CN101232181A - 基于多智能体的配电网节能降耗综合管理系统及其管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多智能体的配电网节能降耗综合管理系统及其管理方法，通过任务协调与分解智能体，实现各个节能设备智能体之间的交互和协作，减小节能设备之间的相互影响。本发明能全面考虑造成配电网电能损耗因素，并解决各个因素之间的耦合作用，使整个系统得到简化，减小节能设备的相互影响。针对配电网信息“孤岛”林立的状况，在目前各个信息系统高度分布和异构的环境下，运用高效的方式实现配电网各个分布式操作平台的互联、互操作和互协调，进而实现配电网“全方位、多方面”的综合节能降耗。

Description

基于多智能体的配电网节能降耗综合管理系统及其管理方法

技术领域

本发明涉及电力系统，特别涉及一种基于多智能体的城市及企业配电网节能降耗综合管理系统及其管理方法。

背景技术

我国明确规定“十一五”期末单位国内生产总值能源消耗比“十五”期末降低20％左右。节能已成为我国经济和社会发展的一项长远战略方针，节电则是国家节能战略的重要组成部分。据国家信息中心预测部统计，2005年我国仅由于谐波和无功问题引起的电能损失就超过2000亿度。

近年来，由于配电网谐波问题，并补电容器经常跳闸而不能投运甚至发生爆炸，微机保护装置也出现误动甚至拒动而引发事故。如湖南涟源钢铁厂1998年7月因5次谐波超标，导致豹南山220kV变电站停电16小时，造成经济损失达2400万元；2001年至2002年，广东中金岭南股份有限公司韶关冶炼厂因2次、5次谐波严重超标，多次发生高压开关柜误动作，并且引起电机、变压器损坏，造成经济损失达2700万元；2006年3月，南京电网由于谐波引发电网启用自动保护动作，城南、城中出现大面积断电现象，造成严重的社会影响。由此可见，无功不足与谐波超标不但造成了大量的能源浪费，同时还严重威胁着电网的安全稳定运行。

由于单一节能设备只具备某一方面的节能职能，如静止无功补偿器，专注于无功补偿，减少无功电流在电网的流动，所以不能满足社会对全方面节能的需要。纵观综合城市及企业配电网节能技术，存在有以下不足：1、整个配电网缺乏全局的规划与管理手段，能量管理水平不高，没有形成“全方位、多方面”的综合节能降耗。城市及企业配电网的节能设备还是单一运行的，形成“孤岛”林立的局面，信息比较分散，集成度不高，不便于高层管理和控制。2、单一独立节点节能设备之间相互影响，一旦局部调节过度或不足会造成临近线路的故障，形成“要害区域”。例如：某节点应用静止无功补偿器SVC来提高功率因数，减小电能的损耗；同时应用谐波抑制装置来降低该节点谐波含量，减小谐波损耗；但没考虑到SVC本身产生的谐波的特点以及对谐波抑制装置的影响，引起设备之间以及设备与电网之间发生谐振，进而造成临近线路的故障，形成“要害区域”。3、节能设备的独立控制容易导致设备调节过于频繁，设备使用寿命缩短，维护成本增加。城市及企业配电网只是进行了局部优化管理，具有很大的局限性，往往为了实现某个单一目标，如：提高功率因数，使抽头变压器抽头来回动作、投切电容器机械开关反复动作，急剧缩短设备使用寿命和增大设备故障率，造成调节代价增大和维护成本增加。

智能体是一种具有感知能力、问题求解能力和与外界通信能力的实体。从软件实现角度看，它是一个计算机程序，通过预先定义的协议与外部智能体进行通信，并通过一种松散耦合的方式进行分布式智能求解。单个智能体的具体实现形式有很多，其中最具代表的是BDI(Belief-Desire-Intention)模式，即智能体求解是通过寻求信念、愿望、意图之间的理性平衡得以实现。多智能体系统(Multi-Agent System，MAS)由多个松散耦合的、粗粒度的智能体组成，它包括分布式专家系统、分布式知识和分布式问题求解系统。MAS在兼顾单个智能体系统优点的同时，重点解决功能独立的智能体之间通过协商、协调和协作，完成复杂的控制任务或解决复杂的问题。

目前，在电力系统中对多智能体系统的应用主要集中在电力系统安全防卫体系、电压控制、电力市场和发电厂方面。有文献提出一种采用多智能体技术来提高电压稳定性的方法，将自动电压调节器和静止同步补偿器STATCOM为代理，提出解决代理控制器之间冲突的协调方案的多代理系统。但是并没有考虑负荷、配电网的谐波、变压器及电容器的调节代价，以及节能设备之间的相互影响，不能实现配电网“全方位、多方面”的综合节能降耗。

