一種基于多智能體技術(shù)的船舶電力系統(tǒng)故障恢復(fù)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于多智能體技術(shù)的船舶電力系統(tǒng)故障恢復(fù)方法,其利用圖跡分析和多智能體技術(shù)設(shè)計(jì)船舶綜合電力系統(tǒng)故障恢復(fù)算法。采用圖跡分析方法建立船舶綜合電力系統(tǒng)圖模型,圖模型中的每個(gè)邊都與物理電力系統(tǒng)中的一個(gè)組件相對(duì)應(yīng),而每個(gè)主要組件都有各自的智能體,而采用組件跡來(lái)管理電力系統(tǒng)圖模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和遍歷其它組件智能體。在此基礎(chǔ)上,本發(fā)明以智能體所具有的信息交換、交互作用、合作、協(xié)調(diào)工作和通訊功能為基礎(chǔ),協(xié)作完成船舶電力系統(tǒng)故障恢復(fù)任務(wù)。本發(fā)明可以處理具有回路的電力系統(tǒng)及其負(fù)載具有多優(yōu)先級(jí)的故障恢復(fù)問(wèn)題,在保障高優(yōu)先級(jí)組件優(yōu)先恢復(fù)供電的前提下,盡可能多地恢復(fù)斷電組件的供電。
【專利說(shuō)明】一種基于多智能體技術(shù)的船舶電力系統(tǒng)故障恢復(fù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及船舶電力【技術(shù)領(lǐng)域】,具體是一種基于多智能體技術(shù)的船舶電力系統(tǒng)故障恢復(fù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]船舶所處環(huán)境惡劣,其電氣組件易受到惡劣環(huán)境條件影響而出現(xiàn)各種故障或非正常運(yùn)行狀態(tài),從而影響電力系統(tǒng)正常供電,許多重要的用電組件一旦失電將嚴(yán)重影響船舶的安全,因此,迫切需要解決電力組件故障后,失電負(fù)載的快速恢復(fù)供電問(wèn)題,以提高系統(tǒng)供電的可靠性和連續(xù)性。
[0003]船舶電力系統(tǒng)故障恢復(fù)基本要求是在滿足電力系統(tǒng)過(guò)壓、過(guò)流和開關(guān)操作次數(shù)等約束條件下,通過(guò)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)中分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)的組合狀態(tài)以改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),最大限度地恢復(fù)失電負(fù)載的供電,即電力系統(tǒng)故障恢復(fù)通常是通過(guò)電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)故障恢復(fù)重構(gòu)的概念來(lái)源于陸地電力系統(tǒng)的配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行,但由于船舶綜合電力系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)和任務(wù)的特殊性,其網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)與陸地電力系統(tǒng)有很大區(qū)別。陸地電力系統(tǒng)重構(gòu)的目標(biāo)多以考慮安全約束條件下的經(jīng)濟(jì)性為目的,而綜合電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)關(guān)注的問(wèn)題是如何合理有效地調(diào)度系統(tǒng)能源、保障重要負(fù)荷的供電連續(xù)性從而提高船舶的生命力,因此,許多針對(duì)陸地電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和故障恢復(fù)方法不適用于船舶電力系統(tǒng)。
[0004]目前的船舶電力系統(tǒng)故障恢復(fù)方案都存在一定問(wèn)題,例如有些設(shè)計(jì)方案對(duì)電網(wǎng)負(fù)載的優(yōu)先級(jí)數(shù)做了限制,僅能將艦船負(fù)載的優(yōu)先級(jí)劃分為重要負(fù)載、次重要負(fù)載和非重要負(fù)載三級(jí),并禁止改變負(fù)載的優(yōu)先級(jí),這樣無(wú)法保證故障恢復(fù)的最優(yōu)性;又有許多方法需要使用矩陣或線性規(guī)劃來(lái)確定故障恢復(fù)方案,從而降低了對(duì)系統(tǒng)改變響應(yīng)的快速性;還有一些方法過(guò)度簡(jiǎn)化了電網(wǎng)數(shù)學(xué)模型,使電網(wǎng)的某些重要特性不能反映出來(lái),這必然降低故障恢復(fù)的性能;另外,許多設(shè)計(jì)方案將故障恢復(fù)問(wèn)題用數(shù)學(xué)模型來(lái)描述和表示,總是利用系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型來(lái)分析和研究故障恢復(fù)問(wèn)題,這樣僅能有效地解決輻射狀系統(tǒng)的故障恢復(fù)問(wèn)題,而回避了具有回路的系統(tǒng)故障恢復(fù)問(wèn)題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足,本發(fā)明提供一種基于多智能體技術(shù)的船舶電力系統(tǒng)故障恢復(fù)方法,可以處理具有回路的電力系統(tǒng)及其負(fù)載具有多優(yōu)先級(jí)的故障恢復(fù)問(wèn)題,在保障高優(yōu)先級(jí)組件優(yōu)先恢復(fù)供電的前提下,盡可能多地恢復(fù)斷電組件的供電。
