 与其它母线a g e n t 进行交互和协商， 寻找出次最优的解决方法。文献 2 3 】提出了利用m a s 的电网调度操作票指导系统 设计思想，研究了调度倒闸操作票a g e n t 与s c a d a d m i s 之间的协调。 1 9 9 5 年，l e k k a s 等人提出了将多a g e n t 技术应用于电力系统环境中的故障定 位通过将复杂问题分解，实现动态电力系统中的故障定位，并满足一定计算速 3 广东t 业入学硕。 ：学位论文 度要求【2 引。研究人员已经开始尝试使用多a g e n t 技术解决单个设备的保护问题， 把保护系统根据不同的功能分解成多种功能a g e n t ，通过移动a g e n t 在设备间的 移动进行数据和信息的交互，可减少硬件的冗余提高系统的可靠性【2 5 1 。又有研究 者提出a g e n t 技术在电网线路的后备保护应用方案，可提高后备保护动作的快速 性和选择性，利用a g e n t 的智能自检和纠错能力来消除保护的隐性故障【2 6 儿2 7 1 。 基于广域信息的电网自适应协调保护系统是多a g e n t 系统理论成果的一个很 好的应用场所。由于电力系统具有在结构上分层、在地域上分布的特点，因此很 适合用多a g e n t 系统理论来设计广域保护系统的软件体系结构。根据自适应保护 系统中各个功能模块不同的任务规划和工作方式，采用不同的a g e n t 体系结构来 设计。人们对广域后备保护算法已有较深的研究，其核心是通过综合决策快速找 到电网故障元件，然后快速切除它以避免扩大故障范围，其手段是由多个自治相 互关联的a g e n t 通过广域通信完成。广域后备保护算法的研究分为几个方面，一 是利用保护动作和开关位置等信息进行广域协作实现广域后备保护，二是通过广 域电流差动判断线路故障，其它还有保护a g e n t 的结构、后备保护与安全稳定控 制的协调等问题的研究。值得注意的有基于多a g e n t 的继电后备保护系统工作原 理，阐述系统的特点、结构、模型及决策过程，给出多个后备保护a g e n t 相互配 合的方法以有效缩短后备保护的动作时间，讨论了系统构架、通信、可靠性和应 用范围等问题。其贡献是通过各保护的协作缩短后备保护的动作时间 2 8 - 3 6 】，这些 论文值得学习阅读。 1 2 2 多a g e n t 系统的开发平台现状 多a g e n t 系统的实现需要开发平台，现有的多a g e n t 系统开发平台有三种， 一是e p o c h s 仿真平台，二是j a d e 仿真平台，三是z e u s 仿真平台。 e p o c h s 仿真平台。e p o c h s 仿真平台使用实时部件r t i ( r e a l t i m e i n f r a s t r u c t u r e ) 将p s c a d e m t d c 电磁暂态仿真器、p s l f 机电暂态仿真器和n s 2 网络仿真器结合在一起，其结构如图l 一1 所示。r t i 处于e p o c h s 平台的中心， 负责电力系统仿真器p s c a d e m t d c ，p s l f 和网络仿真器n s 2 的同步以及信息交 互，a g e n t 中心实现逻辑功能，为a g e n t 提供了统一的接口，使它们能通过r t i ， 接收来自电力系统的运行参数或者向电力系统发送改变系统运行状态的命令。 4 第一辛绪论 p s c a d e m t d c 具有详尽的电力系统元器件模型，它一般被用于持续时间很短的 电力系统电磁暂态仿真，而p s l f 可以仿真拥有成千上万节点的电力系统，因此 一般被用于研究电力系统的稳定。n s 2 为采用事件驱动的离散事件仿真系统，它 被广泛用于评估t c p 以及u d p 的网络传输行为。仿真开始后，r t i 等待来自电 力系统仿真器和n s 2 的同步信息，然后向a g e n t 中心发控制信息，a g e n t 中心将 控制信息传递给每个a g e n t ，然后a g e n t 处理接收到的这些信息。在交互过程中， a g e n t 可能发送通信信息、接收或者设置电力系统变量。当所有的a g e n t 执行完 毕后，a g e n t 中心把控制权返回给r t i ，r t i 通知n s 2 和电力系统仿真器目前时间 步长已经结束，然后两个仿真器的调度器运行下一个时间步长。