CN112736916A - 船舶区域配电电力系统免疫多智能体智能自愈系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种船舶区域配电电力系统免疫多智能体智能自愈系统及方法；采用免疫多智能体智能决策和各个功能区域智能体自愈控制的纵向分层递阶横向协调的方法实施控制；分层递阶控制为：决策、协调、控制的形式。包括：免疫智能体自愈决策单元，用于监督决策与采集船舶区域配电电力系统运行数据；智能免疫自愈任务分配单元，用于接收所述免疫智能体自愈决策单元所生成的故障自愈策略；各多智能体控制单元，用于通过逻辑推理形成执行指令并将指令发送给执行层的各个智能执行单元；各个智能执行单元，对船舶区域配电电力系统的各个区域设备实施控制。以实现该系统故障的免疫智能自愈控制与长时间可靠运行，保障船舶安全航行。
Description
技术领域
本发明涉及船舶电力系统自动化领域，尤其涉及一种船舶区域配电电力系统免疫多智能体智能自愈系统及方法。
背景技术
国际上认为海上运输船舶与海军舰船电气化信息化是发展的必然趋势，船舶区域配电电力系统可对船舶各个功能区实施分区独立供电的系统，形成“发电机组、配电与变换、大功率推进电机”的电力推进动力系统，取代内燃机作为船舶主动力系统，产生了船舶推进系统的重大变革；船舶区域配电电力系统在提高船舶推进系统的功率密度、工作效率和灵活配置方面有明显的优势；可以提高有效载重空间、降低维护成本、提高机动性、减少结构噪音和污染；在船舶节能、减少排放与噪声方面比大功率内燃机推进系统更经济、更高效。船舶区域配电电力系统智能化是船舶电力系统重要的发展方向之一，结合智能电网技术的发展，运用智能自愈方法提高船舶电力系统的供电质量与可靠性非常值得推广。
现有海洋船舶电力系统主要依靠电站配电屏的船舶主开关及其保护装置的继电保护方法实施电力系统的故障保护，有些船舶区域配电电力系统虽然采用集中式继电保护方法实施故障保护，技术上属于传统继电保护类方法，船舶电力系统的自愈能力很弱；在船舶电力系统正常运行时可以维持船舶航行，一旦发生故障就不能精准隔离故障源，系统在发生大用电负荷故障时对船舶电力系统的冲击大，造成船舶全船跳电故障的概率大。随着船舶向大型化方向发展，例如豪华邮轮、军用航母等舰船的电力系统容量越来越大，非常需要一种基于计算机数据采集与运用智能电网技术的采用智能算法进行决策的安全运行保护系统来支持船舶电力系统运行。
现有船舶电力系统缺乏智能电网的属性与功能，对于故障的识别与处理能力弱，长久不间断供电能力较弱，故障时电力系统的自愈能力很弱；从而在大用电负荷发生过载故障、电网短路等故障时容易发生全船失电事故，船舶在海洋上长久的安全航行存在一定的隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种船舶区域配电电力系统免疫多智能体智能自愈系统及方法。通过船舶区域配电电力系统免疫多智能体的智能自愈方法，产生船舶区域配电电力系统对于故障的免疫力，实现船舶区域配电电力系统故障的免疫智能自愈控制与长时间安全可靠运行，保障船舶安全航行。
为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：
一种船舶区域配电电力系统免疫多智能体智能自愈系统，包括：采用免疫多智能体智能决策和各个功能区域智能体自愈控制的纵向分层递阶横向协调的方法实施控制；分层递阶控制过程为：决策、协调、控制、执行的逐层递阶控制过程，对船舶区域配电电力系统实施自愈控制；
免疫智能体自愈决策单元，用于监督决策与采集船舶区域配电电力系统运行数据，当船舶区域配电电力系统发生故障时，辨识出信号显示为异常的测点并读取其故障节点集，在识别出故障后，使用免疫推理分离故障源，运用免疫多智能体逻辑推理产生船舶区域配电电力系统故障自愈策略；
