（电力系统及其自动化专业论文）基于多agent技术的电力调度辅助管理系统.pdf

声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于多a g e n t 技术的电力调度辅助管 理系统，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：一塑垒1 日期：趔：! ：! ! 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。 晓# 密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：毽垒1 日期：丝：! ：! ! 导师签名： 日期： 华北电力人学硕士学位论文 1 1 课题的提出及意义 第章绪沦 当前，世界范围内的电力工业改革和互联电网的发展，不断对电力系统的可靠性和 经济性提出新的要求，电力工业在全世界范围内发生着深刻的变革。电力工业的改革目 标在于提高电力生产效率，使电价形成机制合理化，提供高质量、更安全的电力产品， 促进电力工业本身的良性发展，并使全社会从改革中得到更好的经济效益和社会效益。 而随着地区大电网的不断形成，整个系统的运行更加呈现出分布式的特征。为确保有许 多追求不同目标的市场参与者的电力系统的安全、可靠与经济运行，协调是必不可少的。 快速的信息交换系统对实现电力系统的协调运行至关重要。因此，在调度运行管理系统 的开发中，所采用的技术必须适应社会的发展，满足电力工业发展的需要。 电力系统调度是电力系统生产运行的一个重要指挥部门，负责领导电力系统内发 电、输电、变电和配电设备的运行，负责系统内重要的操作和事故处理。可以说，电力 系统能够安全经济运行，能够连续地向广大用户- 口 应符合质量标准的电能，是与各级电 力系统调度所作的工作密不可分的。 影响电力系统安全运行的因素很多，除了电网绐馏荦薄、后备不足等属于投资和规 划设计方面原因以及设备质量缺陷、维修不力等原因外，运行管理方面的问题也是不可 忽视的。在电力系统的实际运行t h 事故的发生和发展往往与系统的运行方式有很大关 系。根据文献 4 5 1 中对我国近年来剥稳定破坏的事故统计，其中与运行管理有关的约占 总数的7 2 n 。可见，为了保证系统安全运行，必须结合安全稳定规则和运行经验以及具 体的环境条件，进行各种事故的预想并相应给出一系列的事故处理方法。并且在运行方 式的安排上，应考虑影响系统稳定的各个因素，同时应详细考虑它们之间的配蜀与协调 工作。 而目前我国电力系统中的各个对象都处于被动等待调用，无感知外部环境变化 的能力，更不能根据变化做出相应调整以适应电力系统高度动态变化的环境。另一 方面，电网调度管理的工作很多，调度员在每天值班详细记录整个电网的运行情况 的同时，还要实时地结合电力系统新的运行情况，根据电力调度规程对电力系统的 运行进行修正并给出调度意见，为各级领导和管理部门提供决策所需要的重要信 息。这极大地增大了系统调度人员的工作强度和工作复杂度，不利于系统的安全稳 定运行。以华北电力调度局为例，目前，华北电：0 调度局在电力调度管理中采用的 一般流程为：下属电厂或变电站向酾度局传递运f 信息，形成操作票一) 调度处 在分析系统运行状况的基础上，在操怍票上写入蛹度处对系统的调整信息一) 报上 华北电力大学硕士学位论文 级有关领导审批后执行。以华北电力调皮局原有的调度管理系统为例，该系统主要 存在以下缺点： 1 查询很不方便。在华北局电力调度规程中，是按照线路、电厂、变电 站、运行稳定极限等项目来对整个系统的运行规程进行分类的，由于电力系统某一 条线路或者变压器等设备的运停可能影响到相关的多种系统设备，调度人员必须 逐条、逐项地翻阅，给调度人员的信息查询增加了很大的工作量，并且很容易造成 遗漏。 2 技术比较原始。原有系统基本上还是处于人工操作然后写入结论的原始阶 段，系统本身无法针对当前的运行状态对调度人员提供任何技术上的帮助和支持。 3 存在安全隐患。调度人员在给出自己的调整意见之后，在报到上级主管领导之前， 原有系统无法提供一个基本的j 下误性的判断，不仅给上级主管领导增加了负担，也为系 统安全运行造成隐患。 4 管理漏洞明显。原有系统除针对管理员和普通用户设置了权限设置，对于一般渊 度人员则没有任何区别，任何人都可以对现有的操作票进行操作，这样容易造成整个管 理上的混乱，而且系统的信息安全也无法得到保证。 5 功能单一。原有系统仅仅是完成了调度管理过程中的一部分工作，缺乏和调度过 程中相关的其他设备( 例如继电保护、运行极限) 的沟通和协调，因此无法给调度人员 提供更多需要和帮助，功能原始单一。 6 与下属各变电站、电厂、调度所缺乏必要联系，因此不能很好的实现实时、便利 的信息共享和数据传递，从而影响整个系统的性能。 另外在日常的调度人员培训与学习过程中，也无法根据电力系统的实际进行模拟仿 真培训l ，当然对员工的培i j l 学习结果也无法做出考核评定。总之，原有的凋度管理系 统已经无法满足电力系统发展的需要。 以上问题归结为一点：即由于原有的调度管理系统采用的是系统给出工作，由人来 人工完成的原始操作方式，整个系统的智能性、灵活性、安全性不高，自动化程度很低， 从而在实际应用中造成了诸多不便，已经不适应电力系统的信息化进程。 