閆嵩琦

摘要：深入發(fā)展的智能電網(wǎng)對信息化和智能化發(fā)展要求不斷提高，海量復(fù)雜的電網(wǎng)信息數(shù)據(jù)呈現(xiàn)多源多維的發(fā)展趨勢，需通過信息化管理系統(tǒng)根據(jù)實時高效的數(shù)據(jù)處理及分析結(jié)果，實現(xiàn)及時調(diào)控和智能決策過程。主要構(gòu)建了一種智能電網(wǎng)信息管理系統(tǒng)架構(gòu)，該系統(tǒng)基于多智能體技術(shù)主要用于電網(wǎng)信息的實時監(jiān)測，主要分析了系統(tǒng)的設(shè)備級、子系統(tǒng)級及智能體功能實現(xiàn)的重要技術(shù)支撐，完成了基于多智能體的系統(tǒng)實現(xiàn)算法，為提升智能電網(wǎng)的管理水平提供參考。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng);信息管理系統(tǒng);多智能體技術(shù);實現(xiàn)路徑

中圖分類號：F426.61

文獻標志碼：A

ImplementationofInformationSystemManagementinSmartGrid

YANSongqi

（StateGridShanxiElectricPowerResearchInstitute，Xian710000，China）

Abstract：Theindepthdevelopmentofsmartgridshascontinuouslyincreasedtherequirementsforinformatizationandintelligentdevelopment.Themassiveandcomplexpowergridinformationdatapresentamultisourceandmultidimensionaldevelopmenttrend.Informationmanagementsystemsneedtoimplementtimelycontrolbasedonrealtimeandefficientdataprocessingandanalysisresults，aswellasintelligentdecisionmakingprocesses.Thispapermainlybuildsasmartgridinformationmanagementsystemarchitecture.Thissystemisbasedonmultiagenttechnology，andismainlyusedforrealtimemonitoringofpowergridinformation.Itmainlyanalyzesthesystemsequipmentlevel，subsystemlevelandimportanttechnicalsupportforagentfunctionimplementation.Thesystemimplementationalgorithmbasedonmultiagentiscompleted，whichprovidesareferenceforimprovingthemanagementlevelofsmartgrid.

Keywords：smartgrid;informationmanagementsystem;multiagenttechnology;implementationpath

0引言

日益突出的能源問題對電力能源的需求與日倍增，現(xiàn)代先進技術(shù)及高科技產(chǎn)品為電力行業(yè)的持續(xù)優(yōu)化發(fā)展提供了強大的支撐，我國在智能電網(wǎng)方面的研究已取得一定進展，隨著智能電網(wǎng)的持續(xù)開展，電網(wǎng)呈現(xiàn)分布式發(fā)展趨勢，電網(wǎng)數(shù)據(jù)不斷增多，電力公司業(yè)務(wù)系統(tǒng)在面對龐大的客戶用電需求時系統(tǒng)的局限性日益顯露，智能電網(wǎng)管理的信息化及智能化發(fā)展水平仍有待提高，電網(wǎng)信息系統(tǒng)包括電力調(diào)度自動化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及其構(gòu)成的、能量管理系統(tǒng)、配電網(wǎng)管理等子系統(tǒng)，傳統(tǒng)的電網(wǎng)信息管理系統(tǒng)已經(jīng)難以滿足海量數(shù)據(jù)的處理和使用需求（包括存儲、檢索、分析等）。新型的信息管理系（覆蓋整個電網(wǎng)系統(tǒng)）成為智能電網(wǎng)功能實現(xiàn)的重要途徑。