发明内容

针对上述现有技术及其存在的缺陷，本发明的目的旨在提供一种基于多智能体的配电网节能降耗综合管理系统及其管理方法，能全面考虑造成配电网电能损耗因素，并解决各个因素之间的耦合作用，使整个系统得到简化，减小节能设备的相互影响；得出各个节能设备的最佳调节力度，使节能设备以最小的调节代价获得最大的节能效益。针对配电网信息“孤岛”林立的状况，在目前各个信息系统高度分布和异构的环境下，运用高效的方式实现配电网各个分布式操作平台的互联、互操作和互协调，进而实现配电网“全方位、多方面”的综合节能降耗。

为实现上述的目的，本发明采取的技术方案是：依据多智能体分层分布式系统理论，首先提出了基于多智能体的配电网综合节能降耗多智能体管理系统，包括高压侧、低压侧两级多智能体和管理层，其中高压侧多智能体包括分别与静止无功补偿器、大功率混合型有源滤波器、负荷、采集设备、变压器、保护设备双向连接的静止无功补偿器SVC智能体，大功率混合型有源滤波器HAPF智能体，负荷智能体，采集智能体，变压器智能体，保护智能体，其中静止无功补偿器SVC智能体和大功率混合型有源滤波器HAPF智能体是节能设备智能体；低压侧多智能体范围包括分别与户内外智能无功补偿器IVC、静止同步补偿器DSTATCOM、负荷、采集设备、变压器和保护设备双向连接的IVC智能体、DSTATCOM智能体、负荷智能体、采集智能体、变压器智能体和保护智能体，其中户内外智能无功补偿器IVC和静止同步补偿器DSTATCOM是节能设备智能体；其中管理层由配电网谐波实时监控分析系统、配电网无功优化系统、配电网负荷建模支持系统、配电网配电费用分配与线损管理系统、配电网综合自动化系统五大信息平台组成；高压侧多智能体与任务协调智能体双向连接，且任务协调智能体与任务分解智能体双向连接，从而，高压侧多智能体通过任务协调智能体和任务分解智能体与管理层连接，低压侧多智能体也通过任务协调智能体和任务分解智能体与管理层连接，实现了高低压侧多智能体的交互和协作。

本发明再根据上述基于多智能体的配电网综合节能降耗多智能体管理系统提出了相应的管理方法，通过任务协调与分解智能体，实现各个节能设备智能体之间的交互和协作，减小节能设备之间的相互影响。其具体实施步骤如下：

1)、高压/低压多智能体分析复杂任务的基本结构，根据各个节能设备智能体的结构属性，确定其目标状态；

2)、根据实时采集的数据更新各个节能设备智能体的当前状态；

3)、进行当前状态与目标状态的比较，将比较结果向高压/低压多智能体报告；

4)、高压/低压多智能体汇总所有信息，是其单独完成或根据对其它节能设备智能体的需求度请求协助完成相关任务，并根据优先级别确定哪些节能设备智能体参与任务，根据时间脉冲确实节能设备什么时候响应任务。

本发明所述基于多智能体的配电网节能降耗综合管理系统及其管理方法，是根据多智能体分层理论，建立的城市及企业配电网节能降耗综合管理系统，简化了整个系统，减小节能设备的相互影响，使节能设备以最小的调节代价获得最大的节能效益；通过运用高效的多智能体管理手段实现了配电网各个分布式操作平台的互联、互操作和互协调，进而实现配电网“全方位、多方面”的综合节能降耗。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1是本发明所述基于多智能体的配电网节能降耗综合管理系统结构图；

