CBR和Multi-Agent在电力系统安全控制中的应用

王明俊

（中国电力科学研究院,北京100085）
APPLICATIONOFCASEBASEDREASONINGANDMULTI-AGENTIN
POWERSYSTEMSECURITYCONTROL

WANGMing-jun

（ChinaElectricPowerResearchInstitute，Beijing100085，China）
　　ABSTRACT:Inordertoacceptthechallengefromthechangeableanduncertainenvironmentcausedbyderegulationofpowersystem,basedontheanalysisondevelopmentofpowersystemdispatchingfromautomationtoinformatizationthedistributedproblemsolving(DPS)forpowersystemsecuritycontrolwiththeaidofCBRandMulti-Agenttechnologyispresentedanddiscussed.
　　KEYWORDS:Powersystemsecuritycontrol；Casebasedreasoning(CBR)；Multiple-agent；Distributedproblemsolving(DPS)
　　摘　要：为了适应市场环境多变和不确定因素增给电网安全控制带来的挑战，作者在分析电网调度自动化向信息化方向发展的基础上，就采用CBR（实例推理）和Multi-Agent（多智能主体）技术辅助调度员解决电网安全控制问题进行了介绍和讨论。
　　关键词：电网安全控制；实例推理；多智能主体（Multi-Agent的中文译名众多，此文中只用原文）；分布式问题求解

1市场环境下电网安全控制面临的挑战
　　为保证电力系统的安全运行，传统的调度控制中心采取并发展了一系列安全措施。如制订电网安全运行导则、安装SCADA/EMS/DTS、气象/水情预报、雷电观测和“事先整定，实时动作”的稳定补救装置，EMS应用软件从静态安全分析、安全对策发展到动态安全分析、在线稳定和恢复控制等。调度员面对的各种终端和需要处理的信息越来越多，尤其是在处于争分夺秒的紧急状态和恢复状态时，要执行的任务将变得更为繁重。
　　电力市场的开展为电网运行增加了一些变数，市场环境下对电力系统安全控制所带来的影响至少表现在以下几方面：一是最大限度开展的市场交易可能使安全裕度缩小到极限；二是所需联系单位和交换信息大大超出传统的控制中心范围；三是能量管理系统必须要考虑众多市场参与方（监管机构、能量市场、独立发电、大用户、售电服务等）正在开始产生重要的作用和影响。
　　总之，垄断经营时期调度员所面对的是数据和算法都比较准确的电力系统，而电力市场环境下除安全裕度缩小外，还增加了一些市场带来的多变和不确定因素。
　　此外，受到近年来美加和意大利新近发生的两次大停电、以及国际上先后发生的地铁火灾、SARS、反恐等事件影响，市场环境下电力系统的安全问题益发引起各方关注。已有文献[1]根据历次大停电的70与继电保护有关而提出了新的保护终端设计，包括和EMS建立联系，调度员可对保护终端进行监视、维护、更新和参数设定等以适应环境多变的特点。
　　本文在分析电网调度自动化向信息化方向发展的基础上，对以领域专家为主导、采用当代实例推理（CaseBasedReasoning，CBR）和多智能主体（Multi-Agent）的知识管理系统以辅助调度员解决电网运行的安全控制问题进行介绍和讨论。

2传统调度运行管理的应对措施
　　电力系统的安全控制包括正常状态下的预防性控制、紧急状态下的紧急控制和恢复状态下的恢复控制。
　　（1）预防性控制。当电力系统由于网络拓扑结构的变化、过负荷、或发生简单故障而导致运行状态接近正常极限时，通过调整保持电力系统在正常状态的可靠范围内运行。电力系统正常运行时，周期性地进行事故预想的安全分析（包括动态安全分析），发现问题，执行安全对策。通常，此任务主要由含有应用软件的SCADA/EMS完成。
　　（2）紧急控制。一旦由于严重故障使电力系统进入紧急状态时，紧急控制的任务在于力使电力系统回到正常状态，或避免使该故障发展为大面积停电。传统上，此任务主要由“事先整定、实时动作”的继电保护和自动装置来完成。某些时候，也可由调度员根据“电网运行规程”和其自身的经验（包括历史事件和DTS案例所提供的知识），在SCADA和报警信息的帮助下采取相应的操作来完成。
　　（3）恢复控制。当系统经崩溃、解列而进入恢复状态时，有的地区尚能维持正常运行，而有的地区却已停电。此时，如何尽快地使整个系统再同步和恢复供电，就是恢复控制的主要任务。传统上，此任务是由调度员根据“电网运行规程”及其经验（包括历史事件和DTS案例所提供的知识），在SCADA的帮助下完成。
　　综上所述，有关电网调度运行的信息计有：电力系统的模型信息、SCADA和其他自动化装置的实时信息、EMS应用软件的智能信息、调度员经验的专家信息、历史事件（含DTS案例）的实例信息和“调度规程”等的文档信息。
　　从信息和知识的分类来看，其中既包括实时信息和管理信息，也包括过程型知识（数据和算法都准确的应用程序）和描述（判断/事实）型知识（继电保护、稳定装置、专家经验、规程文档等）。这些信息和知识的归纳、协调和使用，都由调度员统一处理。

