面向服务的智能电网调度控制系统架构方案

姜超

（国电南瑞科技股份有限公司 江苏省南京市 211106）

1 引言

电网的有效调控可以保证人民用电安全和电网安全，是未来智能电网的发展需求。目前世界各国大多数采用的是运行比较复杂的交直流混联的电网系统。随着新能源的快速发展，产生了很多稳定且大容量的可再生能源产生电源的新途径，这些新能源电源并联进入目前的电网系统，给电网电源的输入带来了不确定性，使电网的稳定性变差。因此，要建立起电网的智能分析和有效调控，了解电网自动化的预警系统，自愈功能，提高电网的资源配置，提高电网设备的利用率，以更好地维持电网的安全管理，保证电力系统可以安全运行。

虽然随着技术的发展，开发出了很多新的系统对电网进行监控和调试，但是目前使用最多最广泛的仍然是数据采集与监控系统，即SCADA 系统。这个系统的优势在于调度中心可以与变电站之间实现实时的通信，保证了纵向信息的传递，可以方便统一的对电网系统进行部署和调控，但缺点在于各个变电站之间是沟通盲点，没有设置专门的沟通渠道，因此阻碍了同级之间的信息传递，横向信息传递受阻将会影响广域的故障诊断和检修，不利于未来智能电网的发展和调度需求。

目前，针对电网电力调度的研究主要集中在两个方向，第一个方向是理论研究，研究电网未来发展的方向；第二个方向是实用性研究，研究一体化和智能化调度系统中的关键问题。电网是最复杂的系统之一，管理的难点之一在于电网是一个刚性系统，它完全依赖于实体控制电源的接入或退出以及电能量在各个实体之间的相互输运。电网的这个特点导致它不具备系统的自愈能力和自我恢复能力。未来电网的一个发展方向即增强电网的柔性，提高对电网的智能化管理和调控，这就需要自动化技术和信息技术的技术支持。国内外研究机构针对电网的智能化管理和调控开展了相关工作研究。

本文对智能电网调控系统架构提出了一种新的方案，即基于多Agent 的系统架构，通过研究Agent 技术、模型、设计出具有监听功能自适应特点的模型，应用在电网系统架构中，以解决现有的信息传输问题。

2 智能调度控制系统需求分析

我国电力系统不断发展，电力市场逐渐完善，预计到2020年，建设完成“五纵六横”的高压骨干网架。随着用户双向互动用电，区域电网的相互影响，电网的区域联系越来越紧密。但与此同时，电网的安全风险防控也存在一定问题。因此，在未来，电网的调度和控制要基于准确化的模型，对电网的安全性进行及时分析。未来，我国的清洁能源和可再生能源电力将成为电网的主要比例，因此，要发挥电网的大范围资源优化配置作用，制定短期的或实时的调度计划，满足全局发展。局部的电网由于可再生能源电网的并入很难通过协调常规机组实现功率的平衡，因此，要着眼于大局，以省为单位，进行统一集中的协调控制，最大限度地利用和优化资源，根据国家政策进行相适应的变动。总之，未来电网的智能调度控制应该在保持分层分区管理的基础上，加强机构的独立调度技术支持，需要全局统一，逻辑高度一体化的控制和决策，满足电网的安全可靠运行。

3 基于SOA的智能调度控制系统架构

面向服务架构即 Service Oriented Architecture，简称SOA，它既是一种体系又是一种思想。SOA 要求将现有的逻辑和功能单元拆解为更小的逻辑和功能单元。然后通过聚合技术，将小的逻辑和功能单元进行组合，组成业务单元，实现独立的服务，并通过标准化的技术，让服务实现共性，保持系统的一体化。SOA 系统中，业务存在两种形式，业务服务和业务流程。业务服务是相对独立存在的，它可以通过一个或多个分布式的系统实现。业务流程是各个业务服务的合集，包含多个业务服务。一个业务服务就是一个接口，有中立的独立于硬件操作平台、系统、语言的要求和法规。

SOA 体现了分解重组的思想，它将系统中的各个模块按照功能进行组合管理。以电力调度生产为例，该服务涉及多个部门，如省调中心、地调中心、各个变电站和工厂、各个地方单位及下属部门。这些部门都是服务的个体，且具有不同的分工，但是这些服务个体中的任何一个单元都不能提供完整的调度过程中的全部服务，即分布式的服务。在分布式的服务中，各个单元是相互独立但是又相互关联的，采用有中心或对等的方式实现服务。这两种服务方式都会产生服务问题，如有中心的服务方式，当访问量过大时，中心的成员组织具有较大的任务量，当中心组织成员发生故障时，整个系统将面临崩溃。对等的服务方式，不需要通过第三方即中心实现通信，对数据进行了保护，但在成员管理上存在一定问题。

