（计算机应用技术专业论文）多agent技术在电网调度系统中的应用研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 随着电力系统不断的向开放式的方向发展，电网调度系统越来越复杂，对电网 调度系统之间的协调性的要求也越来越高，为了适应这种要求，多a g e n t 技术被应 用到电网调度系统中。本文针对当前电网调度系统中存在的问题，简化电网调度系 统功能，运用多a g e n t 技术来构建系统框架、a g e n t 各个模块的设计；通过各个a g e n t 之间的协作来完成电网调度系统的功能。本文实现了调度中心和厂站之间的实时通 信、异地推理、实时信息的图形显示，并且通过动态效用值的计算实现了规则效用 值的选择。最后，本文在j b u i l d e r 2 0 0 6 平台上开发了基于多a g e n t 技术的电网调度 系统，并通过a g l e t 平台运行该系统，在此基础上对多a g e n t 技术在电网调度系统 中应用进行了研究。 关键词：多a g e n t ，电网调度，推理，图形显示，动态效用 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ep o w e rs y s t e mt ot h eo p e n i n gd i r e c t i o n ，a n dt h ep o w e r n e t w o r kd i s p a t c h i n gs y s t e mb e c a m em o r ea n dm o r ec o m p l e x ，t h ec o o r d i n a t i o nb e t w e e n t h ed i s p a t c h i n gs y s t e m si sr e q u e s t e dh i g h e ra n dh i g h e r i no r d e rt om e e tt h i sr e q u e s t ，t h e m u l t i a g e n ti sa p p l i e di nt h i ss y s t e m a i m i n ga tt h ep r o b l e m s ，i nt h i sp a p e rw es i m p l i f y t h es y s t e ma n dd e s i g nt h es t r u c t u r eo ft h ed i s p a t c h i n gs y s t e mb a s e do nt h em u l t i a g e n t t e c h n o l o g y , a n dm o d u l eo ft h ea g e n t a n dw ea c c o m p l i s ht h ef u n c t i o nt h r o u g ht h e c o o r d i n a t i o n o fe a c ha g e n t t h i sp a p e ra c h i e v e st h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nt h e d i s p a t c h i n gc e n t e ra n ds u b s t a t i o n ，d i s t a n tr e a s o n i n g ，t h ed i s p l a y o ft h er e a l _ t i m e i n f o r m a t i o ni ng r a p ha n dr e a l i z e st h ec h o i c eo ft h er e a s o n i n gu t i l i t yv a l u eb yc a l c u l a t i o n o ft h ed y n a m i cu t i l i t yv a l u e f i n a l l y , t h es y s t e mb a s e do rm u l d a g e n ti sd e s i g n e do nt h e p l a to ft h ej b u i l d e r 2 0 0 6 a n dr u no nt h ep l a to ft h ea g l e t ，a n dw er e s e a r c ht h e m u l t i a g e n ta p p l i e di nt h ep o w e rn e t w o r kd i s p a t c h i n gs y s t e m h o uz h i y a n ( c o m p u t e ra p p l i e dt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db ya s s o c i a t ep r o f z h e n gg u p i n g k e yw o r d s ：m u l t i - a g