[0006]一種基于多智能體技術(shù)的船舶電力系統(tǒng)故障恢復(fù)方法,采用圖跡分析方法建立船舶電力系統(tǒng)數(shù)字化模型,該數(shù)字化模型由分別對(duì)應(yīng)物理系統(tǒng)中的每一組件的組件智能體構(gòu)成,組件智能體內(nèi)存儲(chǔ)的鏈表可反映電力系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系,組件智能體完成對(duì)應(yīng)組件的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與控制,同時(shí)通過(guò)與其各恢復(fù)路徑上的組件智能體之間的通信,以了解其它組件狀態(tài)信息,另外,由一個(gè)中央控制智能體協(xié)調(diào)負(fù)載智能體的恢復(fù)次序,所述恢復(fù)方法包括如下步驟:[0007]步驟一、中央控制智能體接收到所有斷電負(fù)載智能體的恢復(fù)供電請(qǐng)求信息后,創(chuàng)建待恢復(fù)負(fù)載集;
[0008]步驟二、計(jì)算所有待恢復(fù)負(fù)載所需總功率,如果系統(tǒng)當(dāng)前可用功率小于所需總功率,依據(jù)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行效率的約束條件啟動(dòng)相應(yīng)備用電源;
[0009]步驟三、選擇負(fù)載集中優(yōu)先級(jí)最高的負(fù)載,從該最高優(yōu)先級(jí)負(fù)載開始進(jìn)行恢復(fù);一次僅恢復(fù)一個(gè)負(fù)載的供電,然后按負(fù)載優(yōu)先級(jí)遞降次序恢復(fù)負(fù)載供電;
[0010]步驟四、根據(jù)船舶電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮攸c(diǎn)和FIPA合同網(wǎng)協(xié)議,所選待恢復(fù)負(fù)載的組件智能體,即發(fā)起者智能體,向其各恢復(fù)路徑跡上的組件智能體發(fā)出恢復(fù)供電提議消息,消息中包括需要完成的任務(wù)、承擔(dān)任務(wù)應(yīng)具備的條件;
[0011]步驟五、各恢復(fù)路徑跡上的組件智能體,即響應(yīng)者智能體,接到所述恢復(fù)供電提議消息后,計(jì)算恢復(fù)路徑跡上響應(yīng)組件的可用功率,如果響應(yīng)組件為失效狀態(tài),或其無(wú)可用功率,或?yàn)樨?fù)載組件,則響應(yīng)者智能體直接回復(fù)拒絕消息來(lái)拒絕該提議,則該響應(yīng)組件所在的路徑跡不能作為恢復(fù)路徑;如果各響應(yīng)組件可以提供或通過(guò)全部或部分所需功率,則響應(yīng)者智能體向發(fā)起者智能體回復(fù)協(xié)議消息,在回復(fù)的協(xié)議消息中包括所能承擔(dān)的功率;
[0012]步驟六、到規(guī)定時(shí)間或收到所有回復(fù)的協(xié)議消息后,待恢復(fù)組件智能體利用模板匹配方法,依照各條恢復(fù)路徑跡中的組件次序,對(duì)接收到的各回復(fù)消息依次進(jìn)行檢查,然后對(duì)各恢復(fù)路徑進(jìn)行評(píng)估,根據(jù)開關(guān)操作次數(shù)最少原則,最終選擇一條或幾條路徑作為恢復(fù)路徑;
[0013]步驟七、發(fā)起者智能體向所選擇恢復(fù)路徑上的組件智能體,按照由遠(yuǎn)到近的次序,發(fā)送接受協(xié)議消息,所選組件智能體完成委托的任務(wù)后給發(fā)起者智能體發(fā)送提示消息;
[0014]步驟八、當(dāng)該負(fù)載供電恢復(fù)后,檢查相關(guān)組件的約束條件是否滿足,如果滿足約束條件,執(zhí)行步驟十;如果不滿足約束條件,則執(zhí)行步驟九;
[0015]步驟九、從受影響的最低優(yōu)先級(jí)和最小功率負(fù)載開始,執(zhí)行分級(jí)卸載,一次僅卸載一個(gè)負(fù)載,直到所有約束條件滿足為止;
[0016]步驟十、該負(fù)載智能體向中央控制智能體發(fā)送提示消息,表明該負(fù)載已恢復(fù)供電,則中央控制智能體從未恢復(fù)供電負(fù)載集刪除該負(fù)載,然后返回步驟三。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:在這種分析模式下,分工不同的研究人員可以共用一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)模型,即圖跡分析模型(包括圖形化和數(shù)字兩種模型),進(jìn)行規(guī)劃,設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)操作和保護(hù)等方面的研究,這樣可以縮短開發(fā)周期,減少建模成本和維護(hù)成本。
[0018]由于圖跡分析數(shù)字化模型的工作方式與實(shí)際物理系統(tǒng)的工作方式非常相似,即圖跡分析數(shù)字化模型可以模擬實(shí)際物理系統(tǒng)的工作方式和工作過(guò)程。本故障恢復(fù)系統(tǒng)是由多個(gè)智能體相互通訊、彼此協(xié)調(diào),共同完成作業(yè)任務(wù)的系統(tǒng),它不僅具備一般分布式系統(tǒng)所具有的資源共享、易于擴(kuò)張、可靠性強(qiáng)、靈活性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn),而且各智能體能夠通過(guò)相互協(xié)調(diào)解決大規(guī)模的復(fù)雜問(wèn)題,使系統(tǒng)具有很強(qiáng)的魯棒性、可靠性和自組織能力。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是船舶電力系統(tǒng)的MAS結(jié)構(gòu)示意圖;
[0020]圖2是區(qū)域配電模式的船舶綜合電力系統(tǒng)簡(jiǎn)化模型圖;
[0021]圖3是船舶綜合電力系統(tǒng)GTA模型圖;[0022]圖4是prepareResponce O的方法工作流程圖;
[0023]圖5是算例I負(fù)載發(fā)生故障后的GTA模型圖;
[0024]圖6是算例I負(fù)載恢復(fù)供電后的GTA模型圖;
[0025]圖7是算例2負(fù)載發(fā)生故障后的GTA模型圖;