图2是本发明所述基于多智能体的配电网节能降耗综合管理方法流程图；

图3是本发明的节能设备智能体推理机制结构图。

具体实施方式

如图1所示，是基于多智能体的城市及企业配电网节能降耗综合管理系统结构图，包括高压侧多智能体，低压侧多智能体和连接它们的管理层。在高压侧，静止无功补偿器SVC、大功率混合型有源滤波器HAPF、负荷、采集设备、变压器和保护设备分别双向连接有SVC智能体、HAPF智能体、负荷智能体、采集智能体、变压器智能体和保护智能体，其中静止无功补偿器SVC和大功率混合型有源滤波器HAPF是节能设备智能体。上述各个智能体的交互和协调通过任务协调智能体完成，且任务协调智能体之间可相互通信，上述智能体通过任务分解智能体与管理层的连接，使不同的智能体连通了相应的管理层的各个系统，其中管理层由配电网谐波实时监控分析系统、配电网无功优化系统、配电网负荷建模支持系统、配电网配电费用分配与线损管理系统和配电网综合自动化系统组成。上述五个系统通过智能体之间的通信和交互相互连接起来，实现操作平台的互联、互操作和互协调。上述五个系统的数据通过光纤高速传输，采用TCP/IP协议实现各数据库之间互访，达到数据共享与交换的目的。在低压侧，户内外智能无功补偿器IVC、配电网静止同步补偿器DSTATCOM、负荷、采集设备、变压器和保护设备分别双向连接IVC智能体、DSTATCOM智能体、负荷智能体、采集智能体、变压器智能体和保护智能体，其中户内外智能无功补偿器IVC和配电网静止同步补偿器DSTATCOM是节能设备智能体。同样，各智能体的交互和协调通过任务协调智能体完成，再通过任务分解智能体与管理层的连接，这样也使不同的智能体连通了相应的信息系统。从而这五个信息系统连通了高压侧多智能体和低压侧多智能体，实现了高低压侧智能体的交互和协作，进一步实现多层次节能降耗。

其中节能设备智能体是具有节能设备功能结构属性的智能体，上述多智能体系统的节能设备智能体构建过程如下：

第j个节能设备智能体结构属性为：S_hj＝{g_hj，M_sj，M_rj，N_cj，T₁}

式中g_hj为第j个节能设备智能体对其它节能设备智能体的信念度；M_sj为第j个节能设备智能体的初始状态；M_rj为第j个节能设备智能体的目标状态；N_cj为第j个节能设备智能体的优先级指标；T₁为定义时间间隔。

对于不同的节能设备M_sj、M_rj内容不同，如在高压侧，第K个SVC智能体其初始状态M_ssvck和目标状态M_rsvck为：

$\left\{\begin{array}{c}{M}_{\mathrm{ssvck}}=\{Q_{\mathrm{ssvck}},V_{\mathrm{ssvck}},i_{\mathrm{ssvck}},N_{\mathrm{ssvck}},T_{\mathrm{svck}}\}\\ M_{\mathrm{rsvck}}=\{Q_{\mathrm{rsvck}},v_{\mathrm{rsvck}},I_{\mathrm{rsvck}},N_{\mathrm{rsvck}},T_{\mathrm{svck}}\}\end{array}\right.$

式中Q_svck为第K个SVC设备补偿无功；V_svck为第K个SVC设备节点电压；i_svck为第K个SVC设备输出电流；N_svck为第K个SVC设备优先级；T_svck为时间脉冲，

那么第K个SVC智能体结构属性为：S_hsvcj＝{g_hsvck，M_ssvck，M_rsvck，N_csvck，T_svck}；

第K个HAPF智能体其初始状态M_sHAPFk和目标状态M_rHAPFk为：

$\left\{\begin{array}{c}{M}_{\mathrm{sHAPFk}}={\{I}_{\mathrm{sHAPFk}},V_{\mathrm{sHAPFk}},i_{\mathrm{sHAPFk}},N_{\mathrm{sHAPFk}},T_{\mathrm{HAPFk}}\}\\ M_{\mathrm{rHAPFk}}={\{I}_{\mathrm{rHAPFk}},V_{\mathrm{rHAPFk}},i_{\mathrm{rHAPFk}},N_{\mathrm{rHAPFk}},T_{\mathrm{HAPFk}}\}\end{array}\right.$

式中I_HAPFk为第K个HAPF设备补偿谐波电流；V_HPAFk为第K个HAPF设备节点电压；i_HAPFk为第K个HAPF设备输出电流；N_HAPFk为第K个HAPF设备优先级；T_HAPFk为时间脉冲，

那么第K个HAPF智能体结构属性为：

S_hHAPFk＝{g_hHAPFk，M_sHAPFk，M_rHAPFk，N_cHAPFk，T_HPAFk}；

在低压侧，第K个IVC智能体其初始状态M_sIVCk和目标状态M_rIVCk为：

$\left\{\begin{array}{c}{M}_{\mathrm{sIVCk}}={\{Q}_{\mathrm{sIVCk}},V_{\mathrm{sIVCk}},i_{\mathrm{sIVCk}},N_{\mathrm{sIVCk}},T_{\mathrm{IVCk}}\}\\ M_{\mathrm{rIVCk}}={\{Q}_{\mathrm{rIVCk}},V_{\mathrm{rIVCk}},i_{\mathrm{rIVCk}}{N}_{\mathrm{rIVCk}},T_{\mathrm{IVCk}}\}\end{array}\right.$

