基于多智能体理论的电网调度操作票自动生成系统研究

花洁 李伟 陈刚

摘 要：倒闸操作是电力系统运行过程中所进行的正常操作，可靠、安全是其操作过程中所必须保障的事项，其中，正确的操作票是防止和避免误操作的关键措施。随着电网规模的日渐发展和扩大，传统的手工操作票已经不符合如今电力系统运行的需要，经过专家们的不断努力，操作票自动生成系统不断升级，其智能性也在逐渐提高，对于减轻调度人员的工作压力，促进电力系统安全运行起到关键性作用。但是，目前操作票系统仍旧存在很多不足，为此，本文基于多智能体理论设计并构建了功能结构清晰的电网调度操作票自动生成系统，建立了多智能体操作票系统模型，对于提高电力系统运行安全性有重要意义。

关键词：多智能体理论;电网调度操作票;自动生成系统

中图分类号：TM 732 文献标识码：A 文章编号：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

設备倒闸操作是电力系统正常运行过程中的重要工作，倒闸操作必须要做到可靠、安全，在保障倒闸操作安全性过程中，正确无误的操作票起关键性作用。在调度员编写操作票过程中，不仅要具备电力系统相关专业知识的较高储备量，还需要其具备丰富的编写经验，能够结合电力系统的实际运行方式和情况来进行操作票的编写。操作票的编写过程繁杂，任务量大，对于调度员的编写要求也较高，除了字体清楚之外，还要保证无错字、不漏字。传统的操作票开票方式采用手工方式，调度员在开票过程中容易受到很多因素的干扰，从而造成编写错误发生事故，不仅影响电力系统的安全运行，还会造成较大的经济损失。随着电网规模的日渐发展和扩大，传统的手工操作票已经不符合如今电力系统运行的需要，人们开始关注自动生成操作票的系统研究，目前已有大量的研究和理论试图解决操作票的自动生成问题[1-4]。

近年来，很多国内外专家相继努力，在操作票自动生成方面有重大研究进展，且仍旧有许多专家致力于提高操作票自动生成系统的智能性，从而减轻调度员的工作任务和压力，提高电力系统运行的安全性。目前，操作票系统仍旧存在通用性、独立性和灵活性较差等问题，无法满足电力系统日新月异的发展需求。针对目前操作票系统存在的问题，提出了基于多智能体理论的电网调度操作票自动生成系统，在操作票的自动生成机制中引入多智能体理论，基于多智能体理论建立相关模型和通信机制，智能体根据用户需求，进行任务规划，通过共享信息、协同合作，完成正确操作票的自动生成。

1 多智能体理论

目前，关于智能体（Agent）尚未有统一和明确的定义，本文中对其采用比较权威的定义，在于其他智能体共同存在协同处理的环境中能够自主、持续活动的实体。智能体具有自治性、可通信性、环境响应性、自发性等特点。多智能体系统（MAS）由多个智能体组成，系统中每一功能模块均由多个子智能體和一个智能体协调者组成。多智能体系统包括分布式专家系统、分布式知识源、和分布式问题求解系统。相比单一的智能体，多智能体系统对于各个子智能体间的协调、规划和综合行为更加注重[5-7]。在多智能体系统中，当某个子智能体被分配到任务时，智能体协调者便会发挥协调作用，发挥模块的整体功能，多智能体体系的结构共有3种，集中式、分布式和混合式，具体的体系结构如图1所示。与普通的智能系统相比，多智能体系统在协作、协调与交互方面有明显的优势，各子智能体在目标和行为方面相互独立。通过多智能体系统中的智能体协调者可以促进各子智能体之间的协同作用，加强整个系统的整体协调能力，从而在处理复杂事件时能够更有效。

其中A集中式结构;B分布式结构;C混合式结构。

基于多智能体理论的电网调度操作票系统能够结合实际需求，将标识号、 感知器、协调机制等原子智能体引入其中，将操作票系统划分为多个智能体部分，通过设定统一的协议使这些智能体能够相互通信。

2 多智能体操作票自动生成系统设计

2.1 系统的总体框架结构

多智能体系统在具备智能体优势的同时，还能够协调各个子智能体之间的协调工作，更有效的完成任务和解决问题，将多智能体系统运用到电力系统中，可以解决电网调度操作票与系统之间的通信问题，发挥其协调优势。图2给出了多智能体操作票自动生成系统的框架设计，整个系统划分为6个模块，分别为图形管理模块、操作票生成模块、操作票管理模块、系统管理模块、数据库管理模块、数据接口模块。操作票自动生成系统实质是一套计算机程序，集电网实时状态、图形模式、专家系统推理模式于一体，能够有效减轻调度员的工作压力，提高工作效率。

