多智能体系统在电力行业中的应用

贺廷柱++胡琳

摘 要：多智能体系统（MAS）起源于分布式AI研究领域，其自有特性决定了它在电力行业有广阔的应用前景。重点介绍了多智能体系统在电网故障诊断、继电保护、配電领域和电力市场中的运用情况，这也是现阶段多智能体系统所运用的主要领域。随着智能电网的发展，多智能体系统在电力行业中的应用必然大放光彩。

关键词：多智能体系统；电力行业；工程领域；故障诊断

中图分类号：TM76 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.09.005

1 多智能体系统简介

多智能体系统（MAS，Multi-Agent System）起源于分布式人工智能系统，早在20世纪70年代就对该系统进行了研究。20世纪80年代后期，基于MAS的研究已成为分布式人工智能研究的一个重要分支，对应的研究成果也开始被运用于工程领域。随着计算机网络技术的发展，越来越多的学者加入了多智能体系统的研究领域。

但是，与AI中许多术语并无准确定义一样，多智能体系统也没有准确或统一的定义。目前，绝大部分人接受的定义是：多智能体系统是具有一系列的目标，确定的能力和知识，能够推理环境，生成相应的规划并执行规划，以实现目标的功能实体。每个单一智能体必然具有自发性、分布性、唯一性、移动性、诚实性和理性。因此，由各个单一智能体所组成的多智能体系统通常具有3大特性，即可变性与适应性、交互性与合作性、自发性。多智能体系统的基本构成模型如图1所示。

图1 MAS的基本构成模型

多智能体系统的3大特性决定了其可以有效完成全局目标，并且可以与周围环境互动，还可以消除任务学习和规划决策等方面的弊端。多智能体系统能够支持分布式应用，所以，具有良好的模块性和优异的扩展性，也能有效降低系统的总成本。作为处理分布式系统问题的新方法，其通信语言相同、各个智能体分工明确，解决了智能体与智能体之间的决策冲突问题。正是多智能体系统在解决实际问题时具有诸多优点，使其在诸多工程领域得到了广泛应用。

2 多智能体系统在电力行业中的应用

2.1 在电网故障诊断中的应用

随着智能电网系统的更新换代，电网规模日益扩大，电网结构越来越复杂，所以，智能电网的故障诊断和继电保护技术的重要性逐渐增强。当大规模智能电网系统发生复杂或者是多重故障时，很难只依靠单个系统信息和单一诊断手段解决。

刘京津基于多智能体系统模型研究出某智能电网的故障诊断技术，其采用构建一系列的分模块故障特征信息捕捉程序，模块化的区域智能体并行诊断程序，全局智能体协调诊断程序等，实现了在全局信息基础上的智能电网故障诊断。通过模拟计算和实际实验，验证了该多智能体系统故障诊断技术有较高的可靠性，可用于电网的实时监测。朱永利等提出了一种采用多智能体技术的电网实时故障诊断方法和系统结构，并将多线程技术应用于智能体的设计中，采用PROLOG与JAVA混合编程，实现实时故障诊断。实验表明，多智能体系统故障诊断是一种十分高效的电力系统诊断方法，能显著提高处理故障事件时的反应性能。

2.2 在继电保护中的应用

继电保护是保障电网安全、可靠运行的关键，纵观继电保护的发展，基本原理都是计算和比较电力系统发生故障时的某个或几个特征量。但是，随着电网运行环境越来越复杂，电网容量越来越大，电力系统信息化等，如果继续特征量已经难以判定系统的故障状态。因此，在“智能系统在电力系统中的应用”国际会议上，有学者倡议将多智能体系统应用于电力系统保护设计中。

随后Wong提出了多智能体技术保护方案的设计，以实现对电力系统继电保护。赵启等在深入探究多智能体系统协作模式、通信方法和求解机制的基础上，设计出了一个基于多智能体技术的继电保护系统，并通过KQML知识查询语言和现有电网通信手段，测算了通信质量。最后，将该多智能体技术的继电保护系统应用于自适应电流保护。多智能体自适应保护与传统电流保护相比，在反应速度、消除拒动、误动等方面有显著的优点。

姬广杰等创造性地采用RBF神经网络全线路速断保护和多个神经子网络组合成一个智能体，并在断路器中加入通讯与逻辑判断，由此构成电流保护多智能体系统。该系统使用光纤通讯，当线路某个区间发生故障时，可进行全线路的瞬时速断。将其与纵联保护作比较，明确了该电流保护多智能体系统可以作为330 kV线路的主保护。