1現(xiàn)狀分析

為滿足現(xiàn)代生產(chǎn)及生活的用電量需求，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，使電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度不斷提高成為一種廣域復(fù)雜大系統(tǒng)，在模型上高階非線性的智能電網(wǎng)需對復(fù)雜且龐大的數(shù)據(jù)量進行處理，同時需進一步提高電網(wǎng)全過程（包括生產(chǎn)、消費、控制和管理等）的智能管理水平，面對復(fù)雜的電網(wǎng)及外部環(huán)境信息需通過引入相應(yīng)的測量系統(tǒng)實現(xiàn)實時高效的獲取功能，這就為信息管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理及通信等提出了更高的要求，構(gòu)建并實現(xiàn)一套健全的信息管理系統(tǒng)成為領(lǐng)域內(nèi)的一項研究重點，通過使用該系統(tǒng)實時監(jiān)測智能電網(wǎng)及外部環(huán)境的海量信息，并在此基礎(chǔ)上通過數(shù)據(jù)的融合、處理及綜合分析為相應(yīng)控制策略及決策（包括電網(wǎng)設(shè)備管理和維護）的制定提供支撐，實現(xiàn)信息在不同設(shè)備及系統(tǒng)間的交互和使用等功能。為一項滿足智能電網(wǎng)管理需求，本文基于人工智能領(lǐng)域的多智能體（一種新型計算模型）技術(shù)完成了一種信息管理系統(tǒng)的設(shè)計，具有功能連續(xù)及自主性特征的智能體實現(xiàn)了對自身及外界狀態(tài)變化情況的連續(xù)不斷地感知，并據(jù)此執(zhí)行相應(yīng)動作，由多智能體構(gòu)成的問題求解網(wǎng)絡(luò)具有較好的擴展性，有效提高了不同系統(tǒng)間知識的共享和交互效率，目前該方面的研究已取得了一定的成果，例如，一種智能電網(wǎng)統(tǒng)一信息系統(tǒng)的設(shè)想（包含4個基本子系統(tǒng)，張之哲等）、一種多級信息融合模型（基于電力全局信息，主要面向區(qū)域電壓無功控制，沈祥等）、根據(jù)未來智能電網(wǎng)發(fā)展趨勢構(gòu)建的一種信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（曹軍威等）、一種融合了管理思維及MAS技術(shù)的信息管理系統(tǒng)的設(shè)計思路及其可行性和優(yōu)勢分析（劉喜梅等）等[1]。本文在現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，繼承傳統(tǒng)信息監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)勢，通過綜合運用傳感器技術(shù)和多智能體技術(shù)構(gòu)建信息管理系統(tǒng)，有效實現(xiàn)了電網(wǎng)信息的通信、監(jiān)測、交互與調(diào)控功能，進一步提高了系統(tǒng)的自愈性、智能化等性能。

2智能電網(wǎng)信息管理系統(tǒng)總體架構(gòu)

針對電壓等級在550、330、110kV及以下的局部電網(wǎng)的智能電網(wǎng)信息管理系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)以電網(wǎng)為對象主要可分為3層（以電壓等級、覆蓋范圍及影響力等為依據(jù)）。

（1）設(shè)備級結(jié)構(gòu)如圖2所示。

基于各項測量數(shù)據(jù)（通過監(jiān)測系統(tǒng)獲取），對各類輸電線、斷路器、變壓器等設(shè)備狀態(tài)采用信息分析模塊（面向具體設(shè)備和環(huán)境的算法）進行監(jiān)測和調(diào)控。接入系統(tǒng)的成員間可協(xié)同分析和融合這些電網(wǎng)測量數(shù)據(jù)獲取更加科學(xué)準確的設(shè)備級的調(diào)控策略。針對復(fù)雜環(huán)境中的電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)，在傳統(tǒng)系統(tǒng)（包括SCADA、EMS、DMS、WAMS等）的基礎(chǔ)上，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測模塊XBEE（DIGI公司，基于ZIGBEE協(xié)議）實現(xiàn)監(jiān)測功能，以有效滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)種類和數(shù)量的要求。使用微處理器設(shè)備完成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點狀態(tài)信息數(shù)據(jù)的初步處理，采用可自動組網(wǎng)的XBP24BWIT模塊具備可靠的數(shù)據(jù)傳輸能力，在室外空曠區(qū)域可達到3200m的傳輸距離，包含豐富的標準串行接口（包括UART、RS232、COM接口），對處于復(fù)雜環(huán)境下的電網(wǎng)設(shè)施的適應(yīng)能力較強。

（2）以各級變電站為主的子系統(tǒng)級，以下級系統(tǒng)的分析信息作為數(shù)據(jù)源，結(jié)合變電站運行狀態(tài)監(jiān)測信息進行決策分析和調(diào)控，并可與同級和上級系統(tǒng)共享分析結(jié)果。