而a g e n t 技术可以将处理复杂系统的理论方法、决策理论、信息收集与知识发现技 术、电力系统安全稳定性分析等紧密地结合起来，形成一个基于多a g e n t 的人机交互系 统，帮助调度员进行系统运行状态分析与决策，实现对电力系统的有力高效管理。电网 调度管理系统是一个集管理和技术的多层次、分布性系统。多a g e n t 系统将使电网调度 各个部门和相关负责人能够及时地、较为全面地了解到所需要的信息，同时在执行相关 任务或指令之前有一个很好的智能辅助管理助手，协助完成各项任务，减少不必要的重 复工作。智能监测相关部门的运行动态，并能够合理安排近期的工作。而另一方面，f 乜 力系统的复杂性和较高的安全性要求使得系统需要实h j 的传递相关的信息，而多a g e n t 华北电力人学硕一l ：学位论文 之间协调和协作的基础就是各a g e n t2 _ i 日j 数据的良好获取和传递通信能力。因此研究 a g e n t 技术在电网调度管理系统的应用具有重要的现实意义和学术价值。 1 2 国内外多a g e n t 技术应用于电力系统的研究现状及发展趋势 近年来，随着计算机技术的不断发展和应用的泛普及，随着互联网络的出现和发 展，计算机软件系统结构和计算机组织结构的复杂性不断增加，从而为软件系统的丌发 提出了更多、更复杂的要求，如可伸缩性、多功能性、可重用性、鲁棒性、一致性等等。 同时软件系统的设计越来越向个性化、智能化方向发展，一些大型软件系统纷纷采用人 工智能技术。因此可以说智能化、分布式是未来软件设计的方向。作为人工智能和分斫i 式计算的结合，分布式人工智能( 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 c e ) 正逐渐受到人 们的重视。分布式人工智能一般分为分布式问题求解( d p s ，d i s t r i b u t e d p r o b l e m s o l v i n g ) 和多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 ) 。其中多a g e n t 技术正是通过 提供的分散控制、应急和并行处理，可以有效地降低软件或硬件的费用，提供更快速的 问题求解。 a g e n t 的概念出现于2 0 世纪7 0 年代的人工智能中，8 0 年代后期才成长起来。由于 分布并行处理技术、面向对象技术、多媒体技术、计算机网络技术，特别是i n t e m e t 和 w w w 技术的发展，a g e n t 不仅成为人工智能和计算机领域最活跃的研究内容之一，而 且引起了科技界、教育界、工业界的广泛关注，其应用也越来越广泛。 多a g e n t 技术主要研究一组自治的a g e n t 在分布式开放的动态环境下，通过交互、合 作、竞争、协商等智能行为完成复杂的控制或任务求解。多a g e n t 技术的研究涉及理论 和应用两个方面i ”。理论上主要研究多a g e n t 系统的体系结构，协调及学习机制。应用 上主要研究多a g e n t 技术在科学计算、计算机网络、机器人、制造业、电力系统、交通 控制等中的应用。 到目前为止，关于多a g e n t 系统的应用国外已经有人做了很多工作，甚至应用于一 些大型、复杂的系统，例如智能自动驾驶 3 、高级机器人系统 4 、分布式电力管理 5 、 电力市场 6 8 等等。国内的多a g e n t 系统的研究也在不断的发展之中。 文献 9 3 提出了基于多a g e n t 的虚拟车间调度方法，将构成虚拟车间调度的要索、 资源和项目封装成a g e n t ，把对车问调度模型的求解转化为标准的线性规划问题，并利 用遗传算法来确定完成项目的虚拟车问，该方法将多智能体思想引入车间控制系统，使 生产计划调度对加工任务进行优化和分解，但没有充分利用a g e n t 之间的l 办商和合作， 调度还是通过常规的智能方法进行。 文献 1 0 1 1 在分析电力系统运行现状和多a g e n t 技术的基础上，提出了将多a g e n t 技术应用于电网调度运行决策和继电保护系统中的思路，并建立了系统的体系结构，对 其结构、功能和决策过程都进行了较为详细的阐述，对与之相关的系统通信、可靠性和 华北电力人学硕十学位论文 应用范围等问题也进行了有益的讨论，但两者都更多是停留在理论的研讨阶段，具体在 实施过程中可能遇见的问题则没有捉及。 文献 1 2 则开发了一套基于多智能体的调度操作票指导系统，研究了调度倒闸操作 票智能体和s c a d a 系统、调度管理信息系统之问的协作机制，提出了基于结构属性的任 务规划方法和基于混合策略的多智能体之间的协调控制策略，并对多智能体的任务划 分、动作协调、数据共享、通讯机制等问题进行丁较深入的阐述。 