[0026]圖8是算例2負(fù)載恢復(fù)供電后的GTA模型圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面將結(jié)合本發(fā)明中的附圖,對(duì)本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0028]請(qǐng)參考圖1,多智能體系統(tǒng)(Mult1-Agent System, MAS)是由多個(gè)可執(zhí)行并行計(jì)算的智能體(Agent)組成的集合。通常每個(gè)智能體被認(rèn)為是一個(gè)物理的或者抽象的實(shí)體,各個(gè)智能體是獨(dú)立自主的,能作用于自身和環(huán)境,能對(duì)環(huán)境變化做出反應(yīng),更為重要的是它能夠與其它智能體通信、交互,彼此協(xié)同工作,完成共同的任務(wù)。
[0029]基于多智能體的船舶電力故障恢復(fù)系統(tǒng)可分為二層:電力系統(tǒng)物理層和與物理層相對(duì)應(yīng)的MAS層。每個(gè)智能體可以監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)組件的狀態(tài)信息,并控制其動(dòng)作。智能體與智能體之間不但可以交換信息,而且還會(huì)根據(jù)協(xié)議實(shí)施社會(huì)行為,如合作、商議、調(diào)和的行為,如圖1所示,其中中央控制智能體CC智能體對(duì)各智能體的請(qǐng)求起協(xié)調(diào)作用。
[0030]本系統(tǒng)選擇JADE (Java智能體Development Framework)作為多智能體開發(fā)工具和平臺(tái)。JADE完全是通過(guò)java語(yǔ)言實(shí)現(xiàn),并符合FIPA多智能體標(biāo)準(zhǔn),因采用一系列支持調(diào)試和發(fā)布的圖形工具而簡(jiǎn)化了多智能體系統(tǒng)的開發(fā)。每一個(gè)JADE的運(yùn)行環(huán)境實(shí)例叫做一個(gè)容器(Container),每個(gè)容器可以包含多個(gè)智能體。
[0031]FIPA(Foundation for Intelligent Physical 智能體 s)規(guī)定了一套標(biāo)準(zhǔn)交互協(xié)議,它們可以作為建立多智能體對(duì)話的標(biāo)準(zhǔn)模板。對(duì)于智能體s間的每次對(duì)話來(lái)說(shuō),JADE將雙方分為Initiator角色(發(fā)起者智能體)和Responder角色(響應(yīng)者智能體)。遵照大部分FIPA交互協(xié)議,JADE為對(duì)話中的這兩個(gè)角色提供了行為類。
[0032]一旦發(fā)起者到達(dá)交互協(xié)議的任何一個(gè)最終狀態(tài),所有發(fā)起者的行為終止,并被從智能體任務(wù)隊(duì)列中除去。為了無(wú)需重建新的對(duì)象就可以重新使用這些表示行為的Java對(duì)象,所有的發(fā)起者包括一些帶有恰當(dāng)參數(shù)的reset (重啟)方法,所有發(fā)起者行為在同一時(shí)間可以處理多個(gè)響應(yīng)者。所有的響應(yīng)者的行為是循環(huán)的,一旦它們到達(dá)交互協(xié)議的任何一個(gè)最終狀態(tài),就重新排序。
[0033]本發(fā)明采用圖跡分析(GTA, Graph Trace Analysis)方法建立船舶電力系統(tǒng)數(shù)字化模型,即圖跡分析數(shù)字化模型;在圖跡分析方法建立的電力系統(tǒng)數(shù)字化模型中,電力系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由智能體組成。物理系統(tǒng)中的每一主要組件對(duì)應(yīng)圖中的一個(gè)智能體,該智能體完成對(duì)應(yīng)組件的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與控制,同時(shí)與相鄰智能體之間按照一定的規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,以交換組件狀態(tài)信息。這樣在物理系統(tǒng)的組件與圖跡分析模型中的智能體之間建立了一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0034]為了表示電力系統(tǒng)中組件之間的拓?fù)潢P(guān)系,圖跡分析技術(shù)定義了五種迭代器:前向迭代器(F)、后向迭代器(B)、饋線路徑迭代器(FP)、兄弟迭代器(BR)、鄰迭代器(ADJ),它們分別從一個(gè)組件的智能體指向另一個(gè)組件的智能體;這樣反復(fù)使用同類型迭代器會(huì)產(chǎn)生組件的跟蹤集,即組件跡(Trace),也就是說(shuō),組件的每種跡表示跟蹤該組件的一種特定的組件序列,也是算法處理系統(tǒng)組件信息的次序,例如,組件P的五種跡
[0035]FTp=從組件P開始的前向跡組件序列
[0036]BTp=從組件P開始的后向跡組件序列
[0037]FPTp=從組件P開始的饋線路徑跡組件序列
[0038]BRTp=從組件P開始的兄弟跡組件序列
[0039]ADJp=從組件P開始的鄰跡組件序列
[0040]這樣根據(jù)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn),可以預(yù)定義每個(gè)組件的恢復(fù)路徑跡,并將其存儲(chǔ)在其對(duì)應(yīng)的智能體內(nèi)。另外,雖然電力系統(tǒng)中的某些組件可能有多個(gè)電源,但在GTA模型中,規(guī)定每個(gè)組件有且只有一個(gè)參考源。
[0041]最后,基于圖跡分析和多智能體技術(shù)設(shè)計(jì)船舶電力系統(tǒng)故障恢復(fù)算法,為了進(jìn)行電力系統(tǒng)故障恢復(fù)算法分析和設(shè)計(jì)的需要,每個(gè)組件C可用一個(gè)具有多個(gè)分量的組元(tuple)來(lái)表示,例如,一個(gè)組件C的組元可以定義為C= {p, type, Pri, Op, Pmax, VLmin, VLmax, P, V, Ic, Ap, Status, FT, BT, FPT, BRT, ADJ}