（3）總系統(tǒng)級，具有最高管理權(quán)限、以下級子系統(tǒng)的分析結(jié)果作為信息源作最后融合，負責(zé)智能電網(wǎng)的綜合決策分析及調(diào)控。為提高系統(tǒng)功能實用性和豐富性，采用多智能體技術(shù)實現(xiàn)上述各級信息管理系統(tǒng)功能，各智能體均具備自身智能處理能力及同其他智能體交互能力，從而建立起多層次、分布式的信息管理系統(tǒng)[2]。

3智能電網(wǎng)信息管理系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

3.1單個智能體設(shè)計

由多個智能體構(gòu)成的多智能體系統(tǒng)MAS（按一定拓撲結(jié)構(gòu)）是實現(xiàn)信息管理系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，本文系統(tǒng)主要總系統(tǒng)、子系統(tǒng)級和設(shè)備級3類智能體構(gòu)成，由這些子智能體Agent完成電網(wǎng)數(shù)據(jù)信息（包括自身及環(huán)境狀態(tài)）的實時獲取、分析評估，同其他智能體共享結(jié)果，并據(jù)此制定接下來的調(diào)控策略（根據(jù)電網(wǎng)實際狀態(tài)），同其他Agent合作完成相應(yīng)的調(diào)控任務(wù)，再以日志的形式向上級Agent上報分析結(jié)果和調(diào)控策略后等待指示。單個智能體的設(shè)計如圖3所示。

主要包括：（1）狀態(tài)監(jiān)測模塊，主要負責(zé)監(jiān)測電網(wǎng)工作狀態(tài)及各方面信息以供其他智能體模塊調(diào)用，初步處理測量到的原始數(shù)據(jù)（包括去除冗余數(shù)據(jù)、整理排序）并存儲到實時數(shù)

據(jù)庫。（2）數(shù)據(jù)庫管理模塊，作為智能體的數(shù)據(jù)存儲和交換中心，用于存儲和處理（分類和整理）采集到的信息數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)庫中存儲歷史數(shù)據(jù)（包括基本調(diào)度及運行管理信息、Agent的公共信息）。（3）通信管理模塊，遵從TCP/IP協(xié)議負責(zé)同系統(tǒng)的其他Agent進行通信，打包整理信息為Agent通信標準格式（FIPA制定）并打上時間戳，通過局域網(wǎng)接收和發(fā)送信息。（4）協(xié)調(diào)模塊，針對不同的智能體的信息包間的沖突問題（以信息相關(guān)屬性為依據(jù)）作出協(xié)調(diào)控制，提高系統(tǒng)的運行質(zhì)量和效率。（5）分析與決策模塊（系統(tǒng)的信息處理中心），主要功能在于融合各項數(shù)據(jù)信息，對電網(wǎng)狀態(tài)進行綜合評估和決策分析，并據(jù)此得出相應(yīng)的調(diào)控策略。（6）執(zhí)行模塊，根據(jù)接收到的調(diào)控策略（分析決策模塊發(fā)送）及電網(wǎng)實際狀態(tài)執(zhí)行具體操作完成相應(yīng)任務(wù)，并反饋操作執(zhí)行狀況[3]。

