基于多代理的智能配电网信息系统

梅华，朱茳，崔磊

(1.华北电力大学，北京市，102206;2.银川供电局，银川市，750011;3.华能国际电力股份有限公司，北京市，100031)

0 引言

随着智能电网的迅速发展，电力系统发电、输电、变电、配电、用电、调度各环节的经济性、安全性、可靠性、信息交互性等问题面临着新的挑战。其中智能配电网是发展的重点之一，主要解决传统电源和新型电源，尤其是分布式电源在配网中的运行问题，以及对电力用户需求进行智能响应的问题。相对于传统配电网，在智能电网环境下发展的配电网应具有高度信息化、自动化、智能化等特点，以提高工作效率，是保证供电质量、提高电网运行效率、创新用户服务的关键。

对于建设信息化、自动化、智能化的电力系统，许多学者都进行了大量的实践和研究工作。最初应用在电力行业的智能思想是将行业中应用系统的基础数据进行分析与抽离，使数据接口统一、集中存储、方便查询，并逐步形成面向管理层的分析、预测、综合查询及辅助决策系统［1-2］。随着信息化水平的不断提高，智能配电网不能仅仅起到信息集成的作用，还应将分布式发电、微网技术引入到智能配电网中，使分布式电源的能效得到提高，通过微网技术实现分布式电源的接入，保证了整个电力系统的安全、可靠、经济［3］。但是分布式发电、微网技术与智能配电网的建设和发展速度存在一定差距，智能配电网发展较好的国家或地区，也仅完成了智能表计的铺设。近几年欧美发达国家的智能电网发展比较迅速，在配电网的发展上也获得了一些突破。目前，智能配电网的研究重点放在了分布式电源、微网技术与智能配电网的整合上［4］，如对含分布式电源的电力系统故障恢复的研究［5］、智能电网继电保护在线整定系统的研究等［6］。在对智能配电网技术进行研究的同时，对整体智能配电网信息系统架构和信息技术的研究也进入了新的阶段，如将通信技术不断更新，建立坚强的信息平台，使其成为智能配电网建设的基础［7-8］;将多代理技术进入到配电网建设中［9-11］等。

本文的研究重点在于通过对配电网信息流分析，依托信息支持技术，研究基于多代理系统的智能配电网信息系统架构，使智能配电网实现其保证供电质量及稳定性、提高电网运行效率及故障处理速度、创新用户服务和智能响应用户负荷需求的目标。

1 智能配电网信息流及技术支持

1.1 智能配电网信息流

在智能配电网建设的过程中，配电环节并不是独立的，应该考虑各个环节的信息交互，建立配电、发电、输电、用电等环节的双向互动信息流及统一的接口规范。配电企业内部系统间的信息流［12］如图1所示。每个系统的数据库分别有不同的接口标准和信息模型，但在信息承载量不断加大时，信息重叠和数据孤岛的形成将不可避免，从而不能形成统一的智能配电网数据平台，这将会阻碍系统间数据交换和信息共享。由图1可知配电企业内部的基本信息流向，若要实现系统间信息的点对点交互，就必须有统一的接口标准和信息系统架构，这就需要根据信息流来构建统一的多代理信息系统模型。

图1 配电企业内部系统信息流Fig.1 Information flow among subsystems in distribution system

1.2 构建智能配电网系统技术支持

要建立智能配电网系统，仅有清晰的信息流还不够，还需要有与系统相匹配的网络信息技术作为支持，本文将发展较为成熟、具有可拓展性的 Web Services技术引入到多代理智能配电网的建设中。Web Services技术架构一般分为主要部分和辅助部分。主要部分一般包含4层结构，即网络层、消息层、服务描述层和服务发现层;辅助部分一般包含安全层、管理层、服务质量层。每1层都有相对应的协议作为信息传输或交互的支持，并且随着技术的发展及业务的需求，可以对各层次进行拓展，各技术间架构依托见表1。

表1 Web Services技术架构支持Tab.1 Web Services technology support system

表1中由下至上，层次结构由基础到高级，高级层次将更多地对业务流程、个性化应用进行构建，并与相应的辅助层次配合，完成信息的相互沟通。

基于Web Services技术架构，将配电业务流程进行分类整合，按照IEC 61968、IEC 61970等标准规定的模型提供兼容接口服务，实现配电系统内各子系统的信息沟通，配电网兼容信息接口架构如图2所示。