e n t ，p o w e rn e t w o r kd i s p a t c h i n gs y s t e m ，r e a s o n i n g ，f i g u r e d i s p l a y , d y n a m i cu t i l i t y 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文多a g e n t 技术在电网调度系统的 应用研究，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： 丕盘玺：日 期：卫固：! ：羔 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： 日期： 圃：f ：2 乡 导师签名： 日期： 靼 叠阻 华北电力大学硕士学位论文 1 1 选题背景及意义 第一章引言 随着全球性电力管理体制从纵向一体化垄断机制向横向协调的竞争性电力市 场机制转变，外界环境的不确定性变化，电网调度系统需要适应电力市场的发展。 电网调度系统结构需要适应新的开放式环境，这就要求电网调度系统朝着分布式、 开放式的方向发展。 电力调度系统的发展一直与计算机技术的发展是紧密相连的。6 0 年代以前，电 网调度只能依靠远动装置和机电式的频调装置，无论结构和功能都不成为系统，6 0 年代末随着计算机硬件技术的发展，电力公司提出了电网实时数据采集和监控系统 s c a d a ，标志着电网调度自动化技术的正式出现。8 0 年代，在s c a d a 的基础上，成 功开发出了一些高级应用软件( p a s ) ；例如：在线潮流计算工具、仿真平台和在线 调度员培训系统( d t s ) 等。将信息管理系统和各种扩展功能运用到s c a d a 中，形 成了能量管理系统( e m s ) 。如今，随着电力企业的迅速发展，电网调度概念的区域 性即边界性也越来越趋于模糊，这就对电力调度系统提出了分布式和智能化的要 求。 在电力系统中，尤其电网调度系统之间的协调问题是一个悬而未决的技术难 题。由于电力系统是一种高维动态系统，整个系统特性与各组成子系统特性及其关 联特性相关。不论是变换能量的原动机、发电机还是输送、分配电能的变压器、输 配电线路及用电设备等，只要其中任何一个元件发生故障，都会影响电力系统的正 常工作，其控制系统的动作可以处理本系统范围的故障，但是也会给其它控制和电 气设备带来或正或负的影响。由于协调问题更多地涉及了个体的思想、感觉和行为 规范的整体调整，而硬件方面的改进只能在某些程度上改善控制的性能，不可能赋 予控制以入的心智成分，包括承诺、意念、能力、经验、决策等，因而致力于软件 的研究成为解决系统协调问题的最终途径。因此，如果各调度部分之间缺乏沟通和 协调，负面影响可能波及整个电力系统。自从电力系统推行自动化以来，电力系统 的软件开发主要采用基于面向对象的方法。无庸置疑，该方法的出现和发展极大推 动了电力系统自动化的快速发展。然而，随着电力系统网络化进程的加快，分布式 应用在不断增加，原有的思维模式由于自身缺乏良好的主动性和适应性，对象之问 缺乏良好的协作模式，因此不能满足当前电力系统控制技术在分布式网络环境下的 应用要求。对于解决系统内部各控制系统之间的交互和协作以及资源共享问题，传 统的思维模式已经无能为力，必须采用新的模式来重新构建电力系统自动化软件体 系。基于a g e n t 的思想进行智能系统设计是当前分布式人工智能领域的研究热点。 华北电力大学硕士学位论文 分布式人工智能( d a i ) 自6 0 年代提出以来，前期的研究重点主要集中于分布式问题 求解d p s ( d i s t r i b u t e dp r o b l e ms a l v i n g ) 。直到近年来，随着a g e n t 思想的提出和 发展，多a g e n t 系统m a s ( m u l t i a g e n ts y s t e m ) 作为d a i 领域的一个新兴的分支， 已经受到人们的普遍关注，并在通讯、机器人以及软件设计等领域取得了许多应用 成果。a g e n t 技术的出现为我们解决电力调度系统的问题提供了新的方法，如何将 a g e n t 技术应用到电力系统中成了当前计算机研究者一个新的研究热点。 本文就是把a g e n t 技术应用到电力调度系统中，把电力调度系统抽象化、简单 化，构建基于a g e n t 的调度系统框架。两系统的各个模块的功能用e g e n t 技术来实 现，构成一个多a g e n t 系统，实现a g e n t 之间的通信和协作，从而实现整个系统的 功能。 1 2a g e n t 技术在电力系统中的应用 从9 0 年代初期开始，多a g e n t 技术已经开始运用于电力系统分布式计算和设 计、电力市场计算和仿真等各个方面，并可望在与电力系统相关的研究中得到更为 广泛应用。目前在分布式负荷预测、电力系统保护系统设计与仿真、动态环境中的 电力系统故障定位以及大型电力系统控制中心分布式系统等方面都有应用。【1 ，3 4 , 3 6 j ( 1 ) 短期负荷预测 短期负荷预测是能量管理系统( e m s ) 发电计划的一个重要部分。