3.2系統(tǒng)功能設(shè)計

本文所構(gòu)建的信息管理系統(tǒng)屬于一個復(fù)合分布式多智能體系統(tǒng)（分工合作、分層遞階），多智能體系統(tǒng)由多個Agent構(gòu)成（具備松散耦合、粗粒度特點），集成了單個Agent的優(yōu)點，由功能獨立的Agent相互協(xié)作完成分布式任務(wù)，智能體間的協(xié)作方式包括：（1）橫向合作，指同級間的信息共享與協(xié)作（如不同設(shè)備級間），共享信息的智能體結(jié)合環(huán)境信息做出更準確的分析;（2）不同級別的智能體間的縱向合作（如變電站級同設(shè)備級間的交流協(xié)作），上級智能體根據(jù)下級的分析結(jié)果作進一步分析處理，下級智能體優(yōu)先執(zhí)行上級調(diào)控指令，使電網(wǎng)整體評估質(zhì)量得到有效提升。單個智能體難以獨立完成的操作任務(wù)會尋求其他智能體的幫助、協(xié)同完成任務(wù)（按照一定的規(guī)則約束）。多智能體系統(tǒng)的關(guān)鍵在于智能體間的信息交互，包括信息傳遞和解析兩部分，以滿足智能電網(wǎng)海量信息的交互尋求，本文系統(tǒng)通信模式采用星型網(wǎng)絡(luò)，各上級智能體的通信模塊（信息流動的中轉(zhuǎn)站）作為各子智能體的中心服務(wù)器，各子智能體信息存儲于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中（包括電氣屬性、網(wǎng)絡(luò)地址、地理位置等），包括總系統(tǒng)智能體、最高電壓等級與次電壓等級的子系統(tǒng)（變電站）、設(shè)備子智能體間的相互通信，智能體間的通信連接分為靜態(tài)連接（系統(tǒng)啟動后連接固定存在）和動態(tài)連接（存在信息交互需求時才建立雙向連接），通信信息采用FIPA標準格式，智能體間的交互主要用于實現(xiàn)信息共享和任務(wù)協(xié)同完成，智能體根據(jù)需要發(fā)送任務(wù)協(xié)助請求，其他智能體判斷和處理收到的請求并返回處理結(jié)果供請求者據(jù)此做出進一步的動作，分析模塊根據(jù)具有不同標簽的各類信息調(diào)用相應(yīng)算法完成信息的處理。為使智能體交互有序進行，通過協(xié)調(diào)模塊協(xié)調(diào)解決消息沖突問題（同時接收到多條請求）[4]。

4信息化管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

4.1多智能體系統(tǒng)的構(gòu)建

采用.NET開發(fā)平臺，參考應(yīng)用較多的BDI模型完成多智能體系統(tǒng)模型的設(shè)計，為確保系統(tǒng)通信效率和兼容性，根據(jù)Agent通信標準規(guī)范（由權(quán)威開放性組織FIPA制定）規(guī)范Agent的通信和管理標準，智能體間遵循TCP/IP通信協(xié)議，使用C#語言編寫模型程序，消息的發(fā)送者和接受者由Sender和Receiver表示，消息內(nèi)容由Content表示（Language表示采用的語言名稱）、其所使用的實體集名稱由Ontology表示，下條消息對本消息的響應(yīng)（由inReplytoXX語句做出）由Replywith表示，具體語言模型如下[5]。

SenderAgent1

ReceiverAgent2

Contentmessage

Ontology

Model1

ReplywithM01

LanguagePROLOG

構(gòu)成多智能體系統(tǒng)的單個智能體（智能體閑時為待機狀態(tài)）工作流程喚醒方式包括主動和被動兩種[6]如圖4所示。

4.1.1智能體喚醒方式

（1）主動喚醒，智能體會定期作出評估和調(diào)控，具體步驟包括：智能體定期發(fā)出測量命令后及面向其他智能體的信息共享請求，由各測量單元從數(shù)據(jù)庫中遠程獲取相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù);準備完數(shù)據(jù)后，智能體據(jù)此進行分析評估，并以工作日志形式向上級智能體報告，系統(tǒng)根據(jù)評估結(jié)果進行決策分析;若能獨立完成任務(wù)則記錄此活動并報告至上級智能體后結(jié)束流程，若不能獨立完成任務(wù)則請求其它智能體協(xié)助完成任務(wù)后，等待上級綜合調(diào)控。

（2）被動喚醒，系統(tǒng)在智能體接收到其他智能體的請求后對其進行分析和評估，并作出回應(yīng)，同意執(zhí)行對方請求任務(wù)則發(fā)送具體任務(wù)指示信息，若拒絕此次請求則重新進入待機狀態(tài)（發(fā)送拒絕信息）[7]。

4.1.2智能體間的通信流程

啟動智能體后先初始化通信模塊，將注冊信息（包括名稱、位置、類別、工作方式、IP地址等）發(fā)送到通信管理智能體進行登記注冊，由通信管理智能體將其存入到數(shù)據(jù)庫并添加到在線智能體列表，開啟可通信狀態(tài)。多智能體通信模式包括縱向和橫向兩種，采用TCP/IP協(xié)議（以UDP協(xié)議通信作為備用通信方式），以提高信息傳輸?shù)臏蚀_性和安全性等，智能體間的通信流程為：