图2 配电网兼容信息接口架构Fig.2 Compliant interface architecture of distribution network

1.3 多代理层次结构

多代理系统(multi-agent system，MAS)是由多个物理分散、行为自治的代理形成的松散耦合系统，各个分散的代理在遵守共同约定或协议的条件下，通过交互与合作来解决超出单个代理能力的问题，进而实现全局目标，MAS是构建大型复杂分布式信息处理系统的重要技术框架。

对多代理结构的划分大致分为3层［14］:交互层、应用层和资源层，如图3所示。其中交互层由接口代理组成，主要完成系统与外界的交互工作，获取系统外部信息，将其转化为规则，以支持应用层代理动作;应用层由协调代理和任务代理组成，完成企业一般业务过程执行和各自及整体的决策提供工作，其技术的关键在于如何实现业务流程动态重组和利用有限资源做出智能化决策;资源层由资源代理组成，主要完成对系统资源的各种操作。

图3 多代理系统结构与层次Fig.3 Framework and hierarchy of multi-agent system

2 智能配电网信息系统的构建

多代理系统的核心问题在于解决复杂的系统问题，将其分解成为更小但相关联的不同实体，即一种分布式的系统。根据多代理系统的层次结构与配电网的信息流，整合配电网子系统资源，构建基于多代理的多中心智能配电网信息系统架构，如图4所示。

图4 基于多代理的多中心智能配电网信息系统架构Fig.4 Multi-center intelligent information system framework of distribution network based on multi-agent

从图4中可以看出，基于多代理的多中心智能配电网信息系统，各中心间数据信息互通。每个中心有不同的目标和责任，协作完成配电网的整体目标任务，各中心功能如下:

(1)数据中心。数据中心负责存储整个系统的数据，记录、接收各中心间的传递信息和面对用户的各类反馈信息，其他3个中心可对数据中心进行访问，数据中心将提供相对应的接口供用户操作。一般用户，如工业或居民用户会被限制访问权限。

(2)客服信息中心。客服中心负责为用电用户提供各种服务。通过用户行为跟踪代理，用户的用电习惯会被记录下来;负荷响应代理会接收用户自身用电习惯的申请，并与客户体验代理给出的用电方案进行综合平衡，保证用户对于电能的需求。电力营销代理除了具有传统的营销功能外，还肩负着为用户提供个性化服务、拓展新用户等功能。用户故障监控代理会实时监控用户的电能稳定性，一旦发生故障能及时反映给供电公司进行维修。同时，客服中心还允许用户在基于整体负荷的前提下，优先使用预定义负荷及用户作为电源向配网供电。用户的这些行为会被控制中心监控，在保证配电网系统整体稳定的条件下进行操作。

(3)配调信息中心。配调中心负责配电网系统的潮流计算、故障维修、操作人员培训等工作。配调中心通过数据采集与监视系统及故障信息系统收集准确的信息，并发送给通信服务和指挥协调代理，进行任务分配和协调调用，将信息处理后传输给网络层的稳态分析、故障处理、智能操作票、模拟培训等代理，得出解决方案，将最后执行方案通过图形化界面提供给调度员或专家，调度员或专家结合自身经验做出合理的调度决策。

(4)控制信息中心。控制中心负责获得电网信息，并接受控制信号、执行控制命令，对电网运行进行监控。规则库代理收集、保存、转发来自优化代理的信息;扰动分析代理提供电网停电和故障信息，对最有可能发生的故障或扰动进行可靠性和后果分析，把异常脆弱运行工况信息发送给优化代理;优化代理则实施电网在正常和事故后的优化控制，再把结果信息发送给规则库代理或监控代理。

(5)信息安全中心。信息安全中心在各中心的业务终端处建立信息安全保护，并且为每个中心间的信息交流提供信息安全过滤，包括内网与外网间的交流信息及内网间的交流信息。根据国家规定的信息安全标准，结合配电网自身特点，利用第三方开发的安全防护手段，如数字认证、数据安全盾等，逐步建立高水平的安全中心，达到配电网物理安全、运行安全、数据安全。

综合上述分析，4个中心对配电网系统进行了全覆盖，信息安全中心保证信息的安全顺畅互通，每个中心具有相对的独立性，当某个中心出现故障时，其他中心能够正常运行，提高了信息系统的稳定性。

3 结语

通过多中心智能配电网信息系统的构建及对各中心多代理子系统的功能分析，可以看出在智能配电网中构建统一的多代理子系统结构，能够很好地解决系统数据平台共享、信息流通速度、业务流程稳定和系统坚强性、智能配电网响应效率等问题，体现了多中心架构的优势。随着技术的不断进步，更智能的人机接口、终端设备会被应用到系统架构中，实现智能配电网智能化、自动化、集成化的管理。

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