多代理技术在微电网中的应用前景

分类：推荐论文 时间：2011-04-20 09:13 关注：(1)

多代理技术在微电网中的应用前景
杨玲
摘要：本文介绍了多代理技术目前在电力系统方面的研究和应用现状，分析了多代理技术与为电网技术的结合的优势和发展前景，对多代理技术在微电网中的应用取得的经济价值进行了分析探讨。
关键词：多代理技术 微电网 应用前景

多代理技术是分布式人工智能的一个分支，目前已经越来越多地应用于电力系统的控制和保护等方面。由于电力系统天然的分布性和分级控制的特点，与多代理理论有着形式上的相似性，因此研究多代理在电力系统中的应用具有很好的应用前景。
一、多代理技术的背景
“代理”一词对应的英文单词是“agent”，其原意主要指一个可以代表其他执行的人或者有权利和权威执行某事的人，或者是指完成某事的一种方法和手段。很早就用于表示在商业运作中承担中间人的角色，对其功能和作用基本上理解为有一定的独立决策和行动能力，能够主动地采取一定的方法和手段完成委托人交给的任务。“agent”的概念已经广泛地应用与计算机领域，已被研究人员赋予许多不同的含义，并且给出了许多不同的定义，但是关于代理的基本功能和作用本质与商业运作中的中间人的角色的功能和作用没有太大变化。
代理技术在计算机领域的研究和应用源于20世纪70年代美国麻省理工学院学院开展的一系列关于分布式人工智能的研究。研究人员对信息系统在处理复杂问题的能力进行分析时发现，通过协作将一些简单的信息系统组成一个大的系统可以显著提高系统处理复杂问题的能力，并且通过定义合理的协作机制可以提高整体系统的智能水平。由此产生了软件代理的概念和方法。对Agent的研究大致可分为智能Agent、多Agent系统(Mu1ti-Agent System，简称MAS)和面向Agent的程序设计(Agent Oriented Programming，简称AOP)这3个相互关联的方面以及移动Agent。多Agent系统将成为Agent发展的大趋势。智能Agent是MAS研究的基础，我们可将有关智能Agent的研究统一在MAS的研究之下，这样，智能Agent被看成是MAS研究中的微观层次，主要研究Agent的理论和结构；而有关Agent间的研究则构成了MAS研究的宏观层次。智能Agent和MAS的成功应用要借助于Agent的应用方法，即AOP以及AOP开发工具或平台。
二、多代理系统的基本概念辨析
2.1代理的定义和属性
Agent是运行于动态环境中具有智能的、感知环境的、能根据自身资源、状态、行为能力、相关知识、知识规则以及获取的外部环境信息,通过规划、推理和决策实现问题求解,并做出反应,自主地完成特定任务并达到预定目标的具有高度自治能力的实体(entity)。
Agent的一个重要属性就是智能性,它对于环境有响应性、自主性和主动性等,也就是Agent像人一样有自己的思想和行为。智能Agent被认为是人工智能的最初目标也是人工智能的最终目标,关键在于智能性。
Wooldridge在总结了前人工作的基础上将Agent定义为具有某些特性的计算机软件或硬件系统，他认为Agent至少应该具有以下特性：自治性(autonomy)、社会性(social ability)、反应性(reactivity、主动性(pro-activeness)。
除上述四个基本特性外，针对不同的应用， Agent还有以下一些特性：持续性/稳定性(persistent)、
移动性(mobile)、推理能力(reasoning)、规划能力(planning)、学习能力(learning)、诚实(veracity)、善意(benevolence)、理性(rationality)等。
Agent按照工作方式大致可以分为三类：自主能力较高的慎思式Agent(Deliberative Agent)、自主能力较低的反应式Agent(Reactive Agent)和混合Agent(hybrid Agent)。
2.2多代理系统MAS
所谓MAS是指由多个Agent组成的一个较为松散的多Agent联邦，这些Agent成员之间相互协调，相互服务，共同完成一个任务。各Agent成员的活动是自制和独立的，其自身的目标和行为不受其它Agent成员的限制，它通过竞争或磋商等手段协调解决各Agent成员的目标和行为之间的矛盾和冲突。MAS作为一个整体，也具有Agent的属性，它在Agent理论的基础上重点研究Agent的互操作性及Agent间的协商和协作等问题。
多Agent系统(MAS)的协同求解能力可以解决单个Agent不能解决的复杂问题，与单个Agent相比，多Agent系统有如下特点：每个Agent成员仅拥有不完全的信息和问题求解的能力；数据是分散或分布的；计算过程是异步、并发或并行的。因此MAS的研究，侧重如何协调一组Agent之间的行为，包括协调各自的知识、目标、策略和计划等。
三、多代理技术与电力系统保护
目前应用在电力系统中的保护装置已经有了代理的很多特点，如智能性、自治性、反应性、推理能力等。从电流保护到距离保护，再到纵联保护，保护的智能化程度越来越高。故障信息概念地提出使得保护能够更有效地提取各种有效信息来判断故障状态和振荡等异常状态。
电流保护、距离保护等基本上都是基于“本地”信息，如电流、电压的幅值、相位，功率方向，以及负序、零序等来进行故障的判断。继电保护的研究一般是在现有的保护原理基础上发掘各种故障信息的提取和利用，对保护的性能进行提高和改进。可看作属于单个Agent的研究。对于输电线路保护，由于一端信息量不足以判断双向功率流的输电线故障，因而采用两端保护进行通信协调来达到保护的目的，也就是纵联保护，可以看作是多Agent技术在保护中的初步应用。随着“局部”故障信息研究的深入，以及计算机硬件技术的发展促进的微机保护的发展，使得采用多Agent系统的概念成为必然。通过Agent之间的通信和控制结构来“横向”地获取系统的故障信息，使得装置拥有更全面的关于系统状态的信息，以此为基础研究相应的故障判据，以实现有选择性地快速可靠动作的目的。因此，狭义地理解，多Agent系统对于电力系统保护来说，可以看作保护的故障信息获取方式的扩展和改进。
四、多代理技术在微电网中的应用
微电网作为一个整体对于配网来说，它既可以从配网中获取功率，也可以向配网输出功率，相当于一个特殊的负载。为了对这个特殊负载实现完全可控，在微电网与配网之间以及微电网内部需要可靠精确的控制系统。该控制系统包括自动并列/解列装置、微电网内部各母线上的负荷控制、各个DG的控制以及DG之间的相互协调或者控制与被控制的关系。
这种分层立体的控制结构，加上配电网的调度控制中心，构成一个多层次的、不同功能的控制系统，特别适合多代理控制。王守相等（2007）人曾提出一个配网调度中心、微网、DG三者的分层控制框架。
由配网调度中心对多个微电网的并列解列和功率需求/供出进行管理，而每一个微电网通过微电网中心控制器对下层分布式发电单元进行管理，每一分布式发电单元又包括对网络的接口控制和分布式发电单元本身的控制。微电网内部的多个DG之间可以采用主从控制策略，主模块和从属模块之间也是控制与被控制的关系。
多代理技术在微电网中取得了一定的经济和实用价值。
4.1多代理技术在微电网输电网扩建中的应用
在市场环境下，无论是投资还是能量交易，应当在满足系统安全约束和用户输电要求的同时，各市场参与者均争取各自的利益最大化，这就需要充分考虑市场信息及自身的生产成本等因素，在市场运营期间要有适当的投资策略。一般来说，在复杂的市场环境下，依靠纯粹的双边贸易谈判和传统的集中式优化决策软件计算，上述目的难以实现。Yen和Wu等人对于研究输电系统扩建计划形成联营的过程提出利用多代理技术的解决方案，即用软件代理模拟输电系统计划的参与者，考虑输电要求和系统建设成本，各个代理内部进行独立计算并通过网络进行信息支换，运用博奔理论，综合考虑不同联营组合的成本利效益，从而得到令人满意的结果。
4.2多代理技术在市场竞价方面的应用
GaofengXiong.Hashiyama和Okuma提出了一种通过Q-Larming方法的电力供应商竞价策略。在开放的电力工业中，对于电力供应商而言，最重要的是怎么在电力市场中进行竞价，以获得利润最大。以Q-Learning算法为基础，将多代理技术应用于电力市场中，阐述了怎么获得最佳的策略，以使所获利润为最大。
在电力市场中，参与者将在市场许可情况下研究各种策略以便获取自身的最大利益。另一方面，市场的监管部门也要尽可能预测和判断在市场中可能出现的不合理竞争及操纵市场的行为，以便在设计电力市场、制定规则及运营中采取措施。本文的策略优化分析建立在古诺(Cournot)模型基础上，其特点为：厂商通过决定其产品产量来追求自身利润最多，产品价格由市场决定。由于该模型没有考虑电力系统的安全约束，因此在分析电力市场竞价问题表现出一定的局限性，但对分析电力市场经济行为具有一定的意义。其具体描述如下：
设有n个发电厂(其全体集合为N)参加电力市场发电竞标，发电厂i的利润如下式：