SOA 对企业旧的软件体系重新进行整理和利用，并结合新的软件，建立了一套能够随着企业业务发展进行灵活变化的体系，满足电网“统一调度，分层管理”的管理需求。基于SOA 电力调度自动化系统以第三方的支持系统和企业服务总线(ESB)提供基本的计算环境，包括服务的运行、管理、保证系统的安全性。企业服务总线扮演的是服务中介的角色，使用者通过企业服务总线，进行服务访问，实现技术透明和位置透明。参与调度的各个单元要提前在服务中心进行注册，并制定个性化和虚拟化的业务服务，基于SOA的第三方支持系统要协调好各个单元之间的关系。

4 服务监听型自适应Agent模型

Agent 技术最早来源于分布式的人工智能，它实际上是一种计算机系统，具有自治性，社会性，反应性、能动性等特点。将Agent 技术应用在基于SOA 电力调度自动化系统结构中有利于该系统的实施。从Agent 的服务语言出发进行分析，用户使用Agent 语言询问信息，Agent 在得到信息后，按照之前设定的协议，对用户进行信息的反馈，通过Agent 管理，工作站可以获得最新的工作进展。除此之外，Agent 还具备自适应性，这在一定程度上弥补了传统调度系统的劣势。Agent 的自适应性过程可通过图1 表示。当有新的协议时，Agent 按照原有的协议规则库进行协议的对比和匹配，若匹配不成功而交互失败。为了保证成功率，Agent 具有适应新协议的能力。服务的请求者使用Agent 语言向服务的提供者提出服务请求，服务的提供者对服务请求者的身份进行确认，最终实现服务的确认。

为了更好地应对SOA 新需求，设计出服务监听型的自适应Agent 模块，首先，在原有的模块上，添加了新的服务发现单元，顾名思义，服务发现单元用于实现网络的监听，判断哪里需要服务。若发现用户具有服务需求，则要进一步的激活通信模块，实现与Agent 的通信。其次，在原有的模块上，增加了信息识别分发器的输出路径。当服务满足原有交互协议时，直接连接到输出任务生成器，回答用户的服务需求。当产生新的交互协议时，一部分进入知识库和推理机，进行响应和分析，再连接到输出任务生成器，回答用户的服务需求；一部分进入规则库后再进入推理机进行响应和分析，再连接到输出任务生成器，回答用户的服务需求。服务监听型的自适应Agent 模块有利于对服务者的需求进行识别，最大限度的提高了服务资源的利用率，提高了服务的响应程度。

5 基于多Agent的面向服务调度控制系统架构

上述提到的是单个Agent 单元，多个Agent 单元相互协作，各自发挥自己的职责和功能，或与其他Agent 单元实现互联进行通信，完成服务。在分布式的电网中，多Agent 单元可以更好地适应电网的自动化和控制系统。多Agent 单元由于具备自治性，可以广泛的应用于各式各样的企业服务总线和调度管理系统。

传统的多Agent 系统中，其交互对象是可预知的，是事前就预先设定好的对象，所以在面对一些不可控情况，如未在预设对象的情况时，会对信息的识别存在问题，这在很大程度上限制了多Agent 系统的扩展。而本文设计的多Agent 的面向服务调度控制系统架构具有服务监听功能，可以对未预设的对象也提供服务识别和监听，为用户的服务提供了保障和支持。从提出服务请求到服务订单的确认，一共需要经历8 个步骤，即提出服务请求，可用服务信息，服务请求，身份验证请求，查询交互协议，交互协议，信用信息，订单确认。共涉及4 个Agent，分别为企业内部和外部服务请求者Agent，企业内部和外部服务提供者Agent。

图1：Agent 自适应新协议过程

服务的请求者通过Agent 语言，提出服务，并发布到企业服务总线，企业服务总线确定该服务归属于哪一类的企业及业务服务，并激活相应企业或服务的注册，将符合请求者条件的服务发送给Agent。Agent 通过对比知识库，将信息传递给推理机，进行服务的合理编排，最后进入服务的输出，并将结果反馈给服务请求Agent。企业服务总线对服务请求协议进行判断，若是系统认可的协议，可直接提供相关服务。若是新协议，则需要进行进一步的身份验证。通过企业服务总线对身份进行验证，并查询交互协议，进行协议的配置，并将该信息发送给服务提供Agent。服务提供Agent 对信用进行核对和分析，符合约定服务要求的，进行服务的确认。

该结构的各个单元以Agent 的形式进行信息的传输，在第三方SOA 支持系统，Agent 系统，企业服务中心概念的支持下，完成服务的协作配合，最大限度地整合了现有的信息系统，有利于提高服务响应程度。

6 总结

本文对基于SOA 的智能调度控制系统架构，服务监听型自适应 Agent 模型，基于多Agent 的面向服务调度控制系统架构进行了设计和改进，该模型结合了SOA 系统的分解重组思想，将系统中的各个模块按照功能进行组合管理，也结合了Agent 模型的智能、独立、自制和自适应的特点，有利于实现更好地服务发现功能，和协作会话功能，提高电网的智能化调度管理。