智能免疫自愈任务分配单元，用于接收所述免疫智能体自愈决策单元所生成的故障自愈策略，并根据故障识别结果，按故障与征兆的映射关系实施自愈策略分类，将分类后的控制任务分别分配给对应的智能体控制单元，
多智能体控制单元，用于通过逻辑推理形成执行指令并将执行指令发送给执行层的多个执行单元，同时按指令协调各个子系统之间的控制作用，
智能执行单元，用于实施指令的执行，通过所述执行指令对船舶区域配电电力系统运行的设备实施控制。
作为进一步的改进，所述多智能体控制单元包括：电能管理自愈控制智能体、并网自愈控制智能体、发电机组自愈控制智能体、应急与恢复自愈控制智能体、推进自愈控制智能体、区域协调自愈控制智能体中的一个控制单元或者多个控制单元。
作为进一步的改进，所述多智能体执行单元包括：功率均衡执行、主开关与保护执行、发电机组执行、应急与恢复执行、电力推进执行、通用电气装置执行中的一个单元或者多个单元。
作为进一步的改进，所述船舶区域配电电力系统包括：发电单元区域、电力推进单元区域、甲板电器区域、驾驶台电器区域、机舱电器区域、空调冷库电器区域、生活电器区域、娱乐电器区域中的一个或者多个。
此外，本发明还公开了一种船舶区域配电电力系统免疫多智能体智能自愈方法，所述方法包括步骤：
通过免疫智能体自愈决策单元监督决策与采集船舶区域配电电力系统运行数据，当船舶区域配电电力系统发生故障时，辨识出信号显示为异常的测点并读取其故障节点集，在识别出故障后，使用免疫推理分离故障源，运用免疫多智能体推理产生船舶区域配电电力系统故障自愈策略；并将所生成的故障自愈策略发送至智能免疫自愈任务分配单元；
通过所述智能免疫自愈任务分配单元接收所述免疫智能体自愈决策单元所生成的故障自愈策略，并根据故障识别结果，按故障与征兆的映射关系等实施自愈策略分类，将分类后的控制任务分别分配给对应的多智能体控制单元，
通过各个多智能体控制单元在逻辑推理下形成执行指令并将逻辑推理将执行指令发送给执行层的各个智能执行单元；
通过各个多智能体执行单元实施所述执行指令，以对船舶区域配电电力系统运行的各个区域设备进行控制。
相比于现有技术，本发明带来以下技术效果：
本发明的船舶区域配电电力系统免疫多智能体智能自愈系统及方法：
1.通过船舶区域配电电力系统免疫多智能体的智能自愈方法，产生船舶区域配电电力系统对于故障的免疫力，实现船舶区域配电电力系统的免疫智能自愈控制与长时间安全可靠运行，保障船舶安全航行。
2.当船舶区域配电电力系统出现故障时，系统采用纵向分层递阶横向协调的控制系统结构与方法，按免疫多智能体推理逻辑进行故障诊断与实施故障自愈控制，分离故障源，控制故障及其限制其扩大化，采取电力系统免疫的方法产生故障自愈，从而保证船舶区域配电电力系统的不发生跳电，尤其确保船舶电力推进的不间断供电，提高了船舶航行的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了一种船舶区域配电电力系统免疫多智能体智能自愈系统结构图；
图2示出了船舶区域配电电力系统的发电机组区域免疫多智能体智能协调控制方框图；
图3示出了一种船舶区域配电电力系统免疫多智能体智能自愈决策推理流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的单元或具有相同或类似功能的单元。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例
本实施例揭示了一种船舶区域配电电力系统免疫多智能体智能自愈系统与方法；系统自上而下按纵向分为决策层、协调层、控制层、执行层和船舶区域配电电力系统的分层递阶控制结构与方式；最上层决策层，免疫智能体自愈决策层智能水平最高，层次结构自下而上智能水平逐级提高；最低层的船舶区域配电电力系统是实际被控制与运行的对象，船舶区域配电电力系统的正常运行支持船舶的安全航行，最低层由于是实际运行的系统及其设备，电力系统的数据通过各种传感器进行采集，其数据精度是最高的，自上而下数据精度逐级递增。