在n s 2 中，信息 可能在两个同步点间接收到，如果信息到达，n s 2 将迅速通过r t i 把信息发送到 a g e n t 中心，然后a g e n t 中心把它传送到合适a g e n t 处理。如果信息需要读取电 力系统的状态或者改变电力系统的状态，则a g e n t 将把信息放到一个队列中，直 到下一个同步点的到来【3 7 39 1 。e p o c h s 是一个集成性很高的电力系统仿真平台， 它为保护a g e n t 提供了与电力系统、广域通信网络的良好接口。 图1 1e p o c h s 平台 f i g 1e p o c h sp l a t f o r m j a d e 平台。本文使用j a d e 平台将在后面章节详细介绍。 z e u s 平台。z e u s 开发平台( t h ez e u sa g e n tb u i l d i n gt 0 0 1 k i t ) 是英国电信实 验室智能a g e n t 研究小组综合了现有的a g e n t 技术规范，用于快速开发协作式多 a g e n t 系统的设计开发平台。它希望通过定义一套标准的单个a g e n t 功能结构以 及多a g e n t 通讯协调的体系，使用户能够摆脱复杂而繁琐的对a g e n t 底层结构的 定义工作，从而关注于对应用问题的设计与实施，使用户能够快捷的开发出协作 厂东t ：业人学坝十学位论文 式多a g e n t 的应用系统。z e u s 系统严格遵循f i p a 9 7 规范，系统的j a v a 源程序 全部公开，以方便用户研究与扩展n 卜删。 在三个平台中e p o c h s 仿真平台对于电力系统仿真效果来说是针对性最强、 最完美的，但是e p o c h s 在多a g e n t 系统的实现功能上来说是最差的，因为它没 有和跟上多a g e n t 系统的发展步伐，而且n s 2 仿真网络延时是很难掌握仿真效果 也不理想。j a d e 平台和z e u s 平台都是开源的，j a d e 平台的发展情况要好于 z e u s 平台。本文选择了j a d e 平台。 1 3 论文的主要研究内容 本论文的目标是设计基于多a g e n t 系统的继电保护仿真平台来验证多a g e n t 系统在实现自适应保护中的优势特，别是在含分布式发电电网中的应用优势和潜 力。主要工作内容如下： l ，学习掌握j a 、，a 编程语言及其开发工具e c l i p s e ： 2 ，学习掌握多a g e n t 系统及其开发平台j a d e ： 3 ，精心设计了多a g e n t 继电保护系统的结构，提出并实现了网络重组a g e n t ，使 多a g e n t 继电保护系统在原理上不同于传统的保护，利用多a g e n t 技术成功搭建 了一个继电保护的仿真系统平台。 4 ，将多a g e n t 电流保护系统与传统的电流保护、距离保护、纵联保护比较验证 多a g e n t 电流保护系统有不受运行方式的影响，可以实现全线速断保护、能作为 相邻线路的后备保护的优点。 本文的课题资助来源是广东省教育厅自然科学基金项目“基于i e c 6 1 8 5 0 标 准协议的变电站自动化系统关键问题研究”，项目编号0 7 0 0 4 3 ；“电力节能与新能 源技术重点实验室 ，项目编号z d s y 2 0 0 7 0 1 。 6 第二章多a g e n t 系统jj a d e 平台的研究 第二章多a g e n t 系统与j a de 平台的研究 2 1a g e n t 简介 2 1 1a g e n t 概述 a g e n t 在美国传统词典中被解释为“代理人或代理商，被授权代表别人行事 的人 ，而在计算机学界，a g e n t 的出现源于8 0 年代中后期分布式人工智能( d a i ) 的兴起。智能化和网络化的发展促成了a g e n t 技术的发展，a g e n t 技术正是为解 决复杂，动态，分布式智能应用而提供的一种新的计算手段。目前并不存在一个 被普遍接受的a g e n t 的定义，一般认为一个a g e n t 应该具有以下全部特征： 1 ，自治性，a g e n t 运行时不直接由人或者其它东西控制，它对自己的行为和 内部状态有一定的控制权。 2 ，可通信性，a g e n t 能够通过某种a g e n t 通信语言与其它a g e n t 进行信息交 换。 3 ，反应能力，即对环境的感知和影响。