t s a i 和c h e n l 2 】 在1 9 9 2 年提出利用多a g e n t 技术，采取分布式计算和分段整合的方法进行较精确 的负荷预测。 ( 2 ) 考虑安全约束的最优潮流计算 1 9 9 4 年，t a l u k d a r 和r a m e s h 3 提出了基于多a g e n t 技术的安全约束最优潮流 算法。该方法基于以下基本前提：( 1 ) 电力系统中的严重故障可以以故障校正时间 ( c o r r e c t i o n t i m e ) 来表述，而不只局限于硬约束；( 2 ) 该故障清除时间约束被附加到最 优潮流并将该最优潮流的求解分解成较快的小规模优化问题；( 3 ) 应用多a g e n t 技 术，由软件多a g e n t 对每一个小规模优化问题并行求解并最终整合。 ( 3 ) 动态电力系统故障定位 1 9 9 5 年，l e k k a s m i 等人提出了将多a g e n t 技术应用于动态电力系统环境中的故 障定位，通过将复杂问题分解，应用不同的软件a g e n t 协调求解，以实现动态电力 系统中的自动故障定位，并满足一定的精度和计算速度要求。 ( 4 ) 电力系统保护设计 在1 9 9 5 年“能量管理和电力输送”国际会议以及1 9 9 6 年“智能系统在电力系 统中的应用”国际会议上，w o n g 和k a l a m 5 1 提出将多a g e n t 技术应用于电力系统保 2 华北电力大学硕士学位论文 护设计、分析和评估，以实现自动化，同时也可以作为保护系统人员进行培训的工 具。 ( 5 ) 在电力市场仿真中的应用 1 9 9 9 年，l a m 7 , s 首先提出将多a g e n t 技术应用于电力市场仿真的思想。近年 来，电力系统解除管制和垄断已经成为全球趋势，各个国家和地区按照需求，纷纷 建立或者计划建立各自不同模式的电力市场，电力系统逐渐由垄断和集中中央决策 走向个体化竞争和分散决策、产生了很多新的研究课题，在这样一种开放性和分散 性的环境下，多a g e n t 技术凭借其优势在电力市场计算和仿真方面有着极为广阔的 应用前景。 ( 6 ) 在电力系统控制中心的应用 a z e v e d o t 6 1 等人在2 0 0 0 年发表文章中认为，随着当前电力系统的发展尤其是电 力市场的建立，电力系统的控制逐步由集中式转向分布式，而不断增长的电力系统 规模和不断进步的计算机技术对控制中心的要求也越来越高。他提出由面向任务 ( t a s k - - o r i e n t e d ) 的软件多a g e n t 系统取代原有的集中式的e m s 的建议，由不同的软 件代理系统来控制需要执行的不同任务和功能，并通过人机界面代理与用户进行良 好的交互。 1 3 本文研究的主要的内容和重点 论文主要研究基于a g e n t 的电力调度系统的构建及其功能的实现。电力调度系 统主要由调度中心及其所属的厂站构成。调度中心由多个a g e n t 构成，各司其职， 完成调度中心的任务；厂站由多个a g e n t 构成，负责厂站的信息采集和信息的传输。 同时研究了处于不同地理位置的调度中心之间的通信和知识的共享。主要的内容包 括： ( 1 ) 构建基于a g e n t 的调度系统的框架； ( 2 ) 设计推理机实现本地的推理和异地调度中心之间异地推理： ( 3 ) 运用j d o m 实现基于x m l 的a g e n t 之间信息的实时传输； ( 4 ) 运用j f r e e c h a r t 技术实现信息数据的实时显示； ( 5 ) 通过移动a g e n t 技术实现厂站及调度中心间的通信。 1 4 论文的内容组织 本文按照以下顺序进行组织和安排： 第一章介绍本课题的研究背景、意义及其现状。介绍了人工智能技术在电力系 统的应用现状和a g e n t 技术的发展现状； 3 华北电力大学硕士学位论文 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 介绍了a g e n t 的理论知识和多a g e n t 系统； 介绍了电网调度系统知识数据库的设计： 介绍了基于x m l 技术的a g e n t 间通信及图形显示； 介绍了基于a g e n t 技术的电力调度系统总体设计； 总结。 4 华北电力大学硕士学位论文 第二章a g e n t 技术与多a g e n t 系统 2 1 人工智能理论的发展 人工智能的概念在5 0 年代随着机器模拟人类智能的研究而提出来“，初期的 研究集中于简单计算元素和生物神经元之间关系和运用逻辑网络系统实现可计算 功能。2 0 世纪6 0 年代末到8 0 年代初是人工智能发展的一个兴盛时期，被誉为“专 家系统和知识工程之父”的f e i g e n b a u m 于1 9 6 8 年开发成功第一个具有领域知识的 专家系统一d e n d r a l ，此系统能够根据化学分子式和质谱分析图来预测有机物分 子的结构。 8 0 年代以后，人工智能的研究进展开始出现了某种危机。因为现有的专家系统 只能在极其有限和狭窄的专业领域中发挥作用，所以极大的限制了人工智能技术的 进一步应用和发展。