320世纪90年代初期PG&E投入的综合支持系统
　　随着电网扩大以及自动化系统和设备的增多，出现数据的离散、冗余和不一致，增加了调度员统一处理的难度。如何把这些有关电网运行的各类信息和知识组成一个规范统一、界面友好、使用方便的综合支持系统，并为有关部门所共享，这就提出了一个信息化的问题。90年代初期美国PG&E太平洋煤气电力公司投入的综合支持系统ISS，就是从自动化走向信息化的一个早期例子^[2]。
　　当年的PG&E拥有160个火电、核电、水电和地热发电厂（另有240个非电力部门发电厂）以及电压等级分别为500kV、230kV、115kV的输电系统，最大负荷为20GW。电网安全控制所采取的措施有：SCADA/AGC/EMS每2~10s监视14000个数据、遥控遥调、维持频率（AGC每4s启动一次）、降低成本以及各种EMS/交易应用软件；安全补救系统300ms内断开特定发电机、负荷和联络线，避免电网失控崩溃；雷电观测系统用于实时运行、运行规划和输电系统升级；水火优化平台制定下周每小时发电计划（100000个变量和600000个约束条件）；运行规划平台验证下周至年内潜在的运行问题及其解决措施，如制定运行规程等；此外，还装有DTS用以培训人员，以及维护检修平台、发电规划平台等。
　　如图1所示，1991年PG&E在这些不同硬件平台、不同数据库、不同用户界面和不同通信协议的各种自动化系统和装置之上，建立了一个称之为拱顶（Overarching）的界面统一、信息共享的电网运行综合支持系统（IntegratedSupportSystem，ISS）。　　ISS投运以后，在提高电网运行的调度效率和管理水平、融洽各部门之间的工作关系、利于人员培训、改善用户关系等方面取得了明显的效果。1991年OaklandHills大火灾难期间，该系统监视整个电网的恢复过程、为决策尽量减少对用户的影响作出了贡献。
　　显然，早期的电网运行支持系统，主要反映实时调度和运行管理的信息化，尚未进入包括规程文档和专家经验在内的决策支持范畴。

4基于CBR的电网运行决策支持系统
4.1关于CBR
　　实例推理（CBR）是在一阶谓词逻辑、生产式规则、语义网络和框架等经典知识表示的基础上发展起来的一个新型专家系统，第一届CBR国际会议于1995年10月在葡萄牙召开。
　　为了将专家经验、规程文档之类的描述型知识纳入电网运行的决策支持，20世纪90年代中、后期我国两个区域电网就曾规划采用基于CBR的电网运行决策支持系统，来辅助调度员在分秒必争的紧急和恢复状态下解决电网运行的安全控制问题，笔者有幸参与了上述工作。
　　传统的专家系统采用一般的规则去描述问题，而通过模拟专家推理的过程来解决问题。但近年来，越来越发现专家的特长并不完全是这样。他们在解决一个新的问题时，往往是通过回忆以前类似的问题，来找到解决问题的办法。CBR特别适合于那些很难找到相应规则和算法，而正确解决问题的实例（CASE）却较容易获得的场合。
　　随着多种类型的CASE如在线文档、数据库记录、各种应用软件API接口的解决，CASE的概念已升华为来自不同渠道、解决问题的“知识”。而具有统一“输入接口”和“用户界面”规范的CBR则有管理所有知识的“知识”、或管理所有专家的“专家”之称。
　　CBR的核心问题是CASE的格式和建库以及CASE的搜索和推理。
　　（1）CASE的格式和建库
　　CASE的格式如图2所示。　　CASE包括容易找到它的索引信息、和找到后有助于用户的决策支持信息。
　　决策支持信息可以采用若干形式，如简单地只包含一个供用户阅读的文本，也可能包含一张多种解决方案的列表，或为了确定问题所列出的一个程序，还可能是一个与某个外部程序或文件相连的行动对策，诸如连接到一个在线文档、或一个采用多媒体的注解。此外，它可能与另外一个CASE库相连以进行进一步探索。
　　可用于培训、决策支持、和决策自动化多种目的的CASE库，既可以是“以往解决问题的办法”，也可从现有的数据库中通过将其数据域映射到实例的特性上来得到，或是从诸如“帮助”、“技术说明”、“应用软件和系统”等在线文件库中自动生成。
　　通常带有诊断和问题解[1][2][3]下一页