2.3 在配电领域的应用

配电网络重构是配电网优化的重要组成部分。配网重构就是在满足系统辐射运行、设备容量和节点电压约束的前提下，以实现网络的网损最小、负荷均衡等目的，其本质是一个多目标优化问题。随着各国智能配网建设推进速度的加快，不同层级间采用自动化配网系统的概率也随之提高，而配网重构功能是实现配网系统自动化所急需解决的问题。

肖鲲等将多智能体技术与粒子群算法相结合，提出了一种二进制多智能体粒子群优化的配电网络重构方法。该法采用粒子群优化算法的拓扑结构构建了多智能体的体系结构，并由此制定了智能体间的协调策略。该法还对邻域内的智能体执行竞争和合作等指令。这样做，能够有效提高该算法的全局寻优能力。将该算法运用于IEEE16节点和IEEE33节点配电系统的仿真模拟，结果表明，多智能体粒子群优化的配电网络重构方法能够有效降低网损，将节点电压保持在比较高水平，提高算法搜索精度，缩减收敛迭代步数。

方璐等结合遗传算法和多智能体系统技术构造了一种配电网节能降耗综合管理系统。该系统中的多智能体作为遗传算法中的个体，相邻的多智能体整合成相互影响的模块。在寻求全局最优解时，采用遗传算法的进化机理。工程实际应用表明，该配电网节能降耗综合管理系统能降低总有功网损，减少需要投入的电容器总组数，还可以实现节能设备的最佳调节。

王恒等提出了一种基于多智能体含分布式电源的配电网电压协调控制策略，构建了含DG总控智能体、配电网智能体和静止同步补偿器调压智能体的3层控制结构，采用基于斜率调节的DSTATCOM与DG协调控制策略和多智能体协调控制算法，对系统中电压最薄弱的区域进行无功补偿，以保证系统电压的稳定性。电网电压协调控制策略可用于减少分布式电源并网对配电网的冲击，解决电压越限问题，提高配电网的电压静态稳定性。

2.4 在电力市场中的应用

伴随电力市场的改革，电力系统逐渐从垄断和集中决策转向个人竞争和分散决策。而多智能体技术自带的特殊优势，使得其可以應用于开放和分散的电力市场环境中。目前，多智能体技术在电力市场中的应用可分为3类，即电力市场的模拟、电力市场的交易和电力市场的系统。

赵波等基于CORBA的多智能体系统提出了一种电力市场仿真平台的设计方案。该方案中存在逻辑通讯与控制层和功能实现层这2类智能体的体系结构，不同智能体之间通过CORBA对象接口通讯。该方案能够满足对不同电力市场模型研究的需求，且设计时具有很大的灵活性和优越性。

在电力市场交易方面，韩正华等将混合战略下的博弈论与多智能体系统相结合，模拟发电商与大用户之间多轮循环谈判过程，以达到降低长期合同谈判成本的效果。窦迅等基于多智能体系统设计了一个电力市场的竞价系统。该系统包含电厂智能体、智能体竞价服务器和用户智能体。基于此系统的交互平台，买卖双方地位平等，可根据匹配结果安排交易。

罗朝春等提出了基于多智能体的广义电力市场技术支持系统模型及其设计方案，并以此为基础建立了多智能体协商实时交易模型，设计多智能体的协商算法。该套系统可以提高电力系统实时运行的安全水平，减少电网运行过程中的实时调整。

3 结束语

电力系统是由诸多特性不一的设备和控制系统组成的非线性动态系统，随着电网规模的扩大和各种新设备的导入，传统的集中式控制已经难以适应电力系统的发展要求，因此，各种新理论和新技术正被运用到电力系统中。而多智能体系统在设计和实现分布、开放式控制系统时，具有诸多优点，这些优点可以用于解决电力系统中遇到的大规模复杂问题，因此，受到了人们的广泛关注。

虽然多智能体系统已经成功运用于电力行业的诸多领域，但是，本质上来说，多智能体技术在电力行业的运用尚处于起步阶段。随着各项研究的深入，多智能体系统在电力行业中的运用潜力无穷。自2006年智能电网概念提出以来，越来越多的国家加入智能电网的研究和建设中。由于多智能体系统具有十分明显的技术优势，已成为各国发展智能电网的重要手段。

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〔编辑：白洁〕