研究发现，根本原因在于人工智能研究的内部机制。总的来说 存在两个问题：一是所谓的交 f f ( i n t e r a c t i o n ) i o 题，传统的智能方法只能模拟人类的 思想行为，而没有包括人与环境的交互行为，使原本广义的智能概念局限在简单的 模仿行为上；另一个问题是扩展( s c a l i n g u p ) 问题，即所谓大规模求解的问题，传统 的人工智能方法只适合于建立领域狭窄的专家系统，不能把这种方法简单地扩展到 规模更大、领域更宽的复杂系统中去。 随着9 0 年代计算机技术的飞跃式发展和并行技术的进步，人工智能和机器学 习相结合，发展形成多项研究理论，如关联规则、分类、聚类、回归、决策树归纳、 神经网络、遗传算法、基于示例的推理等。计算机网络的出现与应用也为人工智能 开辟了新的研究领域。 9 0 年代后期，人工智能领域的研究取得了世界瞩目的成就。1 9 9 7 年，i b m 开 发的“深蓝”并行巨型计算机利用a p 搜索技术的智能程序战胜了国际象棋世界冠 军卡斯帕罗夫，标志着机器智能水平的极大提高。于此同时，人工智能也出现了新 的研究热点，例如：数据挖掘( d a t a m i n i n g ) 芹0 数据库知识发现( k n o w l e d g e d i s c o v e r y i nd a t a b a s e ) 、智能体( a g e n t ) 等。 2 2a g e n t 概念的提出 a g e n t 最早出现在人工智能领域，由美国的m i n s k y 教授在思考的社会一一 s o c i e t yo fm i n d ) ) 一书中提出。它被用来描述一个具有自适应、自治能力的硬件、 软件实体，目的是认识与模拟人类智能行为。大多数研究者普遍认可和接受这样一 种说法：将a g e n t 看成作用于某一特定环境，具有一定生命周期的计算实体，它具 华北电力大学硕士学位论文 备自身的特性，能够感知周围的环境，自治的运行，并能够影响和改变环境。 9 0 年代随着i n t e r n e t 、计算机技术和网络技术的不断发展，整个计算环境发生 了深刻变化，对软件系统也提出了如鲁棒性、可伸缩性、可扩展性以及智能化等更 高的要求，作为分布式人工智能的主要研究热点之一的a g e n t 技术成为解决这些问 题的主要途径，在全世界范围内得到迅猛发展，智能a g e n t 和面向a g e n t 系统技术 已成为计算机科学领域发展最快的课题之。a g e n t 的理论与技术从分布式人工智 能领域中拓展开来，与许多其它领域相互借鉴和融合，得到了更为广泛的应用。 2 2 1a g e n t 弱定义和强定义【l l j a g e n t 的原意是“代理”，在计算机领域a g e n t 可以认为是被授权的“个人软件 助理( p e r s o n a ls o f t w a r ea s s i s t a n t s ) ”，是一种在分布式系统或协作系统中能持续自 主的发挥作用的计算实体，一般称为“智能体”。 1 9 9 5 年，w o o l d r i d g e 和j e n n i n g s 给出了a g e n t 的定义： 弱定义a g e n t 具有以下的特性： ( 1 ) 自治性( a u t o n o m y )自治性是a g e n t 最基本的特性。a g e n t 具有属于其自身 的计算资源和局部于自身行为控制的机制，a g e n t 一旦被初始化后，能在无外界直 接操纵的情况下，根据其内部状态和感知到的( 外部) 环境信息，决定和控制自身 的行为。 ( 2 ) 社会性( s o c i a b i l i t y ) a g e n t 能与其它a g e n t 进行多种形式的交互，能有效地 与其它a g e n t 协同工作。 ( 3 ) 反应性( r e a c t i v i t y )反应性是指a g e n t 能感知其所处的环境，并能对环境发 生的改变及时做出响应，以改变该环境。 ( 4 ) 能动性( c r e a t i v e n e s s ) a g e n t 不仅能够简单的对环境做出反应，而且能够通 过接收某些启示信息，体现出面向目标的行为。 强定义a g e n t ：a i 界的人士认为a g e n t 不仅应该具有以上的弱定义的特性，而 且还应该具有一些通常人才具有的概念，例如：知识、目的、信念、业务等。另外， s h o h a m 认为，a g e n t 就是一种实体，它可以看作是由多种心智状态，如信念、能 力、选择和承诺等组成的。另外，a g e n t 还具有其它些特性，如：移动性( m o b i l i t y ) 、 真实性( v e r a c i t y ) 、仁慈性( b e n e v o l e n c e ) 、合理性( r a t i o n m i t y ) 。 在了解了a g e n t 的强弱定义后，我们可以在电力系统的角度来看，某个电力调 度自动化系统从广义角度讲，只要软件或硬件系统具有了自治性、社会协作性和对 环境的反应能力，就可以被称为是一个智能体。