式中 ，为第i个发电厂决定的发电量， 为 的上界， 为市场价格， 为i的成本函数。由此可得n人对策 。
4.3在电力系统访真中的应用
90年代，电力系统解除管制成为全球的趋势，形成了许多电力市场。电力市场交易中各个市场参与各的决策软件模块既相互独立，又可以在市场运营的过程中进行交互。而市场运营部门则要对参与者的投标进行协调，最后决定市场结清价和发电计划。通过对各种市场结构和多代理技术的研究，对该系统重新进行了设计，初步实现了基于多代理技术的通用的电力市场仿真器。该系统采用JATLite多代理系统平台，系统中不同的软件代理分别代表发电公司、配电公司/用户、电力交易所(PX)和独立系统运行部门(ISO)。各代理具有各自独立的运算/决策支持模块和知识/数据库，并通过通信路由进行交互，以完成各自的功能。整个系统的结构和各代理间的关系还可以依照市场结构的要求进行变化，运算模块可以按照市场参与者的要求灵活变换，从而满足不同的仿真要求。该仿真器可以模拟不同的电力市场模型，研究电力电价投标策略及市场参与者之间的相互影响，较为全面和真实地模拟市场参与者的行为，从而既可供市场参与者和市场研究人员进行决策支持研究和市场力作用研究，也可以为市场运营人员提供有力的培训工具。

 

参考文献：
[1]何炎祥.Agent和多Agent系统的设计与应用[M].武汉：武汉大学出版社,2001
[2]蔡晓烨.基于多Agent技术的分相电流差动保护方案[J].华东电力, 2007 (1)
[3]王平.采用多代理技术提高高压配电网的供电可靠性[J].中国电机工程学报, 2009 (S1)
[4]王守相.含分布式电源的配电网供电恢复的多代理方法[J].黑龙江科技信息, 2007（10）