系统通过船舶区域配电电力系统免疫多智能体的智能自愈方法，产生船舶区域配电电力系统对于故障的免疫力，实现船舶区域配电电力系统故障的免疫智能自愈控制与长时间安全可靠运行，保障船舶安全航行。
请参阅图1，一种船舶区域配电电力系统免疫多智能体智能自愈系统；包括：免疫智能体自愈决策OA 1，用于监督决策与采集船舶区域配电电力系统运行数据，当船舶区域配电电力系统发生故障时，辨识出信号显示为异常的测点并读取其故障节点集，在识别出故障后，使用免疫推理分离故障源，运用免疫多智能体推理产生船舶区域配电电力系统故障自愈策略；免疫智能体自愈任务分配DA 2，用于接收所述免疫智能体自愈决策OA 1所生成的故障自愈策略，并根据故障识别结果，将控制任务分别分配给对应的多智能体控制单元；多智能体控制单元，用于通过逻辑推理形成执行指令并将执行指令发送给执行层的各个智能执行单元；所述各个智能执行单元，用于通过所述执行指令对船舶区域配电电力系统运行的各个区域设备实施控制。
需要说明的是，多智能体控制单元包括：电能管理自愈控制智能体MA 3、并网自愈控制智能体DA 4、发电机组自愈控制智能体GA 5、应急与恢复自愈控制智能体EA 6、推进自愈控制智能体EPA 7、区域协调自愈控制智能体ZA 8中的一个单元或者多个单元。
各个智能执行单元包括：功率均衡执行MI 9、主开关与保护执行DI10、发电机组执行GI 11、应急与恢复执行EI 12、电力推进执行EPI 13、通用电气装置执行ZI 14中的一个单元或者多个单元。
船舶区域配电电力系统包括：发电区域1(GZ1)17、发电区域2(GZ2)18、发电区域3(GZ3)25、发电区域4(GZ4)26、电力推进区域1(EPZ1)15、电力推进区域2(EPZ2)16、驾驶台电器区域BZ19、机舱电器区域EZ 20、空调冷库电器区域ZA 21、生活电器区域LZ1 22、娱乐电器区域LZ2 23以及甲板电器区域1DZ1 27和甲板电器区域2 DZ2 24中的一个或者多个。
可以理解的是，免疫智能体自愈决策OA1，监督决策与采集完整的船舶区域配电电力系统的各种电气参数，对系统进行在线监视，通过与免疫智能体自愈任务分配DA2对话，运用免疫智能体智能算法进行船舶区域配电电力系统自愈决策，形成的故障自愈策略发送给免疫智能体自愈任务分配DA2实施分配；免疫智能体自愈任务分配DA2按分配原则将指令分别传输给各个智能体，包括分配给：电能管理自愈控制智能体MA 3、并网自愈控制智能体DA 4、发电机组自愈控制智能体GA 5、应急与恢复自愈控制智能体EA 6、推进自愈控制智能体EPA 7、区域协调自愈控制智能体ZA 8，实施各个子系统的智能自愈控制。电能管理自愈控制智能体MA 3、并网自愈控制智能体DA 4、发电机组自愈控制智能体GA 5、应急与恢复自愈控制智能体EA 6、推进自愈控制智能体EPA 7、区域协调自愈控制智能体ZA 8分别通过对应的执行单元功率均衡执行MI 9、主开关与保护执行DI 10、发电机组执行GI 11、应急与恢复执行EI 12、电力推进执行EPI 13、通用电气装置执行ZI 14实施自愈控制。功率均衡执行MI 9、主开关与保护执行DI 10、发电机组执行GI 11、应急与恢复执行EI 12、电力推进执行EPI 13、通用电气装置执行ZI 14对各自的控制对象发电区域(发电区域1(GZ1)17、发电区域2(GZ2)18、发电区域3(GZ3)25、发电区域4(GZ4)26)、用电设备区域(驾驶台电器区域BZ19、机舱电器区域EZ 20、空调冷库电器区域ZA 21、生活电器区域LZ1 22、娱乐电器区域LZ2 23以及甲板电器区域1DZ1 27和甲板电器区域2 DZ2 24)实施自愈控制；电力推进执行EPI 13对电力推进区域(电力推进区域1(EPZ1)15、电力推进区域2(EPZ2)16)实施自愈控制。图1中，自上而下，纵向按分层递阶，横向按互相协调原则进行，其中形成的发电机组子系统的闭环反馈控制原理结构如图2所示，其它子系统的控制根据不同的被控对象的特点实施闭环反馈控制，结构上有类似之处；整艘船舶的区域配电电力系统受到免疫智能体自愈决策OA 1的监视与故障自愈决策，通过船舶区域配电电力系统的数据采集通道28将数据采集到免疫智能体自愈决策OA 1，形成监督决策与数据采集闭环。