2.2 系统各功能模块

图形管理模块，利用图形管理模块可以实现电网一次接线图的绘制，并能实时获取图元信息从而实现一次接线图的更新。另外，通过该模块还能够编辑和修改相应的图元参数，有效避免实时数据的信号缺失。操作票生成模块的主要功能是根据操作命令自动生成操作票。操作票管理模块的主要功能是，将操作票和操作设备信息存入票库中，存入过程中操作票将分两类存储，典型票和历史票。系统管理模块的主要功能是，根据不同的权限对操作票系统进行管理，另外该模块中还设置了能够对不同用户的不同操作进行记录的日志管理模块。数据库管理模块的主要功能是，保存知识、规则，管理知识库、电网拓扑信息等。数据接口模块的主要功能是，接收实时数据，获取图元信息，用于一次接线图的刷新，还能够实现操作票的网络发布功能。数据接口模块主要功能是实现和SCADA 系统、多智能体系统的有效对接，实现调度管理一体化。

3 多智能体操作票系统模型

3.1 模型结构

本文第二节中介绍了电网操作票自动生成系统的框架以及功能模块，这些功能模块的基本功能通过一些基本的智能体实现。操作票系统、多智能体系统以及SCADA系统之间的关系如图3所示。

操作票系统中的各个功能模块之间存在多种联系，例如信息交互、任务协调等，这些联系通过多智能体系统的协调机制完成。多智能体操作票系统模型的建立，有效地实现了操作票系统中各个功能模块之间的联系，通过建立相应的通信机制，实现功能模块之间的信息传递、交互等功能。具体的多智能体操作票系统模型结构如图4所示。

3.2 模型的结构属性分析

在进行多智能体操作票系统模型构建时，必须从整体上实现任务规划，多智能体系统需采用协作控制策略，子智能体的结构必须能够满足信息和任务的传递和反馈功能。

（1）子智能体的结构属性分析。定义第第j个子智能体的结构属性为Pj= {Aj， Wj， Ej} ，其中Aj为第j个子智能体;Wj为第j个子智能体的任务;Ej 为第j个子智能体完成任务的情况。

（2）多智能体系统的结构属性。定义多智能体系统的结构属性为M = {P1， P2 ， …， Pj ， S}，其中， P1， P2 ， …， Pj分别为各子智能体的结构属性。

3.3 任务规划

各个子智能体都有各自的控制线程，整个多智能体系统控制方式为分布式协调控制，每一项操作任务也是通过各子智能体之间协作完成，具体的多智能体操作票系统结构如图5所示。

完成子智能体和多智能体系统结构属性的定义后，在接收到复杂任务时，仍旧需要对任务进行规划，从而实现子智能体间的协调合作。在接收到操作任务后，多智能体系统首先分析其基本结构，根据其结构特点以及子智能体的结构属性，将操作任务分解并分配给合适的子智能体，子智能体自主的对上层任务进行分析，并根据上层任务进行相关措施的执行，并对上层单元进行汇报。多智能体系统根据下属字子智能体反馈的汇报结果进行判断，确定是否需要其他子智能体来执行任务，而实现多个子智能体之间的动态协调。

3.4 协同控制

多智能体系统中各子智能体之间的协同作用是多智能体操作票系统中的关键问题。多智能体系统不只是由多个子智能体经过简单的组合而成的整体，必须要经过多个子智能体的有机融合，且各子智能体之间必须能够协同合作完成多智能体操作任务。因此，要实现多个子智能体的系统合作，多智能体系统除了具有较强的灵活性之外，必须采用一定的控制策略来完成。根据多智能体操作票系统的任务规划方式，其控制策略采用横向协作控制、纵向协作控制和混合控制策略三种。上述图5中给出了多智能体系统和各子智能体之间，以及子智能体和子智能体之间的协作控制关系。多智能体系统将任务分解并分配给子智能体，子智能体接收任务并完成与多智能体系统之间的信息交互，另外，各子智能体间也可以进行信息的交换和共享，达到协调合作的目的。

4 结语

操作票的编写工作是电力系统调度工作人员的日常工作，是保证电力系统的安全运行的关键。电网的扩大以及迅速发展，对于操作票调度工作人员的要求越来越高，目前的操作票编写系统已经无法满足电力系统的运行需求，对于高智能性、灵活性强、编写无错误的操作票自动生成系统的研发需求也越来越迫切。多智能体系统作为一种全新的分布式计算技术，是人工智能领域的研究重点，也是目前能够解决操作票正确性问题的关键技术。本文实现了基于多智能体理论的电网调度操作票自动生成系统，对于电力系统的安全运行及其规模的扩大化发展具有重要的理论意义和应用价值。

参考文献

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