[0042]這里,p=組件的標(biāo)識(shí)符
[0043]type=組件類型{負(fù)載、電源、開關(guān)或母線}
[0044]Pri=組件的優(yōu)先級(jí)
[0045]Op=組件是否可以進(jìn)行“開” “關(guān)”操作-YES,NO
[0046]Pmax=組件的最大功率
[0047]VLmin, VLmax=組件的安全電壓限;
[0048]P=組件的功率,f ( Pmax,其可通過(guò)計(jì)算或測(cè)量獲得;
[0049]V=組件的電壓(可通過(guò)計(jì)算或測(cè)量獲得),VLmax≥V≥VLmin ;
[0050]Ic=組件的電流(可通過(guò)計(jì)算或測(cè)量獲得);
[0051]Ap=可用功率
[0052]Status=組件狀況:0N, OFF, Failed (開,關(guān),失效)
[0053]FT, BT, FPT, BRT, ADJ=分別為與C相關(guān)的前向跡、后向跡、饋線路徑跡、兄弟跡、鄰跡組件,值為0,表明所指向的組件跡不存在。
[0054]該組元C反映了組件P的主要屬性:如組件性質(zhì),與系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性相關(guān)的約束條件,當(dāng)前工作狀態(tài)和工作條件,組件之間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系。這樣通過(guò)訪問(wèn)組件的組元屬性,可進(jìn)行與故障恢復(fù)算法相關(guān)的跡集合運(yùn)算。在故障恢復(fù)過(guò)程中,需要檢查這些與穩(wěn)定性和安全性相關(guān)的約束條件是否滿足,以判斷所選恢復(fù)路徑的有效性,這些約束條件可以通過(guò)容器外的算法實(shí)時(shí)計(jì)算,也可以是事先計(jì)算或經(jīng)驗(yàn)值,存于各組件的智能體中。另外,在系統(tǒng)實(shí)際允許過(guò)程中,當(dāng)組件工作狀態(tài)發(fā)生改變時(shí),組件的屬性可通過(guò)智能體通信進(jìn)行更新。
[0055]圖2是區(qū)域配電模式的船舶綜合電力系統(tǒng)簡(jiǎn)化模型,在圖2中,11,12,17,18,23,24為不同電壓等級(jí)的功率變換器(SCM) ;1,33為交流發(fā)電機(jī)組(G);5,7,8,29,30,32為傳輸線和母線(B) ;3,35為脈沖負(fù)載,4和36為推進(jìn)負(fù)載(L) ;6,31為交流-直流電源(PS)。9,14,20,26,10,16,22,28為母線分段斷路器(BSB),15,21和27分別為恒功率負(fù)載、電機(jī)或其它用電負(fù)載(U。
[0056]在本方法中,將組件智能體按照其對(duì)應(yīng)的組件性質(zhì)分為以下五種:[0057]發(fā)電機(jī)智能體
[0058]發(fā)電機(jī)智能體可以監(jiān)測(cè)和接收發(fā)電機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)包括:發(fā)電機(jī)的容量、有功/無(wú)功的輸出、故障信息等等。每個(gè)發(fā)電機(jī)智能體會(huì)時(shí)時(shí)更新這些信息,并發(fā)送和接收來(lái)自其它智能體的信息。發(fā)電機(jī)智能體要遵循以下基本重構(gòu)規(guī)則:
[0059]規(guī)則1:監(jiān)測(cè)到發(fā)電機(jī)的故障信息時(shí),將故障信息發(fā)送給相應(yīng)斷路器智能體,命令斷路器斷開脫離電網(wǎng),標(biāo)識(shí)發(fā)電機(jī)狀態(tài)為Failed ;
[0060]規(guī)則2:當(dāng)發(fā)電機(jī)正常但停機(jī)時(shí),發(fā)電機(jī)智能體接收到啟動(dòng)命令后,其向相應(yīng)斷路器智能體發(fā)出并網(wǎng)請(qǐng)求命令,控制該斷路器閉合;啟動(dòng)完成后,將向相應(yīng)的智能體發(fā)送Inform 信息。
[0061]規(guī)則3:發(fā)電機(jī)并網(wǎng)正常工作時(shí),標(biāo)識(shí)發(fā)電機(jī)狀態(tài)為0N;發(fā)電機(jī)正常停機(jī)時(shí),標(biāo)識(shí)發(fā)電機(jī)狀態(tài)為OFF;
[0062]功率變換器智能體
[0063]功率變換器智能體可以監(jiān)測(cè)和接收功率變換器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)包括:功率變換器的容量、輸出功率、故障信息等等。每個(gè)功率變換器智能體會(huì)定時(shí)更新這些信息,并發(fā)送和接收來(lái)自其它智能體的信息。功率變換器智能體要遵循以下基本重構(gòu)規(guī)則:
[0064]規(guī)則1:監(jiān)測(cè)到功率變換器故障信息時(shí),控制功率變換器脫離電網(wǎng),并標(biāo)識(shí)功率變換器狀態(tài)為Failed;
[0065]規(guī)則2:功率變換器正常而尚未聯(lián)網(wǎng),當(dāng)功率變換器智能體接收到啟動(dòng)命令后,則控制功率變換器并網(wǎng),啟動(dòng)完成后,將向相應(yīng)的智能體發(fā)送Inform信息。
[0066]規(guī)則3:功率變換器正常工作時(shí),標(biāo)識(shí)發(fā)電機(jī)狀態(tài)為0N;發(fā)電機(jī)正常停機(jī)時(shí),標(biāo)識(shí)發(fā)電機(jī)狀態(tài)為OFF;
[0067]負(fù)載智能體
[0068]負(fù)載智能體的任務(wù)是保證其對(duì)應(yīng)的負(fù)載得到供電,負(fù)載依據(jù)其功能進(jìn)行了優(yōu)先級(jí)排序。負(fù)載智能體要遵循以下基本重構(gòu)規(guī)則:
[0069]規(guī)則1:當(dāng)電源系統(tǒng)提供的功率不能滿足系統(tǒng)負(fù)荷需求或電網(wǎng)可用功率較少時(shí),中央控制智能體會(huì)向優(yōu)先級(jí)比較低的負(fù)載智能體發(fā)出脫離電網(wǎng)命令,該負(fù)載智能體會(huì)向相應(yīng)斷路器智能體發(fā)出命令,要求該斷路器斷開。
[0070]規(guī)則2:負(fù)荷處于非正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí),負(fù)載智能體會(huì)向相應(yīng)斷路器智能體發(fā)出命令,要求該斷路器斷開,標(biāo)識(shí)負(fù)荷狀態(tài)為Failed。
[0071]規(guī)則3:負(fù)荷尚未聯(lián)網(wǎng)且無(wú)故障,當(dāng)接收到啟動(dòng)命令時(shí),則負(fù)載智能體會(huì)向相鄰斷路器發(fā)出命令,要求該斷路器閉合。
[0072]規(guī)則4:負(fù)荷正常工作時(shí),標(biāo)識(shí)負(fù)荷狀態(tài)為0N;負(fù)荷正常停機(jī)時(shí),標(biāo)識(shí)負(fù)荷狀態(tài)為OFF;
[0073]規(guī)則4:負(fù)荷因斷電而停機(jī)時(shí),向中央控制智能體發(fā)出恢復(fù)供電請(qǐng)求;啟動(dòng)完成后,將向相應(yīng)的智能體發(fā)送Inform信息。
[0074]斷路器智能體
[0075]斷路器智能體的任務(wù)是根據(jù)相鄰智能體(發(fā)電機(jī)/負(fù)荷/母線智能體)的信息,控制斷路器的開合。斷路器智能體要遵循以下基本重構(gòu)規(guī)則:
[0076]規(guī)則1:斷路器智能體接收到其它智能體發(fā)送的狀態(tài)查詢消息時(shí),會(huì)將斷路器的狀態(tài)信息回饋給相應(yīng)的智能體;
[0077]規(guī)則2:斷路器智能體接收到其它智能體發(fā)送的控制命令時(shí),會(huì)向?qū)?yīng)的斷路器發(fā)出命令,控制其開合/斷開,完成后,將向相應(yīng)的智能體發(fā)送Inform信息。
[0078]規(guī)則3:斷路器正常工作時(shí),標(biāo)識(shí)斷路器狀態(tài)為0N;斷路器正常停機(jī)時(shí),標(biāo)識(shí)斷路器狀態(tài)為OFF;
[0079]母線智能體
[0080]母線智能體的任務(wù)是監(jiān)測(cè)和接收對(duì)應(yīng)母線的狀態(tài)信息,如電壓、電流等,并做出決定。母線智能體要遵循以下基本重構(gòu)規(guī)則:
[0081]規(guī)則1:母線的電壓、電流越限時(shí),母線智能體會(huì)向中央控制智能體發(fā)出警告信
肩、O
[0082]規(guī)則2:母線智能體接收到其它智能體發(fā)送的狀態(tài)查詢消息時(shí),會(huì)將母線的狀態(tài)信息回饋給相應(yīng)的智能體。
[0083]因?yàn)橹貥?gòu)問(wèn)題主要關(guān)注負(fù)載電能需求和電源組件,這樣復(fù)雜的船舶電力系統(tǒng)模型可以用圖3所示的圖跡分析圖形化模型來(lái)表示,用線段“一”表示系統(tǒng)的組件,如組件、母線、傳輸線和斷路器等,也表示其對(duì)應(yīng)的智能體。根據(jù)圖3所示的船舶電力系統(tǒng)圖跡分析模型,可以預(yù)先建立各組件的備用恢復(fù)路徑跡,可能有多條,并將這些恢復(fù)路徑跡存儲(chǔ)于各組件的智能體中。由于本方案采用從待恢復(fù)組件開始向電源方向搜索恢復(fù)路徑,這樣恢復(fù)路徑的最后組件通常為母線或發(fā)電機(jī)等能源。
[0084]在船舶電力系統(tǒng)工作過(guò)程中,如果發(fā)生了組件故障,在故障隔離后,為了恢復(fù)船舶電力系統(tǒng)工作,設(shè)計(jì)了以下電力系統(tǒng)故障重構(gòu)算法步驟(為了便于書寫和閱讀,該算法用一種形式化的建模語(yǔ)言0CL[0bject Constraint Language]語(yǔ)言表示,與具體的編程語(yǔ)言無(wú)關(guān),在工程實(shí)現(xiàn)時(shí),可采用具體的編程語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn),由于基于JADE平臺(tái),本方案采用JAVA編程語(yǔ)言),在本算法步驟中,待恢復(fù)負(fù)載智能體為發(fā)起者智能體,而恢復(fù)路徑上的其它智能體為響應(yīng)者智能體:
[0085]Stepl.中央控制智能體接收到所有斷電負(fù)載智能體的恢復(fù)供電請(qǐng)求信息后,創(chuàng)建待恢復(fù)負(fù)載集FC ;
[0086]FC=FT — select (p | p — Status==OFF)
[0087]這里Status是組件P的一個(gè)屬性,表示該負(fù)載的工作狀態(tài),上式為斷電狀態(tài)。
[0088]Step2.分別計(jì)算待恢復(fù)負(fù)載所需總功率(即所有需要恢復(fù)供電負(fù)載功率之和)和系統(tǒng)可用功率之和,如果系統(tǒng)當(dāng)前可用功率小于所需總功率,依據(jù)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行效率的約束條件,立即啟動(dòng)相應(yīng)備用電源;
[0089]Step3.選擇負(fù)載集FC中優(yōu)先級(jí)最高的負(fù)載,從該最高優(yōu)先級(jí)負(fù)載開始進(jìn)行恢復(fù);一次僅恢復(fù)一個(gè)組件的供電,然后按負(fù)載優(yōu)先級(jí)遞降次序恢復(fù)負(fù)載供電
[0090]Loads — order (p<q if p — Pri>q — Pri )
[0091]p,q=組件的標(biāo)識(shí)符
[0092]Pri=組件的優(yōu)先級(jí)屬性;
[0093]Step4.根據(jù)船舶電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮攸c(diǎn)和FIPA合同網(wǎng)協(xié)議(FIPA-Contract-NetProtocol),所選待恢復(fù)組件的智能體(發(fā)起者智能體)向其各恢復(fù)路徑跡上的組件智能體發(fā)出恢復(fù)供電提議CFP (CalI For Proposal)消息,消息中說(shuō)明了需要完成的任務(wù)、承擔(dān)任務(wù)應(yīng)具備的條件。