式中Q_IVCk为第K个IVC设备补偿无功；V_IVCk为第K个IVC设备节点电压；i_IVCk为第K个IVC设备输出电流；N_IVCk为第K个IVC设备优先级；T_IVCk为时间脉冲；

那么第K个IVC智能体结构属性为：S_hIVCk＝{g_hIVCk，M_sIVCk，Mr_IVCk，N_cIVCk，T_IVCk}；

第K个DSTATCOM智能体其初始状态M_sDCOMk和目标状态M_rDCOMk为：

$\left\{\begin{array}{c}{M}_{\mathrm{sDCOMk}}=\{I_{\mathrm{sDCOMk}},V_{\mathrm{sDCOMk}},i_{\mathrm{sDCOMk}},N_{\mathrm{sDCOMk}},T_{\mathrm{DCOMk}}\}\\ M_{\mathrm{rDCOMk}}=\{I_{\mathrm{rDCOMk}},V_{\mathrm{rDCOMK}},i_{\mathrm{rDCOMk}},N_{\mathrm{rDCOMk}},T_{\mathrm{DCOMk}}\}\end{array}\right.$

式中I_DCOMk为第K个DSTATCOM设备补偿无功；V_DCOMk为第K个DSTATCOM设备节点电压；i_DCOMk为第K个DSTATCOM设备输出电流；N_DCOMk为第K个DSTATCOM设备优先级；T_DCOMk为时间脉冲，

那么第K个DSTATCOM智能体结构属性为：

S_hDCOMk＝{g_hDCOMk，M_sDCOMk，M_rDCOMk，N_cDCOMk，T_DCOMk}；

在节能设备智能体基础上，构建的高压/低压多智能体系结构为：

HV/LVMS_h＝{S_h1，S_h2，...S_hj，N，T}

式中S_h1...S_hj为图1中高/低压侧各个节能设备智能体；N为各个智能体的优先级信息表；T为时间脉冲。在实例中可具体表示为：S_hk＝{S_hsvck，S_hAPFk，S_hIVCk，S_hDCOMk}，N＝{N₁，N₂，…，N_j}，Nk＝{N_svck，N_HAPFk，N_IVCk，N_DCOMk}，T＝{T₁，T₂，…，T_j}，T_k＝{T_svck，T_HPAFk，T_IVCk，T_DCOMk}。

上述各个智能体之间通信协议采用监听-广播的方式，某个智能体监听到请求，与自己属性比较看是否一致，一致则给以回答，否则不加以处理。

如图2所示，是基于多智能体的配电网节能降耗综合管理系统的管理方法流程图。通过任务协调与分解智能体，实现各个节能设备智能体之间的交互和协作，减小节能设备之间的相互影响。结合图2具体实施步骤如下：

1、高压/低压多智能体分析复杂任务的基本结构，根据各个节能设备智能体的结构属性S_Sh，确定其目标状态M_rh。

2、根据实时采集的数据更新各个节能设备智能体的当前状态M_sh。

3、进行当前状态M_sh与目标状态M_rh的比较，将比较结果向高压/低压多智能体HV/LVM_Sh报告。

4、高压/低压多智能体HV/LVM_Sh汇总所有信息，是其单独完成或根据对其它节能设备智能体的需求度请求协助完成相关任务，并根据优先级别N确定哪些节能设备智能体参与任务，根据时间脉冲T确实节能设备什么时候响应任务。

如图3所示，是节能设备智能体推理机制结构图。节能设备智能体(如第K个IVC智能体S_hIVCk)接收到操作任务后，经过问题分析器把某一个节能设备(如IVC)总的调节力度(IVC无功补偿容量)分成若干能体现调节力度的具体调节量(如无功功率补偿量Q_rIVCk)。依据知识库已有的经验规则，通过预测推理机制得出调节量最小具体值，并预测下次调节值，依此作为调节速度的依据，从而使节能设备的调节力度最佳。