文献 1 3 对多a g e n t 技术用于制造企业的应用集成、供应链管理、物料和库存管理 等以支持企业实现智能化业务操作进行了探讨； 文献 1 4 以一个仿真变电站为例，详细晚明了基于电力变电站的多a g e n t 系统的设 计内容和具体的实现步骤，对其中涉及到的设计原则和协调协作机制也进行了具体的分 析； 多a g e n t 系统理论是设计和实现复杂软件系统和控制系统的新途径，计算机科学研 究已经在理论上为其设计了许多结构与交互算法，它在信息系统与生产过程控制中已有 成功的应用，但在电力系统中仍处在理论与应用的边缘。多a g e n t 技术在电力市场运营 支持、继电保护、事故分析与故障诊断、电压无功优化等方面应用比较广泛。但是在电 网调度管理系统中，仅仅就单一操作票或是检修申请票等具体问题展开研究和分析，并 没有将地区电网调度各个部门的工作有机结合起来。由于多a g e n t 系统在电力系统中的 应用研究涉及很多方面，而且大多缺乏对具体问题领域的模型规范，所以a g e n t 技术在 电力系统中的广泛实用化仍需进一步的研究和探索。 1 3 本文的主要工作 ( 1 ) 在a g e n t 相关理论和技术的基础上，分析电网调度管理涉及的各个部门 工作的特点和需求，分解调度管理任务，建立电网调度多a g e n t 系统的整体结构模 型，并设计各个独立功能的子a g e n t 。 ( 2 ) 分析多a g e n t 系统中各a g e n t 的功能以及主动性、反应性、社会性、自发性 等特点是如何体现和实现的。重点分析研究功能独立的a g e n t 之间的协调和协作方法， 找出一种适合本系统的协作方法来协调系统中各个子a g e n t 之间的工作，完成复杂的控 制任务或者解决复杂的问题。 ( 3 ) 依据所设计的总体系统结构和选取的协作方法思想，编程实现整个多a g e n t 调度辅助管理系统的功能。并且拟采用基于w e b 的数据挖掘方法来实现对电力系统变电 站和发电厂设备检修申请票的信息实时采集和分析处理。 ( 4 ) 依据开发的各个子a g e n t 的需要，建立相关的数据库系统。这主要包括：总 结华北电网电力调度规程和调度运行经验，建立整套能够为电脑和用户都能识别 的规程库和用于系统子a g e n t 推理机推理使用的规则库；依据所涉及设备类别和信息类 华j e 电力人学硕士学位论文 别，建立一套厂站设备库、线路信息库、元件库等等。 ( 5 ) 根据现场调度人员的建议，系统还包括了一个基本的规程学习和测试子系 统( a g e n t ) 。它从属于主系统，为调度部门的员工培训和考试提供基本的学习和考 试功能。 华北电力大学硕十学位论文 2 1a g e n t 简介 第二章多a g e n t 技术简介 2 1 1 a g e n t 的概念简述 目前对a g e n t 尚无一个公认的定义，国内多将其译为智能代理，或者由多种智能品 质构成的有机整体“智能体”。在文献 1 7 中对a g e n t 的概念定义问题的不同观点 进行了较详尽的论述。 一般说来，a g e n t 是一个具有自治能力的实体，这个实体是一个由软件支持下的系 统。其特点主要包括自主性、进化性、协作性、通信性、移动性等。 ( 1 ) 自主性( a u t o n o m y ) 自主性是a g e n t 的根本特性。a g e n t 在行为上是有自主能力。a g e n t 被初始化以后， 不需要用户干预，可以自主地做出某种决定。 ( 2 ) 反应性( r e a c t i v i t y ) 反应性是指a g e n t 能感知其所在的环境，列环境( 可能是用户、程序、其他a g e n t 或以上的组合) 的改变及时地做出反应。 ( 3 ) 社会性( s o c i a b i l i t y ) 社会性是指a g e n t 能与其他a g e n t 进行多种形式的交互，能有效地与其他a g e n t 协 同工作。 ( 4 ) 自发性或者叫做预动能力( p r o a c t i v e n e s s ) 自发性指a g e n t 能遵循承诺采取主动行动，表现出面向目标的行为。也就是a g e n t 可以感知周围环境的变化，并做出基于目标的行为( g o a l d i r e c t e db e h a v i o r ) 。 w o o l d r i g e 在文献 2 中给出了他关于a g e n t 的定义，他认为，只要具有上述四种特 性的主体就可以称作是a g e n t 。本文接受并采用他的这一提法。 其他经常讨论到的a g e n t 的属性还有： 移动性( m o b i l i t y ) ：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，从而可以携带数据和能够在远处执行智能指令。 学习和适应能力( 1 e a r n i n ga n da d a p t a b i l i t y ) ：a g e n t 可以根据过去的经验积累 知识，并且修改其行为以适应新的环境。 真实性( v e r a c i t y ) ：假设a g e n t 不传输错误的信息。 合理性( r a t i o n a l i t y ) ：假设a g e n t 总是为实现目标而努力，而不会阻碍目标的实 现，至少在信念中应该如此。 实际上，对a g e n t 还可以给出更多的性质，但是目前国内外还没有一个公认的一般 华北电力人学硕1 ：学位论文 性的准则来定义它。 