在这种定义下，最简单的主体就是 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 够与别的智能体交换信息。m i n s k y 从多智能体的群体智能角度指出，这些进程我们 华北电力大学硕士学位论文 称之为智能体，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 智能体组成一个社会 时，就产生了真正的智能。从狭义角度讲，智能体除 了具有上面这些特性外，还应具备通常人类的心智状态方面的特性，如信念、意图、 承诺等。最著名的是b r a t m a n 从行为意图角度给出的智能体信念一意图一承诺模型。 然而智能体的强概念仍处于理论研究阶段，智能体的问题求解能力和智能体的心智 状态间的关系尚未得到充分的建立。a g e n t 还具有其他特性，如移动性、学习性、 具备规划能力等，这些特性随着具体a g e n t 应用场合的不同而有所增减。 a g e n t 和对象有一些共同点，比如：对象和a g e n t 都具有内部状态，对象间的 消息传递对应于a g e n t 间的合作请求，只不过a g e n t 间的消息类型常用具有一定语 义的言语动作如通知、请求、承诺等完成。 a g e n t 和对象二者间也存在区别。最显著的区别是与对象相比，a g e n t 包含更 强的自治性概念，即a g e n t 自行决定其动作方式和与环境中其他a g e n t 间的合作， 而对象则只能被动接收消息动作。第二个区别在于，a g e n t 与对象相比，具有更清 晰和灵活的行为能力，这是通过a g e n t 建模时就已将行为型设计模式包含进自身动 作逻辑而体现出来的，而对对象而言，行为模式往往与对象间是独立的两部分。第 三个区别在于a g e n t 具有很灵活的与其他a g e n t 合作的能力，对象间的这种合作仅 限于预定的组织内进行。 2 2 2 个体a g e n t 体系结构 1 1 1 1 2 i 在构建a g e n t 系统时，如何体现a g e n t 的复杂行为，使其具有解决问题的能力， 不同的设计哲学导致了不同的体系结构。目前提出的个体a g e n t 的体系结构大致分 为三类：慎思型、反应型和混合型。 ( 1 ) 慎思型( e l i b e r a t i v e ) 结构传统的符号派a i 研究者认为复杂的行为和智能 是通过拥有符号知识和运用这些知识进行推理而实现的。该结构基于s i m o n 和 n e w e l l 的物理符号系统假设，特点是包含了利用显式表示的符号模型，并且其决 策是通过逻辑推理、模式匹配和符号操作得出的，认知构件基本上由规划器和世 界模型两部分组成，也称为认知型体系结构。 但在实际的应用中，这种a g e n t 存在诸多的不足。复杂的外部环境和a g e n t 的 内部状态符号化表示是一个困难问题，需要成熟的知识库技术和知识获取技术的支 持。在符号表示的基础上进行复杂的推理，将极大地影响系统效率，不能满足很多 应用对效率的要求，特别是实时领域中应用系统的要求，这些问题在传统的a i 领 域尚未很好的解决。 ( 2 ) 反应式( r e a c t i v e ) 结构一些研究者认为智能的、理性的行为是a g e n t 在与复杂的外部环境进行交互时，通过对外部刺激做出正确的反应而实现的，而 7 华北电力大学硕士学位论文 不是通过类似于定理证明这样的过程来实现的。该结构以r b r o o k s 的思想为基础， 不包含用符号表示的世界模型，不使用复杂的符号推理而直接根据感知输入产生动 作，对外部世界做出反应。a g e n t 中包含感知内外部状态变化的感知器、一组对相 关时间做出反应的过程、以及依据感知器感知的信息来激活某个过程执行的控制系 统。当感知到某- - # b 部信息时，不经过复杂的逻辑推理只需要进行简单的匹配操作 来判断动作的触发条件是否满足。对于所有触发条件满足的动作，将根据优先级选 取动作执行。 反应式a g e n t 判断触发条件是否满足只是依据其当前的状态，不考虑历史因素， 且不为将来制订计划。反应式结构具有较好的健壮性和容错性，同时能较好地适用 于实时要求。 ( 3 ) 混合式( h y b r i d ) 结构单纯的基于逻辑的体系结构和单纯的反应式结构都 有其难以克服的不足。将以上两者结合起来( 体现了两者的优点) 可构造混合体系 结构来实现二者的互补。典型的系统有g e o r g e f f 和l a n s k y 的过程推理系统p r s 、 g a s s e r 的m a c e 等。 2 3 移动a g e n t 移动a g e n t ”】【1 4 1 是一个能在异构网络中自主地从一台主机迁移到另一台主机， 并可与其它a g e n t 进行交互的程序，实际上是a g e n t 技术与分布式计算技术的混合 技术。移动a g e n t 技术彻底突破了传统调用模式( r e v ) ，实现了a g e n t 的自主移 动，而将a g e n t 的自主移动特性应用到多a g e n t 系统的通信中，能极大地提高系统 的可移动性和灵活性。 