[0094]Step5.各恢復(fù)路徑跡上的組件智能體(響應(yīng)者智能體)接到該組件智能體的CFP消息后,立即分別調(diào)用ContractNetResponder行為的prepareResponce ()方法,計(jì)算組件可用功率(可用功率=最大功率一當(dāng)前功率;如果組件處于OFF狀態(tài),則其可用功率為最大功率),如果響應(yīng)組件為失效(Failed)狀態(tài),或其無(wú)可用功率(即組件滿負(fù)荷工作),或?yàn)樨?fù)載組件,則響應(yīng)組件智能體直接回復(fù)Refuse (拒絕)消息來(lái)拒絕該提議,則該響應(yīng)組件所在的路徑跡不能作為恢復(fù)路徑;如果各響應(yīng)組件可以提供或通過(guò)全部或部分所需功率,則它的智能體會(huì)向發(fā)起者智能體回復(fù)Proposal)(協(xié)議)消息,同時(shí)說(shuō)明所能承擔(dān)的功率。
[0095]Step6.到規(guī)定時(shí)間或收到所有回復(fù)消息后,待恢復(fù)組件智能體利用模板匹配方法,依照各條恢復(fù)路徑跡中的組件次序,對(duì)接收到的各回復(fù)消息依次進(jìn)行檢查,然后對(duì)各恢復(fù)路徑進(jìn)行評(píng)估,根據(jù)開關(guān)操作次數(shù)最少原則,最終選擇一條或幾條路徑作為恢復(fù)路徑。
[0096]Step7.待恢復(fù)負(fù)載智能體(發(fā)起者智能體)向所選擇恢復(fù)路徑上的組件智能體,按照由遠(yuǎn)到近的次序,發(fā)送Accept Proposal消息。所選組件智能體一旦完成委托的任務(wù),就會(huì)給發(fā)起者發(fā)送Inform消息。在此過(guò)程中,當(dāng)發(fā)起者智能體接收到當(dāng)前所委托智能體的Inform (提示)消息后,才向下一個(gè)組件智能體發(fā)送Accept Proposal (接受協(xié)議)消息。另外,向其余未選中路徑中的組件智能體發(fā)送Reject-Proposal (拒絕協(xié)議)消息,而如果所選智能體未能完成委托的任務(wù),就利用通訊動(dòng)作Failure向發(fā)起者智能體發(fā)出失敗消息。當(dāng)然,如果找不出中標(biāo)智能體,則協(xié)商過(guò)程直接就結(jié)束了。
[0097]StepS.當(dāng)該負(fù)載供電恢復(fù)后,檢查相關(guān)組件的約束條件是否滿足,如果滿足約束條件,轉(zhuǎn)到SteplO ;否則 轉(zhuǎn)到Step9 ;
[0098]Step9.從受影響的最低優(yōu)先級(jí)和最小功率負(fù)載開始,執(zhí)行分級(jí)卸載,一次僅卸載一個(gè)負(fù)載,直到所有約束條件滿足為止;
[0099]Stepl0.該負(fù)載智能體向中央控制智能體發(fā)送Inform消息,表明該負(fù)載已恢復(fù)供電,則中央控制智能體從未恢復(fù)供電負(fù)載集FC中刪除該負(fù)載。轉(zhuǎn)到Step3。
[0100]在Step5中,響應(yīng)者智能體接收到待恢復(fù)組件智能體的CFP后,立即調(diào)用ContractNetResponder行為的方法prepareResponce O ,該方法的工作流程如圖4所示。
[0101]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:分工不同的研究人員可以共用一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)模型,即圖跡分析模型,進(jìn)行規(guī)劃,設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)操作和保護(hù)等方面的研究,這樣可以縮短開發(fā)周期,減少建模成本和維護(hù)成本。
[0102]由于圖跡分析模型的工作方式與實(shí)際物理系統(tǒng)的工作方式非常相似,即圖跡分析模型可以模擬實(shí)際物理系統(tǒng)的工作方式和工作過(guò)程。本故障恢復(fù)系統(tǒng)是由多個(gè)智能體相互通訊、彼此協(xié)調(diào),共同完成作業(yè)任務(wù)的系統(tǒng),它不僅具備一般分布式系統(tǒng)所具有的資源共享、易于擴(kuò)張、可靠性強(qiáng)、靈活性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn),而且各智能體能夠通過(guò)相互協(xié)調(diào)解決大規(guī)模的復(fù)雜問(wèn)題,使系統(tǒng)具有很強(qiáng)的魯棒性、可靠性和自組織能力。
[0103]為了說(shuō)明上述故障恢復(fù)方案的有效性,將采用兩個(gè)典型算例來(lái)說(shuō)明:
[0104]算例1:完全恢復(fù)斷電負(fù)載供電
[0105]如圖5所示,在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中,如果組件11和17發(fā)生故障,造成負(fù)載15,21發(fā)生電力中斷。圖中負(fù)載旁邊圓括號(hào)內(nèi)的實(shí)數(shù)為其額定功率;母線旁邊方括號(hào)內(nèi)的實(shí)數(shù)表示功率容量(左)和可用功率(右)。為了便于說(shuō)明問(wèn)題,用“?”表示組件處于斷開或停機(jī)狀態(tài);用“ O ”表示組件處于故障狀態(tài)。
[0106]在故障隔離后,所有斷電負(fù)載的智能體LA15,LA21向中央控制智能體發(fā)送電能恢復(fù)請(qǐng)求消息,中央控制智能體收到恢復(fù)供電請(qǐng)求后,建立待恢復(fù)負(fù)載集{LA15, LA21},并按照負(fù)載優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排序,假設(shè)負(fù)載15的優(yōu)先級(jí)高于負(fù)載21,則優(yōu)先恢復(fù)負(fù)載15的供電。中央控制智能體向LA15發(fā)送允許“恢復(fù)”命令。