2 1 2 软件a g e n t 及面向a g e n t 系统 a g e n t 的概念现在还是处于一个探索讨论的阶段，而同样，究竟什么是软件a g e nl ? 目前国内外人工智能学界对这个问题也是存在着极大的争议，但是有一点是明确的，即 软件a g e n t 是一个计算机程序，就像专家系统、字处理软件一样。尽管到目前为止，还 没有一种简单的、充分性或必要性的准则供我们做出判断，但是，可以明确说明的是： 不具备包括自主性、社会性、反应性、自发性等特性中绝大多数特性的计算机程序不是 软件a g e n t “。 面向a g e n t 系统的最一般概念可表述为”： 一个系统包含个或者多个号称的a g e n t ，它在另外的号称的a g e n t 加到系统中时 会发生变化。 国内外的相关专家认为这个验证适用于般的a g e n t 系统，上述验证可以详细解释 为： 1 ) 系统行为发生变化并不是指因为有其他进程在运行，使得系统的运行速度变慢； 而是指这些号称的a g e n t 在某种程度上互相感知到对方的存在，并相应调整它们各自的 行为。 2 ) 加入的a g e n t 的类型必须是和号称的a g e n t 一样，就是皂，尽管它可以有不同 的目标、知识或信仰，但是它应该有一样的体系结构和功能。 3 ) 已有的a g e n t 和加入的a g e n t 不一定必须互相通信，它们也不一定必须有自主 性、持续性或智能。 而对面向a g e n t 系统的一个较为成功的抽象描述为：a g e n t 是一个能预知其行为并 能根据自身态度( 包括信念、愿望和意图) 解释其行为的目标系统。这是面向a g e n t 程 序设计系统a o p ( a g e n to r i e n t e dp r o g r a m m i n g ) 的核心和基础。a o p 有两个显著的优 点： 首先，它给我们提供了一个熟悉的，无须很多技术的方式来处理复杂问题的智能系 统。因为在面向a g e n t 的系统中，一些认知学名词，如信念、愿望、意图，是其基本的 组成部分。而在日常生活中，我们也是使用这些认知学概念来解释并预知负责的智能系 统。 其次，它使用的是非过程性的语言。在具体的编程过程中，过程性程序设计语言需 要编写详细的算法来精确地控制系统地每一步操作。这就要求程序设计者掌握系统所用 的工作细节，对于复杂系统来说，这是难以做到的。而非过程性语言只要求在系统中定 义一个目标，然后由系统内置的控制协调机制来实现。通过这种方式也大大减轻了程序 设计者的工作量。 华北电力人学硕十学位论文 2 2 多a g e n t 系统 由于单个的a g e n t 对问题的解决能力有限，这就导致了多a g e n t 系统( 简称m a s ) 的出现。m a s 通过信息交换使若干个a g e n t 保持独立完成某一问题的能力，而多个a g e n t 相互协助以完成更复杂的问题求解。特别是在分布式系统中，a g e n t 不仅可以独立或合 作完成一定的任务，它还可以感知外界，及时从外界或工作的过程中吸收有用的领域知 识，丰富自己、增强自己的能力，a g e n t 之间还可以进行知识交流，就是 兑相互学习。 高层次的a g e n t 不仅可以及时地把有用的信息以非常友好的方式提交给用户，而且它也 会把有利于提高系统运行效率和性能的信息或知识及时吸收进来。通过这种a g e n t 的自 我学习能力，增强系统的智能性。 基于a g e n t 的系统是当前计算机科学领域和人工智能领域的一个研究热点问题，它 体现了一种新的软件丌发模型和设计风格。j 下如专家所占，计算技术发展的趋势将是( 而 且将继续是) 实现更加普遍的、相互交互的计算机系统。开发具有这样潜力的软件技术 将是2 l 世纪初对计算技术的最大挑战，而a g e n t 是这一领域最有竞争力的候选者。”“ 目前对a g e n t 的研究大体上分为：智能a g e n t 、多a g e n t 系统( m u l t i - - a g e n ts y s t e m ， m a s ) 和面向a g e n t 的程序设计等。多a g e n t 系统由多个a g e n t 组成，一般具有如下特 征：( 1 ) 每个a g e n t 拥有解决问题的不安全的信息或能力；( 2 ) 没有统一的系统全局控 制( 3 ) 数据分散存储和处理：( 4 ) 计算是异步的。” 常见的基于a g e n t 的系统主要有以下几类“： 合作a g e n t 系统：是一种典型的、大规模的a g e n t 系统，它强调a g e n t 的自治性和 a g e n t 之间的相互操作性，在一个开放的多a g e n t 环境中完成a g e n t 的所有者的任务。 a g e n t 之间可以达成种相互接受的一致性。 界面a g e n t 系统：支持和提供一种主动性的协助，这种协助对于使用复杂应用系统 的用户特别有利。界面a g e n t 强调自治性和学习性，已完成所有者的任务。其最主要的 性质是它是一个个人助理，它与同一工作环境中的用户进行合作。