结合图2，船舶区域配电电力系统区域控制子系统之一的发电机组免疫多智能体协调控制过程为：采用多变量闭环反馈控制方式，由船舶发电机组自愈免疫智能体GA 34对船舶同步发电机组进行自愈控制；船舶发电机组自愈免疫智能体GA 34接收来自免疫智能体自愈决策OA 1的免疫智能体故障自愈策略，决策任务的分类由免疫智能体自愈任务分配DA 2完成，以调整船舶发电机组自愈免疫智能体GA 34的控制策略，选择性地实施重构、补偿、隔离或降级等手段对故障进行自愈控制，一部分通过油门执行器35控制柴油原动机36，对船舶发电机的轴输入功率进行控制，另一部分通过励磁机37，对船舶发电机的励磁电流进行控制；在船舶区域配电电力系统电力负荷的需求作用下，船舶同步发电机组的输出频率、电压、电流会有较大波动；通过转速检测反馈40、电压检测反馈43、电流检测反馈42完成控制子系统的信息反馈；由于船舶发电机实施相复励的发电机励磁方式，故需检测发电机的输出电压和电流两个量，并由矢量迭加计算41进行电压和电流的矢量迭加计算，再与给定量进行反馈比较；船舶发电机组子系统控制的目的是在正常工况下保持发电机输出频率与电压的稳定，在故障时，配合其他子系统控制，实施免疫智能体自愈决策OA 1及免疫智能体自愈任务分配DA 2的自愈决策控制；各个子系统之间的协调与自愈控制按免疫智能体自愈决策OA 1与免疫智能体自愈任务分配DA 2的指令及其智能体之间的协作进行。
结合图3，船舶区域配电电力系统免疫智能体智能自愈决策流程过程为：该决策由免疫智能体自愈决策OA 1(如图1和图2所示)实施，是系统自愈的关键，船舶区域配电电力系统免疫智能体自愈按该流程进行决策，其中包括整个系统及其每个子系统的故障识别与决策。决策逻辑推理进行过程为：程序进入逻辑推理入口后，运用船舶区域配电系统故障分类与识别51进行船舶区域配电电力系统的故障分类与识别，然后由按故障的征兆与原因的映射抽取船舶区域配电系统疫苗52进行故障疫苗抽取；前向逻辑推理中，进入计算映射关系下的抗体适应度53按免疫算法计算故障与征兆映射关系的免疫抗体适应度，由抗体促进与抑制54进行故障抗体促进与抑制作用，然后由自愈执行55实施故障自愈执行动作；经自愈状态判断56的船舶区域配电电力系统自愈状态判别，若可以完成自愈，即图3中判断为Y，则执行船舶区域配电电力系统故障自愈决策生成的方案，并将策略传输给免疫智能体自愈任务分配DA 2(如图1和图2所示)；若没有达到自愈，即图3中判断为N，进入反馈逻辑回路，进行故障变异识别61的变异判断，然后由按船舶区域配电系统故障分类形式接种疫苗60实施故障疫苗接种，由保留符合故障映射关系的识别逻辑和其他的进行种群更新59保留需要的故障与征兆的映射关系，进行船舶区域配电电力系统故障免疫种群更新，进行种群替代，再反馈到计算故障映射关系下的抗体适应度53，循环进行逻辑推理与判断，进行故障自愈执行动作，直至船舶区域配电电力系统达到给定的故障自愈状态。
本发明还提供一种船舶区域配电电力系统免疫多智能体智能自愈方法，所述方法包括步骤：
通过免疫智能体自愈决策单元监督决策与采集船舶区域配电电力系统运行数据，当船舶区域配电电力系统发生故障时，辨识出信号显示为异常的测点并读取其故障节点集，在识别出故障后，使用免疫推理分离故障源，运用免疫多智能体推理产生船舶区域配电电力系统故障自愈策略；并将所生成的故障自愈策略发送到智能免疫自愈任务分配单元；