[0107]根據(jù)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn),可以預(yù)定義每個(gè)組件的恢復(fù)路徑跡,存儲(chǔ)在其對(duì)應(yīng)的智能體內(nèi),負(fù)載15可能的恢復(fù)路徑組件序列為
[0108]FPT115=LA15 — BA13 — SCMAll — BSBA9 — BA7 — PSA6 — BA5 — GAl
[0109]FPT215=LA15 — BA13 — SCMA12 — BSBAlO — BA8 — PSA6 — BA5 — GAl
[0110]ADJ115=LA15 — BA13 — SCMAl I — BSBA14 — BSBA20 — BSBA26 — BA29 — PSA31 — BA32—GA33
[0111]ADJ215=LA15 — BA13 — SCMA12 — BSBA16 — BSBA22 — BSBA28 — BA30 — PSA31 — BA32—GA33
[0112]當(dāng)負(fù)載15的智能體LA15接收到允許“恢復(fù)”命令后,按照預(yù)定義的恢復(fù)路徑進(jìn)行搜索。LA15分別給這4條跡上的各部件智能體發(fā)出CFP消息,說(shuō)明所需要的功率。各組件的智能體接收到CFP消息后,檢查和分析各組件的狀態(tài),然后做出相應(yīng)回復(fù)。由于組件11處于Failed狀態(tài),則其SCMAll向LA15回復(fù)Refuse消息。則其所在的路徑跡FPT115,ADJ115不能作為負(fù)載15的恢復(fù)路徑;而路徑FPT215,ADJ215上的各組件智能體向LA15回復(fù)Propose消息,表明各自當(dāng)前的狀態(tài)以及完成任務(wù)的條件。當(dāng)LA15接收到所有的回復(fù)或者超過(guò)規(guī)定的時(shí)間之后,將分別沿路徑FPT215,ADJ215上組件的排列次序,按照由近到遠(yuǎn)的次序依次對(duì)各組件的智能體所回復(fù)的消息進(jìn)行評(píng)估。
[0113]當(dāng)BA13,SCMA12,BSBA10, BA8, PSA6, BA5 和 GAl 分別向 LA15 回復(fù)了 Propose 消息,說(shuō)明可提供和可通過(guò)的功率,LA15對(duì)這些Propose消息進(jìn)行評(píng)估,以確定整條路徑FPT215可提供和可通過(guò)的功率。以同樣方式,LA15再確定路徑ADJ215可提供和可通過(guò)的功率,如果兩條路徑均能向負(fù)載15提供所需的功率,這樣還需要依據(jù)開關(guān)操作次數(shù)最少的要求,再選擇合適的恢復(fù)路徑,如圖6所示,要為負(fù)載15恢復(fù)供電,路徑FPT215需要進(jìn)行兩次操作,閉合斷路器10和啟動(dòng)功率變換器12,而ADJ215需要進(jìn)行三次斷路器操作,閉合斷路器22和16,啟動(dòng)功率變換器12,所以選擇路徑FPT215作為負(fù)載15的恢復(fù)路徑,然后LA15向中央控制智能體回復(fù)Inform消息,表明負(fù)載15啟動(dòng)成功,中央控制智能體將LA15請(qǐng)求從待恢復(fù)集中清除;然后采用相同的過(guò)程,恢復(fù)負(fù)載21的供電。負(fù)載15和21恢復(fù)供電后的GTA模型如圖6所示。
[0114]算例2:多條恢復(fù)路徑
[0115]當(dāng)組件11和17發(fā)生故障后,如圖7所示,母線5和32的可用功率分別為18.0和15.0在算例I中,當(dāng)LA15接收到路徑FPT215。
[0116]ADJ215上的組件智能體的Propose消息后,對(duì)這些Propose消息進(jìn)行評(píng)估后,如果發(fā)現(xiàn)路徑FPT215,ADJ215中的任意一條均不足以為負(fù)載LA15提供所需恢復(fù)功率,而這兩條路徑的總功率卻可以滿足負(fù)載15的功率需求,則LA15可以向路徑FPT215,ADJ215上的負(fù)載智能體,逆著路徑跡的方向,依次發(fā)送ACCEPT PROPOSAL消息,每條路徑一次僅發(fā)送一條,待收到響應(yīng)智能體的Inform消息后,才向下一個(gè)智能體發(fā)送ACCEPT PROPOSAL消息。圖8為負(fù)載15恢復(fù)后的GTA模型圖。另外,從圖8還可以看出,兩條母線的可用功率不足于為負(fù)載21提供恢復(fù)功率,則故障恢復(fù)工作停止。
[0117]以上所述,僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】,但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此,任何屬于本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi),可輕易想到的變化或替換,都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此,本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于多智能體技術(shù)的船舶電力系統(tǒng)故障恢復(fù)方法,其特征在于:采用圖跡分析方法建立船舶電力系統(tǒng)數(shù)字化模型,該數(shù)字化模型由分別對(duì)應(yīng)物理系統(tǒng)中的每一組件的組件智能體構(gòu)成,組件智能體內(nèi)存儲(chǔ)的鏈表可反映電力系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系,組件智能體可完成對(duì)應(yīng)組件的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與控制,同時(shí)通過(guò)與其各恢復(fù)路徑上的組件智能體之間的通信,以了解其它組件狀態(tài)信息,另外,由一個(gè)中央控制智能體協(xié)調(diào)負(fù)載智能體的恢復(fù)次序,所述恢復(fù)方法包括如下步驟: 