智能电网的信息化系统管理实现

闫嵩琦

摘要：深入发展的智能电网对信息化和智能化发展要求不断提高，海量复杂的电网信息数据呈现多源多维的发展趋势，需通过信息化管理系统根据实时高效的数据处理及分析结果，实现及时调控和智能决策过程。主要构建了一种智能电网信息管理系统架构，该系统基于多智能体技术主要用于电网信息的实时监测，主要分析了系统的设备级、子系统级及智能体功能实现的重要技术支撑，完成了基于多智能体的系统实现算法，为提升智能电网的管理水平提供参考。

关键词：智能电网;信息管理系统;多智能体技术;实现路径

中图分类号：F426.61

文献标志码：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

日益突出的能源问题对电力能源的需求与日倍增，现代先进技术及高科技产品为电力行业的持续优化发展提供了强大的支撑，我国在智能电网方面的研究已取得一定进展，随着智能电网的持续开展，电网呈现分布式发展趋势，电网数据不断增多，电力公司业务系统在面对庞大的客户用电需求时系统的局限性日益显露，智能电网管理的信息化及智能化发展水平仍有待提高，电网信息系统包括电力调度自动化网络系统及其构成的、能量管理系统、配电网管理等子系统，传统的电网信息管理系统已经难以满足海量数据的处理和使用需求（包括存储、检索、分析等）。新型的信息管理系（覆盖整个电网系统）成为智能电网功能实现的重要途径。

1现状分析

为满足现代生产及生活的用电量需求，电网规模不断扩大，使电力系统的结构复杂程度不断提高成为一种广域复杂大系统，在模型上高阶非线性的智能电网需对复杂且庞大的数据量进行处理，同时需进一步提高电网全过程（包括生产、消费、控制和管理等）的智能管理水平，面对复杂的电网及外部环境信息需通过引入相应的测量系统实现实时高效的获取功能，这就为信息管理系统的数据处理及通信等提出了更高的要求，构建并实现一套健全的信息管理系统成为领域内的一项研究重点，通过使用该系统实时监测智能电网及外部环境的海量信息，并在此基础上通过数据的融合、处理及综合分析为相应控制策略及决策（包括电网设备管理和维护）的制定提供支撑，实现信息在不同设备及系统间的交互和使用等功能。为一项满足智能电网管理需求，本文基于人工智能领域的多智能体（一种新型计算模型）技术完成了一种信息管理系统的设计，具有功能连续及自主性特征的智能体实现了对自身及外界状态变化情况的连续不断地感知，并据此执行相应动作，由多智能体构成的问题求解网络具有较好的扩展性，有效提高了不同系统间知识的共享和交互效率，目前该方面的研究已取得了一定的成果，例如，一种智能电网统一信息系统的设想（包含4个基本子系统，张之哲等）、一种多级信息融合模型（基于电力全局信息，主要面向区域电压无功控制，沈祥等）、根据未来智能电网发展趋势构建的一种信息系统体系结构（曹军威等）、一种融合了管理思维及MAS技术的信息管理系统的设计思路及其可行性和优势分析（刘喜梅等）等[1]。本文在现有研究成果的基础上，继承传统信息监测系统的优势，通过综合运用传感器技术和多智能体技术构建信息管理系统，有效实现了电网信息的通信、监测、交互与调控功能，进一步提高了系统的自愈性、智能化等性能。

2智能电网信息管理系统总体架构

针对电压等级在550、330、110kV及以下的局部电网的智能电网信息管理系统总体架构如图1所示。

系統以电网为对象主要可分为3层（以电压等级、覆盖范围及影响力等为依据）。

（1）设备级结构如图2所示。

基于各项测量数据（通过监测系统获取），对各类输电线、断路器、变压器等设备状态采用信息分析模块（面向具体设备和环境的算法）进行监测和调控。接入系统的成员间可协同分析和融合这些电网测量数据获取更加科学准确的设备级的调控策略。针对复杂环境中的电网设备状态，在传统系统（包括SCADA、EMS、DMS、WAMS等）的基础上，通过无线传感器网络监测模块XBEE（DIGI公司，基于ZIGBEE协议）实现监测功能，以有效满足系统对数据种类和数量的要求。使用微处理器设备完成系统网络节点状态信息数据的初步处理，采用可自动组网的XBP24BWIT模块具备可靠的数据传输能力，在室外空旷区域可达到3200m的传输距离，包含丰富的标准串行接口（包括UART、RS232、COM接口），对处于复杂环境下的电网设施的适应能力较强。