它们都应该可以感知它们所处的环境， 并通过行为改变环境。 4 ，主动性，a g e n t 不仅能对其环境变化作出被动反应，而且在某一确定目标 指导下具有主动行为。 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，这个进程可以简单到 只是具有某种智能的子程序，能够与别的a g e n t 交换消息。每个a g e n t 本身只会 做一些简单的事情，当用特定的方法将这些a g e n t 组成一个a g e n t 群就产生了智 能。除此之外a g e n t 还具有下面部分或全部特征【4 4 】： 1 ，长寿性，传统应用程序在用户需要时激活，不需要时或者运算结束后停止， a g e n t 与之不同，它应该至少在相当长的时间内连续地运行。 2 ，移动性，a g e n t 可以从一个地方移动到另一个地方而保持其内部状态不变， a g e n t 可以携带数据和能够在远处执行智能指令。 厂不- 1 业大学帧l 学位论文 3 ，推理能力，a g e n t 可以根据其当前的知识和经验，以理性的，可再生的方 式推理或推测。 4 ，规划能力，根据目标，环境等的要求，a g e n t 应该至少对自己的短期行为 作出规划。虽然程序设计人员可以提供一些常见情况的处理策略，但这些策略不 可能覆盖a g e n t 将遇到的所有情况。所以a g e n t 应该有生成规划的能力。 2 1 2 单个a g e n t 内部体系结构 从a g e n t 的机构功能角度出发，单个a g e n t 的结构通常分为认知型a g e n t 、 反应性a g e n t 和混合型a g e n t 。 1 ) 认知型 认知型a g e n t 中包含了对外部世界的表示模型，及其决策过程所需的逻辑推 理等。认知型a g e n t 具有较高的智能，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。 2 ) 反应型 反应型的a g e n t 的通常不包含世界的表示模型，并且不使用复杂的符号推理， a g e n t 不需要知识，不需要表示，也不需要推理，只简单的对外部刺激作出反应。 反应型a g e n t 能及时而快速的响应外来信息和环境的变化，但其智能程度较低， 也缺乏足够的灵活性。 3 ) 混合型 混合型a g e n t 综合了两者的优点，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两部分的层次结构：一层是包含世界模型的认知部分，它 用复杂的逻辑进行决策：另一层是能够对外部世界变化刺激等作出快速反应。 2 2 多a g e n t 系统 2 2 1 多a g e n t 系统概述 将多个a g e n t 组成的系统称为多a g e n t 系统( m u l t ia g e n ts y s t e m ，简称m a s ) 。 多a g e n t 系统方法吸取了分布式人工智能和人工生命的理论，提供了解决复杂问 题的分而治之的方法，能够解规模庞大、结构复杂分、散多变的问题。多a g e n t 第二帚 多a g e n t 系统与j a d e3 f 台的研究 系统最大特点在于系统内a g e n t 间的信息交互。m a s 技术应用于仿真领域，十分 适用于建立非线性和复杂的系统模型【4 5 1 。多a g e n t 系统有以下一些特点： 1 ) 每个a g e n t 都不具有独立解决问题所需的完整信息和能力； 2 ) 系统中没有全局控制； 3 ) 信息的分布性； 4 ) 计算分析处理能同时进行。 信息的交互是多a g e n t 系统的优点，它将各自的信息公布出来让所有的a g e n t 访问提取各自有用的信息，一旦信息交互，那么它们就能解释彼此传来的信息、 从而达到相互理解，并能产生可预测的行为，这是其他系统做不到的。 2 2 3 多a g e n t 系统的通信 在多a g e n t 系统中，最重要的就是a g e n t 之间的通信，所有的a g e n t 的交互 活动都要基于a g e n t 间的通信，各a g e n t 通过通信实现数据等的共享，进行交互 和协商，解决复杂的异构性问题。任何的交流都会遵循通用语言基础的某种模式， 对于a g e n t 来讲也是同样的。a g e n t 之间进行通信时，其通信消息可划分为三个 层面：通信方式、通信语言、通信内容。