（1）發(fā)送方動作流程，向協(xié)調(diào)模塊傳遞發(fā)送包括信息種類標簽和具體內(nèi)容在內(nèi)的原始信息（通過分析決策模塊），協(xié)調(diào)模塊據(jù)此評判本條消息的優(yōu)先度;然后再由通信模塊格式化打包和封裝信息，分別在內(nèi)容項和語言項中放入原始信息及其所采用的語言協(xié)議，再向接收方智能體發(fā)送信息包。

（2）接收方動作流程，通信模塊通過拆封接收信息獲取信息屬性和內(nèi)容后向協(xié)調(diào)模塊傳遞，由其根據(jù)相關(guān)指標（包括綜合時間、發(fā)送者優(yōu)先度等）評判消息的優(yōu)先級，據(jù)此在協(xié)調(diào)模塊的消息緩存區(qū)插入信息等待處理;然后由分析模塊調(diào)用相應(yīng)的算法處理信息（根據(jù)消息種類），對于共享類信息先判斷其是否為種類，是回復(fù)信息則返回信息發(fā)出進程完成下一步動作，不是回復(fù)信息則調(diào)用相應(yīng)算法完成分析處理過程后返回至發(fā)送者智能體;對于任務(wù)請求類信息，若是回復(fù)信息則返回信息發(fā)出進程完成相應(yīng)動作，不是回復(fù)信息則調(diào)用任務(wù)請求信息處理算法并向智能體發(fā)送者回復(fù)此請求的處理方式[8]。

4.2應(yīng)用實例

對系統(tǒng)工作模以某變電站的1號主變壓器的溫度測量和評估為例闡述系統(tǒng)的工作模式，預(yù)存到數(shù)據(jù)庫的測量數(shù)據(jù)分為變動數(shù)據(jù)（包括溫度、電場強度等）、固定數(shù)據(jù)（變壓器參數(shù)等）及部分來自其他設(shè)備的共享信息，智能體能夠基于變壓器運行狀態(tài)及環(huán)境信息（由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)獲?。┱{(diào)用其分析模塊中的相應(yīng)算法評估變壓器狀態(tài)，以基于DGA故障診斷結(jié)果為主，得到變壓器老化嚴重的判斷結(jié)果（故障概率較高），結(jié)合獲取的其他同級的評估結(jié)果調(diào)用故障診斷及預(yù)測算法進一步分析變壓器狀態(tài)，預(yù)測該變壓器低能放電的發(fā)生概率為45.8%、低能放電兼過熱發(fā)生概率為為33%），并且系統(tǒng)能夠據(jù)此作出相應(yīng)的調(diào)控決策及策略，即需電氣隔離此變壓器，向維護人員發(fā)送檢修和更換的報警信息。執(zhí)行模塊能夠據(jù)此執(zhí)行電氣隔離任務(wù)，并結(jié)合人工輔助給出具體操作方案，斷開斷路器（同變壓器相連）33103312、3501、連接輸電線2設(shè)備級智能體的1101（由智能體同輸電線智能體協(xié)作完成），最終反饋執(zhí)行結(jié)果，上層系統(tǒng)智能體接收到日志報告后，根據(jù)1號變壓器檢修申請對其斷開時的電網(wǎng)運行模式進行重新規(guī)劃，由變壓器2、3分擔(dān)變壓器1負荷（通過執(zhí)行模塊操作）[9]。

5總結(jié)

具有獨立處理問題能力的智能體能夠更好的適應(yīng)電網(wǎng)智能化發(fā)展需求，本文充分利用多智能體技術(shù)的問題協(xié)作解決能力設(shè)計了一種智能電網(wǎng)信息管理系統(tǒng)，完成了基于分層遞階結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)總體架構(gòu)的構(gòu)建，面對海量繁雜的電網(wǎng)信息由系統(tǒng)各級智能體完成多次并行分析處理及結(jié)果共享（包括原始數(shù)據(jù)信息）過程，在此基礎(chǔ)上協(xié)作完成各項調(diào)控任務(wù)，有效實現(xiàn)信息監(jiān)測處理、狀態(tài)評估、電網(wǎng)調(diào)控及狀態(tài)維護功能。該系統(tǒng)通過任務(wù)分解模式的應(yīng)用實現(xiàn)了對復(fù)雜信息的處理質(zhì)量及效率，采用智能體合作模式實現(xiàn)了信息高質(zhì)高效的共享，為電網(wǎng)管理及檢修提供技術(shù)支持。

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（收稿日期：2020.03.11）