一个a g e n t 与其他 a g e n t 之间如果有互操作的话，这种互操作仅限于请求建议。 移动a g e n t 系统：是一利r 软件程序，能在广域网如w w w 上漫游，代表其所有者的利 益完成任务，最后，履行完赋予它的职责并回到原先的位置。赋予它的这些职责可能是预 订飞机票或者管理远程通信网络等等。 信息a g e n t 系统：是一个具有主动性、适应性和互操作性的w w w 信息管理者，完成 在多个分布的资源中管理、操纵、收集信息的功能。 反应a g e n t 系统：a g e n t 不拥有关于其环境的内部符号模型，相反，以刺激一个反 应的方式对环境做出反应，来表示环境的状态。 混合a g e n t 系统：它是由两种或者两种以上的a g e n l 体系联合构成的系统。 华北l 乜力人学硕士学 ： ) ! 论文 2 3 多a g e n t 之间的协调和协作 多a g e n t 的协调和协作是多a g e n t 系统研究的核心问题之一。多a g e n t 协调 ( m u l t i - a g e n tc o o r d i n a t i o n ) 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，以协调各自行为，最大限度地实现各自目标。而多a g e n t 协作 ( m u l t i a g e n tc o l l a b o r a t i o n ) 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。所以也可以说，协作是非对抗的主体之问保持行为协调的一个特例”“。 在现阶段，针对a g e n t 之间协调和协作的研究大体上可分为两类：类将其他 领域( 如博弈论g a m e f h e o r y 、经典力学理论等) 研究多实体行为的方法利技术用 于a g e n t 协调和协作的研究；而另一类则从a g e n t 的目标、意图、规划等心智态度 出发来研究多a g e n t 之间的协作和协调。但前一类方法的适用范围远不如后一类广， 所运用的各种理论只适用于特定的协作环境下，而一旦环境发生变化，如a g e n t 的 个数、类型以及a g e n t 之间的交互关系与该理论所应用的情形不一致，基于该理论 的协作机制就失去了其存在的优势。而后一类方法则较偏重于问题的规划与求解， 并且它们所假定的协作过程差异显著。有的是先找协作伙伴再规划求解，有的先对 问题进行规划然后由a g e n t 按照该规划采取协作性的行为，而有的则在a g e n t 自主 行动的过程中，进行部分全局规划( p a r t i a 】g l o b a lp l a n n i n g ，p g p ) 来调整自己 的行为以达到协作的目标。可以说，多a g e n t 之间的协调已经产生了多种方法，我 们可以大致归纳如下： 组织结构化( o r g a n i z a t i o n a ls t r u c t u r i n g ) 合同( c o n t r a c t i n g ) 多a g e n t 规划( m u l t i - a g e n tp l a n n i n g ) 协商( n e g o t i a t i o n ) 从社会心理学的角度看，多a g e n t 之间的协作情形又可以分为： 协作型：同时将自己的利益放在第二位； 自私型：同时将协作放在第二位； 完全自私型：不考虑任何协作； 完全协作型：不考虑自身利益： 协作和自私相混合型 那么评价协作机制的优劣主要有以下几点考虑： ( 1 ) 对称性在协调和协作机制中系统中的各个a g e n t 之间是对等的，不存在任 何特殊的a g e n t 。 ( 2 ) 效率性a g e n t 通过协调和协作达成的方案应该具有较高的效率，且所得的解 不会与其它的解相冲突。 ( 3 ) 稳定性协调策略满足稳定性，如满足严格的n a s h 平衡，即任何a g e n t 都不能 9 华北电力人学硕十学位【仑文 通过单独改变其策略而获得额外的利益。 ( 4 ) 简单性协调和协作机制应具有较低的通信费用和较低的计算复杂性。 总之，在多a g e n t 系统中，各个单个的a g e n t 是自主的，多个a g e n t 的知以、 愿望、意图和行为等往往是各不相同，对多个a g e n t 的共同工作进行协调，是多a g e n t 系统的问题求解能力和运行效率得以保障的必要条件，那么下面就结合本系统丌发 中的具体实际来介绍一下部分全局规划的协作方法。 2 4 部分全局规划的协作方法 在本系统的开发过程中，预定在现今比较流行的合同网协议( c o n t a c tn e t p r o t o c o l ，c n p ) 和部分全局规划两种协作方法中选择一种来实现系统中各个子 a g e n t 之间的协调合作。 合同网协议是1 9 8 0 年s m i t h 在分布式问题求解中首次提出，后来这种协议广 泛用在了多a g e n t 系统的协调中。它主要的特点是多a g e n t 系统的各个a g e n t 之间 的通信经常建立在约定的消息格式上。