其中通信内容的表示方式可以多样化， 但是信息的发送方和接收方对所交换的消息要有公共的知识表示，而且必须对消 息的内容有一致的理解。 a g e n t 通信方式有以下形式： 1 广播方式。即a g e n t 把信息放在电子白板( 黑板) 上，实现广播通信，其 他a g e n t 都可以通过电子白板获得此a g e n t 发布的信息，同时也可在上面发布自 己的信息。 2 点对点方式。a g e n t 之间直接通信，不需要通过第三方，a g e n t 彼此拥有对 方的地址。 3 转发方式。即进行通信的a g e n t 将信息转交与第三方a g e n t ，由其负责将消 息转发给目的a g e n t ，实现间接通信。这种方式，a g e n t 不需要拥有目的a g e n t 的地址。 a g e n t 通信语言( a g e n tc o m m u n i c a t i o nl a n g u a g e ，简称a c l ) 是a g e n t 之间交 互信息的基础和关键。大部分a c l 都基于言语行为理论，言语行为理论是关于人 类通信交流的一种形式化模型其基本原理是：说话者所说的话语不仅仅陈述一 o 广东t 业大学硕f ? 学位论文 个事实而且是说话者做出的带有某种意图的动作。当前a c l 实际应用的主要有 k q m l ( k n o w l e d g eq u e r ya n dm a n i p u l a t i o nl a n g u a g e ，知识查询与处理语言) 和 f i p a a c l ，而f i p a a c l 应用比较多。一般来说，一条f i p a a c l 消息由述行语、 通讯的参与者、消息内容、会话控制几个要素组成。其中述行语是消息必须包含 的要素，其他要素是否包含要视情况而定。 2 3j a d e 平台 多a g e n t 系统的实现要借助一些工具，j a d e ( j a v aa g e n td e v e l o p m e n t e n t i r o n m e n t ) 就是多a g e n t 系统的开发平台，j a d e 实质上是一个软件开发框架， 符合f i p a 标准的智能a g e n t 应用程序，j a d e 可以理解为一个a g e n t 中间件， 通过它处理消息传输、消息编码、消息解析以及a g e n t 生存周期等问题。 2 3 1j a d e 平台简介 每一个j a d e 的运行环境实例叫做一个容器( c o n t a i n e r ) ，它可以包含若干个 a g e n t 。一个容器就是一个j a v a 虚拟机，同一容器可以容纳多个a g e n t 。由f i p a 定义的标准的a g e n t 平台模式由以下几部分组成如图2 一l 所示： a g e n t 管理系统( a g e n tm a n a g e m e n ts y s t e m ，a m s ) 是负责监督管理对a g e n t 平台的访问和使用的a g e n t 。在一个单独的平台上，只能有一个a m s 。a m s 提供 黄页服务，以及生命周期服务，它保留了一个a g e n t 标识符目录( a i d ) 和a g e n t 状态信息。每个a g e n t 必须在a m s 注册，以获得一个有效的a i d 。 目录服务( d i r e c t o r yf a c i l i t a t o r ，d f ) 是在平台上提供默认的黄页服务的 a g e n t 。d f 利用一组静态方法来实现与一个标准的f i p a d f 服务进行交互，它包 含了从d f 请求注册、注销、修改、搜索行为的方法。每个方法都有一个带有所 有所需参数的版本，以及一个所有省略参数都是默认值的版本。 消息传输系统( m e s s a g et r a n s p o r ts y s t e m ) ，又叫做a g e n t 通信通道( a g e n t c o m m u n i c a t i o nc h a n n e l ，a c c ) ，是控制平台内所有的信息交换，它为平台内部 或外部的a g n e t 之间的联系提供了一个通道。它利用a m s 提供的信息在平台内 的a g n e t 之间传输消息，也能把消息通过协议发送到其它平台上。