步驟一、中央控制智能體接收到所有斷電負(fù)載智能體的恢復(fù)供電請(qǐng)求信息后,創(chuàng)建待恢復(fù)負(fù)載集; 步驟二、計(jì)算所有待恢復(fù)負(fù)載所需總功率,如果系統(tǒng)當(dāng)前可用功率小于所需總功率,依據(jù)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行效率的約束條件啟動(dòng)相應(yīng)備用電源; 步驟三、選擇負(fù)載集中優(yōu)先級(jí)最高的負(fù)載,從該最高優(yōu)先級(jí)負(fù)載開始進(jìn)行恢復(fù);一次僅恢復(fù)一個(gè)負(fù)載的供電,然后按負(fù)載優(yōu)先級(jí)遞降次序恢復(fù)負(fù)載供電; 步驟四、根據(jù)船舶電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮攸c(diǎn)和FIPA合同網(wǎng)協(xié)議,所選待恢復(fù)負(fù)載的組件智能體,即發(fā)起者智能體,向其各恢復(fù)路徑跡上的組件智能體發(fā)出恢復(fù)供電提議消息,消息中包括需要完成的任務(wù)、承擔(dān)任務(wù)應(yīng)具備的條件; 步驟五、各恢復(fù)路徑跡上的組件智能體,即響應(yīng)者智能體,接到所述恢復(fù)供電提議消息后,計(jì)算恢復(fù)路徑跡上響應(yīng)組件的可用功率,如果響應(yīng)組件為失效狀態(tài),或其無(wú)可用功率,或?yàn)樨?fù)載組件,則響應(yīng)者智能體直接回復(fù)拒絕消息來(lái)拒絕該提議,則該響應(yīng)組件所在的路徑跡不能作為恢復(fù)路徑;如果各響應(yīng)組件可以提供或通過(guò)全部或部分所需功率,則響應(yīng)者智能體向發(fā)起者智能體回復(fù)協(xié)議消息,在回復(fù)的協(xié)議消息中包括所能承擔(dān)的功率; 步驟六、到規(guī)定時(shí)間或收到所有回復(fù)的協(xié)議消息后,待恢復(fù)組件智能體利用模板匹配方法,依照各條恢復(fù)路徑跡中的組件次序,對(duì)接收到的各回復(fù)消息依次進(jìn)行檢查,然后對(duì)各恢復(fù)路徑進(jìn)行評(píng)估,根據(jù)開關(guān)操作次數(shù)最少原則,最終選擇一條或幾條路徑作為恢復(fù)路徑; 步驟七、發(fā)起者智能體向所選擇恢復(fù)路徑上的組件智能體,按照由遠(yuǎn)到近的次序,發(fā)送接受協(xié)議消息,所選組件智能體完成委托的任務(wù)后給發(fā)起者智能體發(fā)送提示消息; 步驟八、當(dāng)該負(fù)載供電恢復(fù)后,檢查相關(guān)組件的約束條件是否滿足,如果滿足約束條件,執(zhí)行步驟十;如果不滿足約束條件,則執(zhí)行步驟九; 步驟九、從受影響的最低優(yōu)先級(jí)和最小功率負(fù)載開始,執(zhí)行分級(jí)卸載,一次僅卸載一個(gè)負(fù)載,直到所有約束條件滿足為止; 步驟十、該負(fù)載智能體向中央控制智能體發(fā)送提示消息,表明該負(fù)載已恢復(fù)供電,則中央控制智能體從未恢復(fù)供電負(fù)載集刪除該負(fù)載,然后返回步驟三。
2.如權(quán)利要求1所述的基于多智能體技術(shù)的船舶電力系統(tǒng)故障恢復(fù)方法,其特征在于:在步驟七中,當(dāng)發(fā)起者智能體接收到當(dāng)前所委托組件智能體的提示消息后,才向下一個(gè)組件智能體發(fā)送接受協(xié)議消息;另外,向其余未選中路徑中的組件智能體發(fā)送拒絕協(xié)議消息,而如果所選組件智能體未能完成委托的任務(wù),組件智能體向發(fā)起者智能體發(fā)出失敗消肩、O
3.如權(quán)利要求1所述的基于多智能體技術(shù)的船舶電力系統(tǒng)故障恢復(fù)方法,其特征在于:每一組件采用具有多個(gè)分量的組元表示,該組元反映組件的主要屬性,所述主要屬性包括組件性質(zhì),與系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性相關(guān)的約束條件,當(dāng)前工作狀態(tài)和工作條件,組件之間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系。
4.如權(quán)利要求3所述的基于多智能體技術(shù)的船舶電力系統(tǒng)故障恢復(fù)方法,其特征在于:所述組件性質(zhì)包括組件的標(biāo)識(shí)符、組件類型、組件的優(yōu)先級(jí)、組件是否可以進(jìn)行“開”“關(guān)”操作;所述約束條件包括組件的最大功率、組件的安全電壓限,當(dāng)前工作狀態(tài)和工作條件包括組件的功率、組件的電壓、組件的電流、可用功率、組件狀態(tài),組件之間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系包括與組件相關(guān)的前向跡、后向跡、饋線路徑跡、兄弟跡和鄰跡組件。
5.如權(quán)利要求3所述的基于多智能體技術(shù)的船舶電力系統(tǒng)故障恢復(fù)方法,其特征在于:當(dāng)組件工作狀態(tài)發(fā)生改變時(shí),組件的屬性通過(guò)智能體通信進(jìn)行更新。
6.如權(quán)利要求1所述的基于多智能體技術(shù)的船舶電力系統(tǒng)故障恢復(fù)方法,其特征在于:根據(jù)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)預(yù)先定義每個(gè)組件的恢復(fù)路徑跡,并存儲(chǔ)在其對(duì)應(yīng)的組件智能體中。`
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103605867SQ201310630390
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】夏立, 尚安利, 王征, 王家林, 尹洋, 卜樂平, 楊宣訪, 王黎明, 侯新國(guó) 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍海軍工程大學(xué)