实际的合同网系统基于合同网协议提供一种 合同协议，规定任务指派和相关的a g e n t 的角色。通过文献的阅读和实际编程研究 发现，合同网协议用于多a g e n t 调度管理系统存在以下问题： 1 ) 类似广播的通讯方式，a g e n t 之间的通信信息量太大，使得a g e n t 大量的资 源被占用，a g e n t 的能力受到限制。 2 ) 电力调度管理中的很多任务都存在各种各样的关系，是一个相关性很强的 系统，而合同网协议忽略了调度管理任务间的各利，关系，因此应用在耦合度大的任 务方面存在很大限制。同时要求系统的协调单元负担较重，a g e n t 之间的协作受到 局限，使得系统生成的整体调度方案性能较差，任务完成的质量不佳等。 3 ) 使用c n p 方法的系统中，单个a g e n t 缺乏对整体任务和其他各a g e n t 任务 的知识，在完成复杂的任务时，可能无法形成调度管理方案。 与上面的合同网协议方法相比，部分全局规划方法最重要的特点是多a g e n t 系统 工作时每个a g e n t 的能力是给定的，主要收集当前状态的信息以及其它各a g e n t 要达到 的目标，主体通过使用知识优化明确各a g e n t 的任务。其主要原理是：为了达到关于问 题求解过程的共同结论，合作的a g e n t 需要交换信息。因为系统不能产生整个问题的计 划，所以采用部分规划，最后a g e n t 通过局部规划的交换和合作，来得到问题求解的全 局视图，进而形成全局计划。p g p 正是提供了一种灵活的概念，来协调分布式问题的 求解。 使用p g p 的基本条件是需要几个分布式主体( a g e nc ) 为整个问题求解工作。 一个a g e n t 作为p g p 的一部分，考虑同组其他a g e nl 的动作和关系来形成自己的结 论。p g p 处理过程可以分成四步： 丝! ! 坐杰叁主堡j ! 堂复! 垒三! ! ； 每个a g e n t 创建局部规划 a g e n t 之间通信和交换规划 创建部分局部规划 修改和优化部分局部规划 协调过程开始之前，每个a g e n t 必须创建局部规划，求解指派的任务。每个局 部规划至少要有两个层次的两级。整体结构包含求解问题最重要的步骤，反映a g e n t 主体长期求解问题规划；详细结构包括每个具体子问题的详细信息。 一旦局部规划完成，第二步，a g e n t 之间交互知识，这就要每个a g e n t 必须具 备一定数量的专门组织的指示，它可以决定在问题求解中其他a g e n t 的角色，对什 么信息感兴趣。一旦a g e n t 收到其他a g e n t 的规划信息，它必须以p g p 形式组织， 检查是否有新的信息包括对它内部规划的依赖关系，然后，将这些相关的子规划分 组成逻辑部件。整个过程包括三个迭代的阶段：( 1 ) 每个a g e n t 决定自己的目标，并 且为实现目标产生短期的规划；( 2 ) a g e n t 之间通过信息交换，确定规划和目标的交互； ( 3 ) 为了更好协调它们各自的动作，a g e n t 要修改局部规划内容，对可能出现的问题进 行更正。 p g p 规划的核心是分析其他a g e n t 传送过来的信息，决定各个a g e n t 之删是不是工 作于相同的目标。p g p 规划通过相互之问的信息交换形成知识，预测其他各个a g e n t 未 来的行为和可能的结果，从而形成自己本身未来工怍的基础。然后通过把局部规划与新 的知识比较，创建修改的局部规划，并且使用整个系统当前的知识进行优化和充实修改 后的局部规划的细节，直至得到需要的结果。 使用局部规划有很多优点，最重要的就是其具有高度动态的系统行为，所有规划任 何时候都能较好的适应新的环境求解，整个系统具有高度灵活性和有效性。p g p 尽可能 识别原规划的改变，且必须按时地将所作的修改送到其他可能会影响到的结点，但在系 统实际开发过程中，由于电力系统是一个关联性特别强的系统，任何一个设备的起停都 可能给其他设备的安全运行带来影响，而另一方面，如果任何细小的修改都要在多a g e n t 间相互通知，那么就会加重整个系统的负担，降低系统运行的效率。那么针对这个问题， 系统在开发过程中采用了一套容错系统，较好地解决了这一问题，详细情况请参阅第四 章，系统的开发与应用相关内容。第二个好处就是其有效性和避免冗余。当两个或者两 个以上的a g e n t 工作类似或者相似的问题时，将马上通知整个p g p ，然后在他们中对工 作的内容重新指派或构建，这样就有效地避免了系统重复工作，提高了系统工作的效率。 华北电力人学硕十学位论文 第三章系统整体设计 3 1 电力系统调度的基本工作 要完成电力调度辅助管理系统的开发，首先要明了电力系统调度的基本工作。根据 电力工业的基本任务和电力系统调度的工作任务，电力调度的几项主要工作如下： 1 指挥倒闸操作 电力系统中线路送电时凡涉及两个以上单位的，都必须由调度指挥送电和倒闸操 作。因为母线上倒闸操作涉及发电部门和输电部门，可能有的要改变继电保护的定值和 使用方式。变压器中性点运行方式，都和系统零序( 接地) 保护有关，也必须调度统一 考虑和决定。 