（2）以各级变电站为主的子系统级，以下级系统的分析信息作为数据源，结合变电站运行状态监测信息进行决策分析和调控，并可与同级和上级系统共享分析结果。

（3）总系统级，具有最高管理权限、以下级子系统的分析结果作为信息源作最后融合，负责智能电网的综合决策分析及调控。为提高系统功能实用性和丰富性，采用多智能体技术实现上述各级信息管理系统功能，各智能体均具备自身智能处理能力及同其他智能体交互能力，从而建立起多层次、分布式的信息管理系统[2]。

3智能电网信息管理系统优化设计

3.1单个智能体设计

由多个智能体构成的多智能体系统MAS（按一定拓扑结构）是实现信息管理系统功能的基础和关键，本文系统主要总系统、子系统级和设备级3类智能体构成，由这些子智能体Agent完成电网数据信息（包括自身及环境状态）的实时获取、分析评估，同其他智能体共享结果，并据此制定接下来的调控策略（根据电网实际状态），同其他Agent合作完成相应的调控任务，再以日志的形式向上级Agent上报分析结果和调控策略后等待指示。單个智能体的设计如图3所示。

主要包括：（1）状态监测模块，主要负责监测电网工作状态及各方面信息以供其他智能体模块调用，初步处理测量到的原始数据（包括去除冗余数据、整理排序）并存储到实时数

据库。（2）数据库管理模块，作为智能体的数据存储和交换中心，用于存储和处理（分类和整理）采集到的信息数据，在数据库中存储历史数据（包括基本调度及运行管理信息、Agent的公共信息）。（3）通信管理模块，遵从TCP/IP协议负责同系统的其他Agent进行通信，打包整理信息为Agent通信标准格式（FIPA制定）并打上时间戳，通过局域网接收和发送信息。（4）协调模块，针对不同的智能体的信息包间的冲突问题（以信息相关属性为依据）作出协调控制，提高系统的运行质量和效率。（5）分析与决策模块（系统的信息处理中心），主要功能在于融合各项数据信息，对电网状态进行综合评估和决策分析，并据此得出相应的调控策略。（6）执行模块，根据接收到的调控策略（分析决策模块发送）及电网实际状态执行具体操作完成相应任务，并反馈操作执行状况[3]。

3.2系统功能设计

本文所构建的信息管理系统属于一个复合分布式多智能体系统（分工合作、分层递阶），多智能体系统由多个Agent构成（具备松散耦合、粗粒度特点），集成了单个Agent的优点，由功能独立的Agent相互协作完成分布式任务，智能体间的协作方式包括：（1）横向合作，指同级间的信息共享与协作（如不同设备级间），共享信息的智能体结合环境信息做出更准确的分析;（2）不同级别的智能体间的纵向合作（如变电站级同设备级间的交流协作），上级智能体根据下级的分析结果作进一步分析处理，下级智能体优先执行上级调控指令，使电网整体评估质量得到有效提升。单个智能体难以独立完成的操作任务会寻求其他智能体的帮助、协同完成任务（按照一定的规则约束）。多智能体系统的关键在于智能体间的信息交互，包括信息传递和解析两部分，以满足智能电网海量信息的交互寻求，本文系统通信模式采用星型网络，各上级智能体的通信模块（信息流动的中转站）作为各子智能体的中心服务器，各子智能体信息存储于系统数据库中（包括电气属性、网络地址、地理位置等），包括总系统智能体、最高电压等级与次电压等级的子系统（变电站）、设备子智能体间的相互通信，智能体间的通信连接分为静态连接（系统启动后连接固定存在）和动态连接（存在信息交互需求时才建立双向连接），通信信息采用FIPA标准格式，智能体间的交互主要用于实现信息共享和任务协同完成，智能体根据需要发送任务协助请求，其他智能体判断和处理收到的请求并返回处理结果供请求者据此做出进一步的动作，分析模块根据具有不同标签的各类信息调用相应算法完成信息的处理。为使智能体交互有序进行，通过协调模块协调解决消息冲突问题（同时接收到多条请求）[4]。

4信息化管理系统的实现

4.1多智能体系统的构建

采用.NET开发平台，参考应用较多的BDI模型完成多智能体系统模型的设计，为确保系统通信效率和兼容性，根据Agent通信标准规范（由权威开放性组织FIPA制定）规范Agent的通信和管理标准，智能体间遵循TCP/IP通信协议，使用C#语言编写模型程序，消息的发送者和接受者由Sender和Receiver表示，消息内容由Content表示（Language表示采用的语言名称）、其所使用的实体集名称由Ontology表示，下条消息对本消息的响应（由inReplytoXX语句做出）由Replywith表示，具体语言模型如下[5]。