2 3 1 移动a g e n t 概念 随着网络技术的发展，“可以让智能a g e n t 在i n t e r n e t 上自主移动并执行，以 完成用户指定的任务”，而不论该a g e n t 是强定义还是弱定义类型的，这就是移动 a g e n t 最初的构想。可以说移动a g e n t 是a g e n t 技术和分布式技术相结合的产物， 它是i n t e r n e t 发展的必然趋势。 移动a g e n t 是具有移动性的特殊a g e n t ，属于a g e n t 的一个重要分支。移动a g e n t 除了具有自主性、反应性、主动性和社会性外，还具有移动性，可以在异构的网络 环境中从一台主机自动地移动到另一台主机，渐进、分布地完成任务；并可以和其 它a g e n t 和资源交互的程序。移动a g e n t 首先突破了以往总是把数据传向程序代码 的限制，当代码规模比较小时，它可以把代码移动到数据方进行运算。通过移动到 必需资源的所在地，a g e n t 可以和资源直接交互而不需要通过在网络中传送这些资 源，在多数应用中无疑节省了网络带宽。同样，它也可以移动到用户的所在地，直 8 华北电力大学硕士学位论文 接对用户进行快速的反应。无论那种情况，即使网络中断了，只要a g e n t 已经传送 固：= 喜i i = 二囤 客户端服务器端 主机a 移动a g e n t 方式 主机b 图2 - i 异地通信方式 过来了，这种异地交互就仍然可以继续。这使着移动a g e n t 在分布式环境方面有着 特别的吸引力。图2 1 表示了基于移动a g e n t 的模式和基于p r c 方式的通信模式。 2 3 2 移动a g e n t 的优点 ( 1 ) 降低网络负载，克服网络的延迟。 移动a g e n t 的计算模式是传输少量的运行代码和状态到远程数据方，这样 就减少了大量的原始数据在网络中的流量，同时传输次数的减少，网络延迟相 对于传统方式也降低了许多。 ( 2 ) 提供实时的远程交互 移动a g e n t 具有自治性，到达目的地后可自主地执行任务并与环境交互， 可以对某些实时性要求高的系统进行实时控制。 ( 3 ) 异步执行计算 移动a g e n t 可以将一组操作成批地发送至目的地，等整个任务完成后将最 终的结果返回，实现整个任务的异步执行。 ( 4 ) 动态自适应性 移动a g e n t 可以感知运行环境，并且对变化自主、快速地做出反应，使整 个系统始终保持在最优状态。 2 4 多a g e n t 系统( m a s ) 在现实中对于复杂的、大规模的问题，只靠单个的a g e n t 往往无法描述和解决， 这就需要多a g e n t 体统。在这样的系统中往往包括多个a g e n t ，这些a g e n t 不仅具 备自身的求解问题的能力和行为目标，而且能够相互协作，来达到共同的整体目标。 m a s 作为解决复杂系统的一个有效方法，能够利用并行分布式处理技术和模块化设 计思想，把复杂系统划分成相对独立的a g e n t 子系统，通过a g e n t 之间的合作与竞 9 华北电力大学硕士学位论文 争来完成对复杂问题的求解。m a s 通过各a g e n t 间的通信、合作、协调、协商、管 理以及控制来实现系统的结构、功能及行为特性。【1 5 ，1 6 1 2 4 1 多a g e n t 系统的特征 多a g e n t 系统由一组在逻辑上或者物理上分步的许多a g e n t 组成，它们通过协 作共同完成共同的任务。一般认为多a g e n t 系统特别适用于那些根据空间、时问或 功能进行分解和划分的应用问题，在这些应用中多a g e n t 系统将带来如下特性。 ( 1 ) 每个a g e n t 都具有自治性和主动性，拥有解决问题的不完全的信息或能力， 能根据自身的能力独立解决问题域中的子问题，a g e n t 之间的依赖性和耦合度低， 增强了整个系统的鲁棒性。 ( 2 ) 分解复杂的系统，用分层、花粉角色等方式建立系统的体系结构、构造个 体a g e n t 降低系统的复杂度，提高系统的灵活性。 ( 3 ) 系统内部的交互性和系统整体的封装性：多a g e n t 系统的成员a g e n t 通过 通信进行交互，彼此协商和协调来完成系统的整体功能，能提高大规模复杂系统问 题的求解能力和求解的效率。 ( 4 ) 多a g e n t 系统同时也适用于实时系统；a g e n t 与其它的a g e n t 异步而并行的 执行各自的任务，能实现实时系统的并发处理：单个a g e n t 的异构性为实时系统中 多种控制模型的融合提供了可能。 2 4 2i d a s 的体系结构 a g e n t 体系结构是研究如何用软件或硬件的方式实现a g e n t 。一般来说，多 a g e n t 系统的结构体系是指各a g e n t 之间的通信和控制模式，体系结构的选取影响 到整个系统的性能。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三种： 集中式、分布式和混合式。