通过所述智能免疫自愈任务分配单元接收所述免疫智能体自愈决策单元所生成的故障自愈策略，并根据故障识别结果，按故障与征兆的映射关系等实施自愈策略分类，将分类后的控制任务分别分配给对应的多智能体控制单元，
通过各个多智能体控制单元形成执行指令并将逻辑推理将执行指令发送给执行层的各个智能执行单元，同时按指令协调各个子系统之间的控制作用；
通过各个智能执行单元实施所述执行指令，以对船舶区域配电电力系统运行的各个区域设备进行控制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (5)
1.一种船舶区域配电电力系统免疫多智能体智能自愈系统，其特征在于，包括：采用免疫多智能体智能决策和各个功能区域智能体自愈控制的纵向分层递阶横向协调的方法实施控制；分层递阶控制过程为：决策、协调、控制、执行的逐层递阶的控制过程，对船舶区域配电电力系统实施自愈控制；
免疫智能体自愈决策单元，用于监督决策与采集船舶区域配电电力系统运行数据，当船舶区域配电电力系统发生故障时，辨识出信号显示为异常的测点并读取其故障节点集，在识别出故障后，使用免疫推理分离故障源，运用免疫多智能体逻辑推理产生船舶区域配电电力系统故障自愈策略；
智能免疫自愈任务分配单元，用于接收所述免疫智能体自愈决策单元所生成的故障自愈策略，并根据故障识别结果，按故障与征兆的映射关系实施自愈策略分类，将分类后的控制任务分别分配给对应的智能体控制单元；
多智能体控制单元，用于通过逻辑推理形成执行指令并将执行指令发送给执行层的各个执行单元，同时按指令协调各个子系统之间的控制作用；
多智能体执行单元，用于实施指令的执行，通过所述执行指令对船舶区域配电电力系统运行的设备实施控制。
2.根据权利要求1所述的船舶区域配电电力系统免疫多智能体智能自愈系统，其特征在于，所述多智能体控制单元包括：电能管理自愈控制智能体、并网自愈控制智能体、发电机组自愈控制智能体、应急与恢复自愈控制智能体、推进自愈控制智能体、区域协调自愈控制智能体中的一个控制单元或者多个控制单元。
3.根据权利要求1或2所述的船舶区域配电电力系统免疫多智能体智能自愈系统，其特征在于，所述多智能体执行单元包括：功率均衡执行、主开关与保护执行、发电机组执行、电力推进执行、通用电气装置执行中的一个单元或者多个单元。
4.根据权利要求1或2或3所述的船舶区域配电电力系统免疫多智能体智能自愈系统，其特征在于，所述船舶区域配电电力系统包括：发电单元区域、电力推进单元区域、甲板电器区域、驾驶台电器区域、机舱电器区域、空调冷库电器区域、生活电器区域、娱乐电器区域中的一个或者多个。
5.一种船舶区域配电电力系统免疫多智能体智能自愈方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
通过免疫智能体自愈决策单元监督决策与采集船舶区域配电电力系统运行数据，当船舶区域配电电力系统发生故障时，辨识出信号显示为异常的测点并读取其故障节点集，在识别出故障后，使用免疫推理分离故障源，运用免疫多智能体推理产生船舶区域配电电力系统故障自愈策略；并将所生成的故障自愈策略发送至智能免疫自愈任务分配单元；
通过所述智能免疫自愈任务分配单元接收所述免疫智能体自愈决策单元所生成的故障自愈策略，并根据故障识别结果，按故障与征兆的映射关系等实施自愈策略分类，将分类后的控制任务分别分配给对应的多智能体控制单元，
通过所述多智能体控制单元在逻辑推理下形成执行指令，并将执行指令发送给执行层的各个执行单元；
通过所述智能执行单元实施所述执行指令，以对船舶区域配电电力系统运行的各个区域设备进行控制。
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