2 事故处理 电网内发生严重事故可能危及人民生命财产安全，造成国民经济的重大损失，因此 必须正确的迅速处理事故，尽快恢复系统正常供电。现场的调度人员应该依据电力调度 规程，判断事故处理措施是否f 确，并给予相关发电厂、变电站以及下级调度值班人员 相应的指示。 3 经济调度 预测所在系统的月、日最大最小负荷，并根据预测到的负荷，编制发电计划，确定 机组的检修时间和备用方式。并不断调整各下属发电厂有功和无功，在此基础上还需要 考虑各个线路的运行稳定极限来调整线路的功率传输，以保证整个电力系统的安全经济 运行。 4 其它一些综合性计划 对于一些综合性计划，一般是大电网统一考虑。比如大电网之间的联络线传输功率， 联网的安全运行问题，稳定问题，过负荷问题以及可能的事故处理措施等等。 3 2 系统的总体设计 从8 0 年代调度辅助管理系统开始应用于电力系统至今，已有不少调度辅助管 理系统或者子系统投入实用，如华北电力大学的电网调度操作票专家系统和发电厂 变电所倒闸操作票系统；东南大学的调度操作管理系统；华南理工大学的变电站倒 闸操作票专家系统；西安交通大学的变电站故障诊断系统等等。这些辅助管理系统 的开发和应用从一定程度上减轻了调度人员的工作强度和负担，提高了调度工作的 效率。但是这些系统都存在一个问题，即：电力系统是一个开放式、强关联的大系 统，电力调度中的每一步操作都极有可能与其他设备息息相关，因此单个的针对某 一部分的调度辅助系统在对调度管理的整体分析处理上存在天生的缺陷。这些辅助 1 ， 华北电力大学硕十学位论文 系统更多的是侧重于加强调度过程中某一个个仁 = 的智能化程度，但是单一的智能化 系统往往没有足够的知识、资源和信息来处理复杂的调度问题。例如倒闸操作票系 统实现了操作票的自动生成和信息管理，但是在操作票送到调度部门的时候调度部 门的运行、方式是如何审核通过的则无法涉及，因此我们开发了基于多a g e n t 技术 的电力调度辅助管理系统，通过将电力调度管理工作划分为几个不同的子a g e n t ， 通过各个相关的子a g e n t 之间的协调合作完成调度管理的各项任务，从而实现了深 层次的智能化和统一性。 根据对a g e n t 的智能、交互、反应等各个属性方面的分析，本文研究并提出了基于 多a g e n t 技术的电网调度辅助决策及管理系统体系结构。整个多a g e n t 系统包括：功能 识别智能体、检修申请票智能体与调度日志智能体、变电站倒闸操作票智能体、继电保 护信息智能体和协作控制智能体。系统的体系结构如图3 一i 所示： 榆修申请 祟智能体 戮“jj 爨冀lj 歉 功能汲别智一能 r 刊l f 塑兰 用户 界面 用户 调度h 志 智能件 变j b 站倒闸 操作禁智能体 协作控制 智能体 绌i u 保护 f 占息智能体 图3 1 多a g e n t 系统的体系结构 在系统中，通过a g e n t 可以将处理复杂系统的理论方法、决策理论、信息收集与知 识发现技术、电力系统安全稳定性分析等紧密地结合起来，形成一个基于多a g e n t 的人 机合作系统，帮助调度员进行系统运行状态分析与决策，实现对电力系统的有力高效管 理。其中各部分的主要功能如一f ： 功能识别智能体将系统的请求信息进行分解，确定信息的类型，启动与之对应的智 能体子系统。它起到个统筹安排的作用，这部分将在后面系统的协调和协作中具体论 述，这里就不再详细说明。 检修申请票智能体负责完成检修申请票的提交、审批和执行的全过程。在这个智 能体中，充分地利用了刚络的便捷性，将实现网上提交、网上审批和网上执行，同时能 华北电力大学硕士学位论文 够实现网上查询、网上培训等相关功能。为了更好地服务电力系统，方便变电站工作人 员使用，还专门设计了图形编辑功能。智能化地将输入数据和系统规则库进行比较，将 申请票的类型自动分类是该部分的最大特点。 调度日志智能体和s c a d a 系统相互配合，通过时间脉冲的控制，将线路和变电站的 突变数据通过可视化的界面显示给调度人员，便于调度人员下令和记录事故情况。 变电站倒闸操作票智能体能够实现操作票丌票智能化。目前现场运用的调度操作票 大多是单一运行的专家系统，能够对一些典型的操作票进行推理自动形成，但对于复杂 操作任务多为“以机代笔”，或是对典型票进行修改。在本系统中将该智能体与其它智 能体相互配合，充分发挥多智能体的优势，利用规范化的语言格式和数据挖掘技术使状 态确定更加准确、合理。 继电保护信息智能体实现了和s c a d a 系统之间的配合，使许多原来需要估计的数据 实时化，利用a g e n t 之i h j 的信息交换提高保护动作的可靠性；通过多种原理的保护之问 的协调和综合提高保护系统的容错能力，防止保护拒动或误动；通过协调整定来降低保 护动作门槛，从而加快保护的动作速度；通过不同地点之间的保护的信息交互和协作， 缩短后备动作时间，从而提高远后备性能，加强该保护的适应性、灵活性、可靠性和容 错能力。 协作控制智能体是整个系统运转的核心环节，也是本系统区别于其它单智能体系统 的关键所在。它可以监控各智能体的决策控制过程，通过h t t p 等通讯协议来调节各智 能体之间的通信传输，进行协作控制分析，反馈协作信息，最终使整个系统效率最大化。 