基于多智能體理論的電網調度操作票自動生成系統研究

花潔 李偉 陳剛

摘 要：倒閘操作是電力系統運行過程中所進行的正常操作，可靠、安全是其操作過程中所必須保障的事項，其中，正確的操作票是防止和避免誤操作的關鍵措施。隨著電網規模的日漸發展和擴大，傳統的手工操作票已經不符合如今電力系統運行的需要，經過專家們的不斷努力，操作票自動生成系統不斷升級，其智能性也在逐漸提高，對于減輕調度人員的工作壓力，促進電力系統安全運行起到關鍵性作用。但是，目前操作票系統仍舊存在很多不足，為此，本文基于多智能體理論設計并構建了功能結構清晰的電網調度操作票自動生成系統，建立了多智能體操作票系統模型，對于提高電力系統運行安全性有重要意義。

關鍵詞：多智能體理論;電網調度操作票;自動生成系統

中圖分類號：TM 732 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）07-0113-03

Research on Automatic Generation System of Power Grid Dispatching Operation Order Based on Multi-agent Theory

Hua Jie， Li Wei， Chen Gang

（Foshan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co.， Ltd.， Foshan 528000， China）

Abstract：Switching operation is the normal operation performed during the operation of the power system. Reliability and safety are the items that must be guaranteed during the operation. Among them， the correct operation ticket is the key measure to prevent and avoid misoperation. With the gradual development and expansion of the power grid， the traditional manual operation ticket no longer meets the needs of todays power system operation. After the continuous efforts of experts， the automatic operation ticket generation system is continuously upgraded， and its intelligence is gradually improved. The work pressure of dispatchers plays a key role in promoting the safe operation of the power system. However， the current operation ticket system still has many shortcomings. For this reason， based on the theory of multi-agents， this paper designs and builds an automatic generation system for grid dispatching operation tickets with a clear functional structure， and the establishment of a multi-agent operation ticket system model is of great significance for improving the safety of the power system.

Key words：multi-agent theory; power grid dispatching operation ticket; automatic generation system

0 引言

設備倒閘操作是電力系統正常運行過程中的重要工作，倒閘操作必須要做到可靠、安全，在保障倒閘操作安全性過程中，正確無誤的操作票起關鍵性作用。在調度員編寫操作票過程中，不僅要具備電力系統相關專業知識的較高儲備量，還需要其具備豐富的編寫經驗，能夠結合電力系統的實際運行方式和情況來進行操作票的編寫。操作票的編寫過程繁雜，任務量大，對于調度員的編寫要求也較高，除了字體清楚之外，還要保證無錯字、不漏字。傳統的操作票開票方式采用手工方式，調度員在開票過程中容易受到很多因素的干擾，從而造成編寫錯誤發生事故，不僅影響電力系統的安全運行，還會造成較大的經濟損失。隨著電網規模的日漸發展和擴大，傳統的手工操作票已經不符合如今電力系統運行的需要，人們開始關注自動生成操作票的系統研究，目前已有大量的研究和理論試圖解決操作票的自動生成問題[1-4]。

近年來，很多國內外專家相繼努力，在操作票自動生成方面有重大研究進展，且仍舊有許多專家致力于提高操作票自動生成系統的智能性，從而減輕調度員的工作任務和壓力，提高電力系統運行的安全性。目前，操作票系統仍舊存在通用性、獨立性和靈活性較差等問題，無法滿足電力系統日新月異的發展需求。針對目前操作票系統存在的問題，提出了基于多智能體理論的電網調度操作票自動生成系統，在操作票的自動生成機制中引入多智能體理論，基于多智能體理論建立相關模型和通信機制，智能體根據用戶需求，進行任務規劃，通過共享信息、協同合作，完成正確操作票的自動生成。

1 多智能體理論

目前，關于智能體（Agent）尚未有統一和明確的定義，本文中對其采用比較權威的定義，在于其他智能體共同存在協同處理的環境中能夠自主、持續活動的實體。智能體具有自治性、可通信性、環境響應性、自發性等特點。多智能體系統（MAS）由多個智能體組成，系統中每一功能模塊均由多個子智能體和一個智能體協調者組成。多智能體系統包括分布式專家系統、分布式知識源、和分布式問題求解系統。相比單一的智能體，多智能體系統對于各個子智能體間的協調、規劃和綜合行為更加注重[5-7]。在多智能體系統中，當某個子智能體被分配到任務時，智能體協調者便會發揮協調作用，發揮模塊的整體功能，多智能體體系的結構共有3種，集中式、分布式和混合式，具體的體系結構如圖1所示。與普通的智能系統相比，多智能體系統在協作、協調與交互方面有明顯的優勢，各子智能體在目標和行為方面相互獨立。通過多智能體系統中的智能體協調者可以促進各子智能體之間的協同作用，加強整個系統的整體協調能力，從而在處理復雜事件時能夠更有效。

其中A集中式結構;B分布式結構;C混合式結構。

基于多智能體理論的電網調度操作票系統能夠結合實際需求，將標識號、 感知器、協調機制等原子智能體引入其中，將操作票系統劃分為多個智能體部分，通過設定統一的協議使這些智能體能夠相互通信。