【1 7 1 ( 1 ) 集中式结构 将系统分成多个组，每个组采取集中式管理，即每一组a g e n t 提供一个具有全 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，并由一个消息传递 a g e n t 来承担消息传递任务。集中式能保持系统内部信息一致性，系统的管理、控 制和调度较为容易。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，管理a g e n t 的崩溃将导致区域或系统崩溃。 分布式结构 ( 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后做什么动作取决于系统状 l o 华北电力大学硕士学位论文 况、周围环境、自身状况。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( 如局部目标、局部规划) ，很难实现全局一致的行为。 ( 3 ) 混合式结构 一般是由集中式和分布式两类结构组成，它包含个或多个管理服务机构，这 种机构只对部分成员a g e n t 并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。其它成员之间是平等的， 它们的所有行为由自身做出决策。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m a s 复杂、开放的特性，因此是目前多a g e n t 系统普遍采用 的系统结构。 2 4 3 构建多a g e n t 系统应注意的问题 a g e n t 一个显著的优点是它的社会协作性，这需要建立多a g e n t 系统予以体现。 多a g e n t 系统本质上是一种分布式问题求解系统，它提供了一种通过组织与协商以 弥补个体处理和获取信息能力有限的有效方法，但它要求系统中每个a g e n t 及a g e n t 间的交互具有自组织能力( 如推理、规划、学习等) 。中提供了很多关于多a g e n t 设 计的思想与原则。多a g e n t 系统中主要应处理以下几方面问题： ( 1 ) 多a g e n t 的体系结构。体系结构是指a g e n t 间共享和交互信息的方式，它 影响信息的存储方式和a g e n t 间的通信方式。 ( 2 ) 多a g e n t 间的协作。良好的协作应该是在较少次数的交互和学习后系统快 速趋向总体一致性。 ( 3 ) 多a g e n t 间的通信。通信包括两个方面：一是底层通信机制的构造，二是 a g e n t 间的通信元语构造。 ( 4 ) 冲突消解。冲突是多a g e n t 系统中必然会出现的现象，可采用回溯、协商 或设置专门的消解冲突a g e n t 来完成。 华北电力大学硕士学位论文 第三章电网调度系统知识数据库的构建 3 1 数据库系统设计 随着信息时代的到来，数据作为信息的重要载体，在生产、生活中得到了越来 越多的应用。数据模型( d a t am o d e l ) 是人们用来描述事物及事物运动规律的一种 抽象模型，它以实际事物，即“实体( e n t i t y ) ”的数据特征的抽象来刻画事物。描 述豹是事物数锯韵表征及其特性。它不仅反映数据本身而且反映数据之间的联系。 如何在数据库系统的形式化结构中抽象表示被处理现实世界的数据是非常重要的 问题。数据模型就是用来在数据库中对现实世界进行抽象的，现有的数据库系统均 基于某种数据模型。 数据库领域中现在最常见的数据模型有三种：层次模型( h i e r a r c h i c a lm o d e l ) 、 网状模型( n e t w o r km o d e l ) 和关系模型( r e l a t i o n a lm o d e l ) ，前两种模型一般称为 非关系模型。非关系模型对复杂联系的描述能力较弱，规模稍大其结构与操作的复 杂性剧增，使其应用困难，所以基本上已经被关系型模型代替。在本文的设计中采 用的是关系数据库。 关系型模型是数据库领域中最重要的模型，现在计算机厂商推出的数据库系统 产品几乎都支持关系模型。关系数据库是利用数据库进行数据组织的一种方式之 一。它建立在集合论坚固的数学基础上，是集合论在数据组织领域的应用，这是它 与非关系模型最大的区别。关系模型中数据的逻辑结构( 即数据结构) 可以被看成 一张二维的表( t a b l e ) ，表由结构和数据两部分组成。它是具体组织和存储数据的 对象。关系数据库采用关系模型作为数据的组织方式，构成的关系数据库以简明清 晰的概念，易懂易学的数据库语言，因而取得了数据库领域的主导地位。现在市场 上流行的f o x p r o 、a c c e s s 、s q ls e r v e r 等都是关系型数据库管理系统。 s o l s e r v e r 2 0 0 0 数据库是一个企业级大型关系数据库管理开发工具，在国内外 已得到了广泛的使用。主要特点如下： ( 1 ) 易用性； ( 2 ) 适合分布式组织的可伸缩性； ( 3 ) 用于决策支持的数据仓库功能； ( 4 ) 与许多其他服务器软件紧密关联的集成性、良好的性价比。 