综上所述，本发明的具体实施过程如下：管理层依据整个配电网节能降耗的目标，生成与静止无功补偿器(SVC)，大功率混合型有源滤波器(HAPF)和户内外智能无功补偿器(IVC)、静止同步补偿器(DSTATCOM)等节能设备相关的任务，根据采集智能体采集的实时信息更新节能设备智能体的当前状态，并和目标状态相比较，把比较信息汇总形成数据信息包，向高压/低压多智能体汇报，由任务分解智能体判断任务是单一任务还是多目标任务，其中单一任务由某个节能设备单独完成，而多目标任务经过任务协调智能体处理后决定需要哪几个节能设备参与此多目标任务和每个节能设备所需的调节量；节能设备智能体接收到操作任务后，把某个节能设备总的调节力度分成若干能体现调节力度的调节量，依据经验规则，通过预测推理机制得出调节量最小具体值，并预测下次调节值，依此作为调节速度的依据，从而使节能设备的调节力度最佳。

Claims (4)

1.一种基于多智能体的配电网节能降耗综合管理系统，其特征在于，包括高压侧、低压侧两级多智能体和管理层，其中高压侧多智能体包括分别与静止无功补偿器、大功率混合型有源滤波器、负荷、采集设备、变压器、保护设备双向连接的静止无功补偿器SVC智能体，大功率混合型有源滤波器HAPF智能体，负荷智能体，采集智能体，变压器智能体，保护智能体，其中静止无功补偿器SVC智能体和大功率混合型有源滤波器HAPF智能体是节能设备智能体；低压侧多智能体范围包括分别与户内外智能无功补偿器IVC、静止同步补偿器DSTATCOM、负荷、采集设备、变压器和保护设备双向连接的IVC智能体、DSTATCOM智能体、负荷智能体、采集智能体、变压器智能体和保护智能体，其中户内外智能无功补偿器IVC和静止同步补偿器DSTATCOM是节能设备智能体；其中管理层由配电网谐波实时监控分析系统、配电网无功优化系统、配电网负荷建模支持系统、配电网配电费用分配与线损管理系统、配电网综合自动化系统五大信息平台组成；高压侧多智能体与任务协调智能体双向连接，且任务协调智能体与任务分解智能体双向连接，从而，高压侧多智能体通过任务协调智能体和任务分解智能体与管理层连接，低压侧多智能体也通过任务协调智能体和任务分解智能体与管理层连接，实现了高低压侧多智能体的交互和协作。

2.根据权利要求1所述基于多智能体的配电网节能降耗综合管理系统，其特征在于，所述节能设备智能体的结构属性是：S_hj＝{g_hj，M_sj，M_rj，N_cj，T₁}；式中g_hj为第j个节能设备智能体对其它节能设备智能体的信念度；M_sj为第j个节能设备智能体的初始状态；M_rj为第j个节能设备智能体的目标状态；N_cj为第j个节能设备智能体的优先级指标；T₁为定义时间间隔；

在节能设备智能体基础上，构建的高压/低压多智能体系结构为：

HV/LVM_sh＝{S_h1，S_h2，...S_hj，N，T}

式中S_h1...S_hj为各个节能设备智能体；N为各个智能体的优先级信息表；T为时间脉冲。

3.根据权利要求2所述基于多智能体的配电网节能降耗综合管理系统，其特征在于，所述节能设备智能体是指SVC智能体时，其结构属性中初始状态和目标状态参数M_sj、M_rj分别表示为M_ssvck和Mr_svck：

$\left\{\begin{array}{c}{M}_{\mathrm{ssvck}}=\{Q_{\mathrm{ssvck}},V_{\mathrm{ssvck}},i_{\mathrm{ssvck}},N_{\mathrm{ssvck}},T_2\}\\ M_{\mathrm{rsvck}}=\{Q_{\mathrm{rsvck}},V_{\mathrm{rsvck}},i_{\mathrm{rsvck}},N_{\mathrm{rsvck}},T_2\}\end{array}\right.$

式中Q_svck为第K个节能设备补偿的无功；V_svck为第K个节能设备节点电压；i_svck为第K个节能设备输出电流；N_svck为第K个节能设备优先级；T₂为时间脉冲。

4.一种如权利要求1所述基于多智能体的配电网节能降耗综合管理系统的管理方法，其特征在于，通过任务协调与任务分解智能体，实现各个节能设备智能体之间的交互和协作，减小节能设备之间的相互影响，其实施步骤如下：

1)、高压/低压多智能体分析复杂任务的基本结构，根据各个节能设备智能体的结构属性，确定其目标状态；

2)、根据实时采集的数据更新各个节能设备智能体的当前状态；

3)、进行当前状态与目标状态的比较，将比较结果向高压/低压多智能体报告；

4)、高压/低压多智能体汇总所有信息，决定是其单独完成或根据对其它节能设备智能体的需求度请求协助完成相关任务，并根据优先级别确定哪些节能设备智能体参与任务，根据时间脉冲确实节能设备什么时候响应任务。

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