2 多智能體操作票自動生成系統設計

2.1 系統的總體框架結構

多智能體系統在具備智能體優勢的同時，還能夠協調各個子智能體之間的協調工作，更有效的完成任務和解決問題，將多智能體系統運用到電力系統中，可以解決電網調度操作票與系統之間的通信問題，發揮其協調優勢。圖2給出了多智能體操作票自動生成系統的框架設計，整個系統劃分為6個模塊，分別為圖形管理模塊、操作票生成模塊、操作票管理模塊、系統管理模塊、數據庫管理模塊、數據接口模塊。操作票自動生成系統實質是一套計算機程序，集電網實時狀態、圖形模式、專家系統推理模式于一體，能夠有效減輕調度員的工作壓力，提高工作效率。

2.2 系統各功能模塊

圖形管理模塊，利用圖形管理模塊可以實現電網一次接線圖的繪制，并能實時獲取圖元信息從而實現一次接線圖的更新。另外，通過該模塊還能夠編輯和修改相應的圖元參數，有效避免實時數據的信號缺失。操作票生成模塊的主要功能是根據操作命令自動生成操作票。操作票管理模塊的主要功能是，將操作票和操作設備信息存入票庫中，存入過程中操作票將分兩類存儲，典型票和歷史票。系統管理模塊的主要功能是，根據不同的權限對操作票系統進行管理，另外該模塊中還設置了能夠對不同用戶的不同操作進行記錄的日志管理模塊。數據庫管理模塊的主要功能是，保存知識、規則，管理知識庫、電網拓撲信息等。數據接口模塊的主要功能是，接收實時數據，獲取圖元信息，用于一次接線圖的刷新，還能夠實現操作票的網絡發布功能。數據接口模塊主要功能是實現和SCADA 系統、多智能體系統的有效對接，實現調度管理一體化。

3 多智能體操作票系統模型

3.1 模型結構

本文第二節中介紹了電網操作票自動生成系統的框架以及功能模塊，這些功能模塊的基本功能通過一些基本的智能體實現。操作票系統、多智能體系統以及SCADA系統之間的關系如圖3所示。

操作票系統中的各個功能模塊之間存在多種聯系，例如信息交互、任務協調等，這些聯系通過多智能體系統的協調機制完成。多智能體操作票系統模型的建立，有效地實現了操作票系統中各個功能模塊之間的聯系，通過建立相應的通信機制，實現功能模塊之間的信息傳遞、交互等功能。具體的多智能體操作票系統模型結構如圖4所示。

3.2 模型的結構屬性分析

在進行多智能體操作票系統模型構建時，必須從整體上實現任務規劃，多智能體系統需采用協作控制策略，子智能體的結構必須能夠滿足信息和任務的傳遞和反饋功能。

（1）子智能體的結構屬性分析。定義第第j個子智能體的結構屬性為Pj= {Aj， Wj， Ej} ，其中Aj為第j個子智能體;Wj為第j個子智能體的任務;Ej 為第j個子智能體完成任務的情況。

（2）多智能體系統的結構屬性。定義多智能體系統的結構屬性為M = {P1， P2 ， …， Pj ， S}，其中， P1， P2 ， …， Pj分別為各子智能體的結構屬性。

3.3 任務規劃

各個子智能體都有各自的控制線程，整個多智能體系統控制方式為分布式協調控制，每一項操作任務也是通過各子智能體之間協作完成，具體的多智能體操作票系統結構如圖5所示。

完成子智能體和多智能體系統結構屬性的定義后，在接收到復雜任務時，仍舊需要對任務進行規劃，從而實現子智能體間的協調合作。在接收到操作任務后，多智能體系統首先分析其基本結構，根據其結構特點以及子智能體的結構屬性，將操作任務分解并分配給合適的子智能體，子智能體自主的對上層任務進行分析，并根據上層任務進行相關措施的執行，并對上層單元進行匯報。多智能體系統根據下屬字子智能體反饋的匯報結果進行判斷，確定是否需要其他子智能體來執行任務，而實現多個子智能體之間的動態協調。

3.4 協同控制

多智能體系統中各子智能體之間的協同作用是多智能體操作票系統中的關鍵問題。多智能體系統不只是由多個子智能體經過簡單的組合而成的整體，必須要經過多個子智能體的有機融合，且各子智能體之間必須能夠協同合作完成多智能體操作任務。因此，要實現多個子智能體的系統合作，多智能體系統除了具有較強的靈活性之外，必須采用一定的控制策略來完成。根據多智能體操作票系統的任務規劃方式，其控制策略采用橫向協作控制、縱向協作控制和混合控制策略三種。上述圖5中給出了多智能體系統和各子智能體之間，以及子智能體和子智能體之間的協作控制關系。多智能體系統將任務分解并分配給子智能體，子智能體接收任務并完成與多智能體系統之間的信息交互，另外，各子智能體間也可以進行信息的交換和共享，達到協調合作的目的。

4 結語

操作票的編寫工作是電力系統調度工作人員的日常工作，是保證電力系統的安全運行的關鍵。電網的擴大以及迅速發展，對于操作票調度工作人員的要求越來越高，目前的操作票編寫系統已經無法滿足電力系統的運行需求，對于高智能性、靈活性強、編寫無錯誤的操作票自動生成系統的研發需求也越來越迫切。多智能體系統作為一種全新的分布式計算技術，是人工智能領域的研究重點，也是目前能夠解決操作票正確性問題的關鍵技術。本文實現了基于多智能體理論的電網調度操作票自動生成系統，對于電力系統的安全運行及其規模的擴大化發展具有重要的理論意義和應用價值。

參考文獻

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