3 3 系统各个a g e n t 之间的协作过程 基于多a g e n t 技术的电力调度辅助管理系统的各个a g e n t 之间的协作可以分为如下 几个过程： 1 调度员通过信息输入窗体，将需要解决的决策问题输入给协作控制智能体，并 尽可能从数据库中提取或者自己手动输入与该决策问题相关的一些定性、定量信息及调 度员的认识和看法。 2 协作控制智能体依据所需要解决的实际问题，通过与其他相关的智能体之间的 交互通信，使它们得知当前的决策问题。 3 各个相关的智能体交互决策主体所提供的决策问题、自身能力以及相关信息获 取的难易程度等，确定各自所需要处理的部分，并依据任务进行局部规划，将局部规划 的结果传递给协作控制智能体。 4 协作控制智能体接受到各个相关的智能体所处理过的信息后，通过通信服务器 主体层从决策资源层那里获取所需的信息，然后协调各个相关智能体进行全局决策，得 到决策结果发送给用户。 华北电力人学硕士学位论文 5 现场调度运行人员根据系统提供的决策方案结合自己的经验选取最终决策方 案，如果没有调度员满意的决策方案，则a g e n t 要修改局部规划内容，剥+ 可能出现的问 题进行更正，直到得出调度员满意的方案。 华北电力人学硕j ：学位论文 4 1 数据库的构建 第四章系统的实现 依据项目开发的实际和华北局现有的数据库体系，本系统开发使用m i c r o s o f t 的 s q hs e r v e r 数据库，在数据库的构建中，做到尽量使用原有数据库，减少数据维护人员 的工作量是本系统数据库构建的最大出发点。 4 1 1s o ls e r v e r 数据库简介 目前市场上流行的大型数据库系统产品有很多，像i b m 的d b 2 、i n f o r m i x ，m i c r o s o f t 的s q ls e r v e r ，以及o r a c l e 、s y b a s e 等。有别于那些小型数据库，大型数据库系统不 仅提供了更好的性能而且在安全性和扩展性方面和小型数据库是不能相提并论的。而本 系统开发运行主要基于的就是s q ls e r v e r 这数据平台。 s q ls e r v e r 作为微软的产品一经推出就以其非常好的易用性和卓越的性能赢得了 广大用户的青睐，尤其是在中小型企业中s q ls e r v e r 的应用更是普遍。它不仅可以运 行在w i n d o w s2 0 0 0 的大型多处理器的服务器中，就连运行w i n d o w s9 8 的膝上型电脑 上用户也能轻松拥有。由于其本身的高性能、高可靠性、高质量和高易用性等优点使得 逐步成为大规模联机事务处理( o l t p ) 、数据仓库和电子商务应用程序的优秀数据库平 台，其主要特点包括如下： 1 i n t e r n e t 集成：s q ls e r v e r 数据库引擎提供完整的x m l 支持。它还具有构成最 大的w e b 站点的数据存储组件所需的可伸缩性、可用性和安全功能。 2 可伸缩性和可用性：同一个数据库引擎可以在不同的平台上使用，从运行 m i c r o s o f tw i n d o w s9 8 的便携式电脑，到运行m i c r o s o f tw i n d o w s2 0 0 0 数据中心版 的大型多处理器服务器。s q ls e r v e r 企业版支持联合服务器、索引视图和大型内存支持 等功能，使其得以升级到最大w e b 站点所需的性能级别。 3 企业级数据库功能：s q ls e r v e r 关系数据库引擎支持当今苛刻的数据处理环境所 需的功能。s q ls e r v e r 分布式查询使开发人员得以引用来自不同数据源的数据，就好缘 这些数据是s q ls e r v e r 数据库的一部分，同时分布式事务支持充分保护任何分布式数 据更新的完整性。复制同样使您得以维护多个数据复本，同时确保单独的数据复本保持 同步。可将一组数据复制到多个移动的脱接用户，使这些用户自主地工作，然后将他们 所做的修改合并回发布服务器。 4 易于安装、部署和使用：s q ls e r v e r 中包括一系列管理和开发工具，这些工具可 改进在多个站点上安装、部署、管理和使用s q ，s e r v e r 的过程。这些功能使您得以快 速交付s q ls e r v e r 应用程序，使客户只需最少的安装和管理丌销即可实现这些应用程 华北电力人学硕一f ：学位论文 序。 5 数据仓库：s q ls e r v e r 中包括析取和分析汇总数据以进行联机分析处理( o l a p ) 的工具。s q ls e r v e r 中还包括一些工具，可用来直观地设计数据库并通过e n g l i s h q u e r y 来分析数据。 41 2 数据库系统设计和建立 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 e h i c a lm o d e l ) 、 网状模型( h 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 ) ，前两种模型一般称 为非关