它以一种默认 的通讯方法为a g n e t 之间的信息传递提供一个可靠的、有序的、准确的传输服务。 l o 第二章多a g e n t 系统与j a d e 平台的研究 a g e n t 平台2 图2 1j a d e 结构 f i g 2 - 1j a d ec o n f i g u r a t i o n 某一个j a d e 平台启动的时候，r m a 、a m s 和d f 就自动被建立了，r m a 是远程管理a g e n t ( r e m o e tm a n a g e a g n e t ，r m a ) ，j a d e 平台允许同时建立在几个 不同主机上，在每个主机上只有一个j a v a 应用程序，当然也只有一个j a 、，a 虚 拟机( j v m ) 被执行。运行j a d e 平台后如图2 2 所示： a g e n t 实体是j a d e 平台上的基本角色，它是通过j a v a 语言编写的一段程序， 具有一种或多种功能作用，它们之间也可以互相交互。每个a g e n t 具有一个全网 唯一的a g e n t 标识符( a i d ) ，a g e n t 存在于j a d e 平台上，使用j a d e 平台提供的 设施实现它们的功能，就会有从登上平台到离开平台的过程，因此a g e n t 就有一 个生命周期。a g e n t 的生命周期包括五种状态，a g e n t 可在这些状态之间转换，但 在任何时刻只能处于某一状态。五种状态分别为： 初始状态( i n i t i a t e d ) ：a g e n t 对象已经建立，但是还没有由a m s 注册， 既没有名字，也没有地址，而且不能与其它a g e n t 进行通讯。 激活状态( a c t i v e ) ：a g e n t 对象已经由a m s 注册，有正规的名字和地址， 1 1 广东工业大学顼士学位论文 而且具有j a d e 的各种特性。 挂起状态( s u s p e n d e d ) ：a g e n t 对象当前被停止。内部的线程被挂起，没 有a g e n t 行为被执行。 等待状态( w a i t i n g ) ：a g e n t 对象被阻塞，等待其它事件，内部的线程在 j a v a 监控器上休眠，当条件满足时被唤醒。 删除状态( d e l e t e d ) ：a g e n t 死亡，内部的线程的执行被终结。a g e n t 不再 在a m s 上有注册信息。 传送状态( t r a n s i t ) ：移动a g e n t 移动至一个新的位置时进入这个状态， 系统继续缓存将被送到这个新位置的消息。 离开状态( g o n e ) ：这是j a d e 在移动a g e n t 移至一个新的地点时的一个内 部稳定状态。 图2 2j a d e 平台 f i g2 2j a d ep l a t f o r m j a d e 用j a v a 语言开发出的a g e n t 平台系统，并且提供了一个庞大的类库， 开发者能够便捷地使用继承的方法丌发a g e n t ，从而丌发出相应的多a g e n t 系统。 1 2 第二章多a g e n t 系统jj a d e5 f 台的研究 这些类主要分为五部分：与行为相关的类、与注册相关的类、与消息相关的类、与 a g e n t 相关的类、与a g e n t 工具相关的类。与a g e n t 相关的类指与构建a g e n t 的 框架相关的类主要包括a g e n t 类和a i d 类；与行为相关的类指与构建a g e n t 的行 为相关的类，主要包括b e h a v i o u r 这个包下面的1 1 个类，它们定义了1 1 种行为； 与消息相关的类指与构建a g e n t 间交互信息相关的类，主要包括a c l m e s s a g e 类 以及c o m m o n s 这个包下面的各个类。第四，与注册相关的类指与在平台上a g e n t 注册相关的类，主要包括d o m a i n 这个包下面的各个类；与a g e n t 工具相关的类主 要包括i a d e t o o l 包下面的类。 除了类库外，j a d e 还提供了一些图形化的工具来管理运行中的a g n e t 平台， 以实现管理、调试、监听、控制a g e n t 的状态，以及停止和重启a g e n t 程序的运 行。所有的工具