为了提高系统的实时性颓编程的方便以及易扩展性，采用了葱向对象的 方法来定义数据结构，例如某变电站的数据模型结构图3 1 所示。 i 2 华北电力大学硕士学位论文 图3 - 1 变电站数据结构图 3 2 知识表示的概述 知识表示是将世界的事实、关系和过程等编码成为一种合适的数据结构。知识 的表示技术，就是研究在计算机中如何用最合适的形式对问题求解过程中所需要的 各种知识进行描述，即知识的形式化或模型化的问题。知识表示主要的问题是设计 各种知识的形式表示法、表示与控制的关系、表示与推理的关系及知识表示与其它 领域的关系。在解决同一问题时，不同的表示法可产生完全不同的效果。人工智能 ( a i ) 是一门用机器代替人的智能的科学。人的智能活动的过程主要是一个获得并 且应用知识的过程。因此如何将知识表示成适合的形式，便于在计算机内的存储、 检索、使用和修改，是一个重要的问题。 为有效设计电网调度系统知识库，便于程序的访问使用、扩展和维护，必须选 择一个合适的表示法。传统的知识表示方式有：规则表示法、谓词逻辑表示法、框 架表示法、语义网络表示法和面向对象表示法等。在考虑了各种知识表示方法的特 点狙已开发系统应用现状的基础上，对电网调度系统的知识库本文采用的是葱向对 象的表达法与规则表示法相结合的方法。 知识表示是研究用机器表示知识的可行性、有效性的一般方法，是一种数据结 构与控制结构的统一体，既考虑知识的存储又考虑知识的使用。知识表示可看成是 一组描述事物的约定，以把人类知识表示成机器能处理的数据结构。人工智能的知 识表示方法一般有以下几种：逻辑表示法、产生式表示法、语义网络表示法、框架表 示法和面向对象的表示法等。本系统所研究的故障诊断系统主要涉及用到了产生式 表示和面向对象表示法。u ” 华北电力大学硕士学位论文 3 2 1 产生式( 规则) 表示法及其产生式系统 产生式通常用于表示具有因果关系的知识，其固定结构格式，简单、清晰、易 于表达、理解、检索和推理。其基本形式是 p q 或者 i fp t h e n q 其中，p 是产生式的前提，是用于指出该产生式是否可用的条件：q 是一组结 论或操作，用于指出当前提p 所指示的条件被满足时，应该得出的结论或应该执行 的操作。整个产生式的含义是：如果前提p 被满足，则可推出结论q 或执行q 所 规定的操作。下面用巴科斯范式b n f 给出它的形式描述及语义： ：= 前提) ：= ： ： a n d ( a n d ) o r 【( o r ) 】 ：= 产生式表示法就是由一个或n 个前提引出一个结论的知识表达方式，也称其为 前提一结论对。 产生式系统由如下二部分构成： ( 1 ) 总数据库：存放描述被研究问题的事实状态，可以是简单的数字、图表、 矩阵，或者是文件结构。在电网调度系统中主要存放的变电站的设备数据、设 备的状态以及当时的运行情况。 ( 2 ) 知识数据库：存放以产生式形式表示的知识。每条产生式有一定的条件当 下达操作任务后，匹配所要操作的设备状态及连接数据库，当满足产生式的条 件时，执行产生式的结论部分。 3 2 2 面向对象的知识表示法 面向对象技术是计算机应用领域2 0 世纪9 0 年代迅速发展起来的一个新生事 物，它的出现被认为是程序设计方法学方面的一场实质性革命。面向对象技术是以 对象为核心，将对象的属性封装在对象的结构中；对象是具体事物和概念的抽象， 使程序开发人员和用户彼此沟通容易；在系统的设计和实现阶段，通过封装、继承、 多态等手段，大大降低系统实现的复杂度，提高代码的利用率、可靠性和可维护性， 加速问题求解的速度。面向对象技术的引入，使问题空间和求解空间得以统一。 1 4 华北电力大学硕士学位论文 面向对象知识【2 0 】表达法由于引入了继承机制使其具有如下特点： ( 1 ) 能减小代码和数据的重复冗余度，大大增加程序的重用性； ( 2 ) 能有效地在一些比较一般的类的基础上构造、建立和扩充新类。 面向对象的知识表示法以描述对象的数据结构为中心构筑系统，是直接对应于 人类认识和记录客观事物的方式。它引入对象类的概念及消息传递，“类”的概念 反映了人类认识事物从特殊到一般的归纳抽象，而继承性则实现了从一般到特殊的 演绎过程。因此，面向对象的方法符合人的一般思维过程，将其引入电网调度系统 具有可行性。 在本文的设计中面向对象的知识表示主要用于a g e n t 获取环境信息的状态，将 其状态以类的形式封装起来，便于a g e n t 迁移时，携带其环境信息。 早期的人工智能语言有l i s p ( i 函数型) 、p r o l o g ( 逻辑型) 和s m a l l t a l k ( 面向对象型) - s m a l l t a l k 语言是基于对知识的面向对象表示的。近年来随着c + + 语言和计算机技术 的不断更新，面向对象的思想和方法得到了较大规模应用。 人们认识世界是以世界划分为一些事和物为基础，物指的是物体，事指物体间 的联系。面向对象表示法中的对象指物体，消息指物体间的联系，通过发送消息使 对象间相互作用来求得所需的结果。 对象是由一组数据和与该组数据相关的操作构成的实体，它可以表征客观世界 的任何事物。在面向对象表示中类和类继承是重要概念。类由一组变量和一组操作 组成，它描述了一组具有相同属性和操作的对象。每