SenderAgent1

ReceiverAgent2

Contentmessage

Ontology

Model1

ReplywithM01

LanguagePROLOG

构成多智能体系统的单个智能体（智能体闲时为待机状态）工作流程唤醒方式包括主动和被动两种[6]如图4所示。

4.1.1智能体唤醒方式

（1）主动唤醒，智能体会定期作出评估和调控，具体步骤包括：智能体定期发出测量命令后及面向其他智能体的信息共享请求，由各测量单元从数据库中远程获取相关监测数据;准备完数据后，智能体据此进行分析评估，并以工作日志形式向上级智能体报告，系统根据评估结果进行决策分析;若能独立完成任务则记录此活动并报告至上级智能体后结束流程，若不能独立完成任务则请求其它智能体协助完成任务后，等待上级综合调控。

（2）被动唤醒，系统在智能体接收到其他智能体的请求后对其进行分析和评估，并作出回应，同意执行对方请求任务则发送具体任务指示信息，若拒绝此次请求则重新进入待机状态（发送拒绝信息）[7]。

4.1.2智能体间的通信流程

启动智能体后先初始化通信模块，将注册信息（包括名称、位置、类别、工作方式、IP地址等）发送到通信管理智能體进行登记注册，由通信管理智能体将其存入到数据库并添加到在线智能体列表，开启可通信状态。多智能体通信模式包括纵向和横向两种，采用TCP/IP协议（以UDP协议通信作为备用通信方式），以提高信息传输的准确性和安全性等，智能体间的通信流程为：

（1）发送方动作流程，向协调模块传递发送包括信息种类标签和具体内容在内的原始信息（通过分析决策模块），协调模块据此评判本条消息的优先度;然后再由通信模块格式化打包和封装信息，分别在内容项和语言项中放入原始信息及其所采用的语言协议，再向接收方智能体发送信息包。

（2）接收方动作流程，通信模块通过拆封接收信息获取信息属性和内容后向协调模块传递，由其根据相关指标（包括综合时间、发送者优先度等）评判消息的优先级，据此在协调模块的消息缓存区插入信息等待处理;然后由分析模块调用相应的算法处理信息（根据消息种类），对于共享类信息先判断其是否为种类，是回复信息则返回信息发出进程完成下一步动作，不是回复信息则调用相应算法完成分析处理过程后返回至发送者智能体;对于任务请求类信息，若是回复信息则返回信息发出进程完成相应动作，不是回复信息则调用任务请求信息处理算法并向智能体发送者回复此请求的处理方式[8]。

4.2应用实例

对系统工作模以某变电站的1号主变压器的温度测量和评估为例阐述系统的工作模式，预存到数据库的测量数据分为变动数据（包括温度、电场强度等）、固定数据（变压器参数等）及部分来自其他设备的共享信息，智能体能够基于变压器运行状态及环境信息（由无线传感器网络获取）调用其分析模块中的相应算法评估变压器状态，以基于DGA故障诊断结果为主，得到变压器老化严重的判断结果（故障概率较高），结合获取的其他同级的评估结果调用故障诊断及预测算法进一步分析变压器状态，预测该变压器低能放电的发生概率为45.8%、低能放电兼过热发生概率为为33%），并且系统能够据此作出相应的调控决策及策略，即需电气隔离此变压器，向维护人员发送检修和更换的报警信息。执行模块能够据此执行电气隔离任务，并结合人工辅助给出具体操作方案，断开断路器（同变压器相连）33103312、3501、连接输电线2设备级智能体的1101（由智能体同输电线智能体协作完成），最终反馈执行结果，上层系统智能体接收到日志报告后，根据1号变压器检修申请对其断开时的电网运行模式进行重新规划，由变压器2、3分担变压器1负荷（通过执行模块操作）[9]。

5总结

具有独立处理问题能力的智能体能够更好的适应电网智能化发展需求，本文充分利用多智能体技术的问题协作解决能力设计了一种智能电网信息管理系统，完成了基于分层递阶结构的系统总体架构的构建，面对海量繁杂的电网信息由系统各级智能体完成多次并行分析处理及结果共享（包括原始数据信息）过程，在此基础上协作完成各项调控任务，有效实现信息监测处理、状态评估、电网调控及状态维护功能。该系统通过任务分解模式的应用实现了对复杂信息的处理质量及效率，采用智能体合作模式实现了信息高质高效的共享，为电网管理及检修提供技术支持。

参考文献

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（收稿日期：2020.03.11）