基于Multi-Agent和Petri網(wǎng)理論的電力市場(chǎng)短期發(fā)電計(jì)劃研究.pdf

1、電力市場(chǎng)的改革在世界范圍內(nèi)蓬勃興起，為社會(huì)帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也促使電力系統(tǒng)研究領(lǐng)域產(chǎn)生了眾多新的研究課題。探索中國(guó)電力市場(chǎng)改革的發(fā)展方向，并預(yù)先對(duì)適合中國(guó)國(guó)情的電力市場(chǎng)模式進(jìn)行理論分析和模型研究具有重大的理論和現(xiàn)實(shí)意義。為了探討適合中國(guó)的電力市場(chǎng)改革發(fā)展模式，必需從國(guó)外借鑒改革經(jīng)驗(yàn)。在分析國(guó)外已建立的電力市場(chǎng)模式，并綜合國(guó)際上對(duì)電力市場(chǎng)模式的研究成果后，可將電力市場(chǎng)劃分為：垂直壟斷、發(fā)電競(jìng)爭(zhēng)、輸電開放和輸配電開放四種類型。每種類型

2、的電力市場(chǎng)對(duì)電源分布情況、電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)建設(shè)狀況、市場(chǎng)需求等條件均有不同要求。因?yàn)橹袊?guó)幅員遼闊，經(jīng)濟(jì)處于高速發(fā)展階段，各地區(qū)發(fā)展程度很不均衡，所以導(dǎo)致理論上劃分的任意一種電力市場(chǎng)模式都不能完全滿足要求。根據(jù)中國(guó)的電源、電網(wǎng)、市場(chǎng)等必要因素的發(fā)展現(xiàn)狀，不難得出中國(guó)電力市場(chǎng)將在一段時(shí)期內(nèi)處于多種模式并存狀態(tài)的結(jié)論，即在條件成熟的部分地區(qū)率先建立輸電開放或輸配電開放模式的區(qū)域電力市場(chǎng)，而在其它大部分地區(qū)進(jìn)行垂直壟斷向發(fā)電競(jìng)爭(zhēng)模式的轉(zhuǎn)化和改革。

3、既然多種模式并存是發(fā)展必須經(jīng)歷的過程，那么在經(jīng)濟(jì)高度發(fā)達(dá)、電網(wǎng)建設(shè)完善，以及其它必備條件均成熟的地區(qū)建立輸配電開放模式的電力市場(chǎng)，即電力零售市場(chǎng)必定成為發(fā)展的方向。由于電力市場(chǎng)一直被國(guó)內(nèi)外學(xué)者視為復(fù)雜性科學(xué)交叉發(fā)展的前沿問題之一，電力市場(chǎng)構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)交織著極為復(fù)雜的各種物質(zhì)流與信息流的映射關(guān)系，加上人們對(duì)電力市場(chǎng)演化復(fù)雜本質(zhì)認(rèn)識(shí)的局限性，使電力市場(chǎng)的模型研究成為一項(xiàng)復(fù)雜但非常具有挑戰(zhàn)性的工作。很多傳統(tǒng)的研究方法在研究及其成果的應(yīng)用中受

4、到限制，不再完全適應(yīng)新的研究任務(wù)的要求，需要從新興的領(lǐng)域和交叉學(xué)科探求新的研究方法和手段。隨著分布式人工智能的興起，Multi-Agent系統(tǒng)（MAS）理論誕生并得到迅速發(fā)展，其靈活、智能、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)等特點(diǎn)，為電力市場(chǎng)建模研究提供了一種有效的方法。因此，作者引入MAS體系建立了一種新型的電力零售市場(chǎng)模型，該市場(chǎng)模型中包括電力交換公司Agent（PXA）、獨(dú)立電廠Agent（IPPA）、電力零售商Agent（RCA）和電力用戶Agen

5、t（PUA）四類Agent，通過Agent之間的相互協(xié)調(diào)、合作、競(jìng)爭(zhēng)，完成市場(chǎng)的交易過程。尤其是在建模過程中創(chuàng)新使用有色Petri網(wǎng)描述并分析了Agent之間的通訊、協(xié)調(diào)機(jī)制與競(jìng)爭(zhēng)、合作關(guān)系，有效表達(dá)了市場(chǎng)成員Agent之間的復(fù)雜的耦合關(guān)系和相互作用機(jī)理，解決了一般流程圖難以勝任的表述Multi-Agent關(guān)系視圖的難題。該電力零售市場(chǎng)模型利用Agent充分模擬了市場(chǎng)成員的特性，所設(shè)計(jì)的有色托肯能兼顧市場(chǎng)成員相互通訊的開放性和保密性，使

6、得在整個(gè)市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)過程中有色Petri網(wǎng)能夠準(zhǔn)確反映出電力市場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜性狀，避免了經(jīng)典研究方法建立精確數(shù)學(xué)模型的困難。并且，通過設(shè)定模型系統(tǒng)中市場(chǎng)成員Agent的數(shù)量可以控制市場(chǎng)規(guī)模，為尋找“有效競(jìng)爭(zhēng)”的理想市場(chǎng)規(guī)模提供了理論依據(jù)和仿真分析方法。同時(shí)，由于融合有色Petri網(wǎng)的MAS機(jī)制易于分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，因此，模型具有很好的工程實(shí)用價(jià)值。此外，短期發(fā)電計(jì)劃的研究能給電力生產(chǎn)方帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益，所以一直都是學(xué)術(shù)和工程界研究的熱點(diǎn)

7、。但是，新的電力市場(chǎng)環(huán)境，為短期發(fā)電計(jì)劃制定問題賦予了新的內(nèi)涵：電力不再由調(diào)度中心集中優(yōu)化分配，而成為電力市場(chǎng)中交易的商品；并且交易內(nèi)容不僅限于已發(fā)電力，備用容量也成為交易的一部分；電力價(jià)格不再一成不變，而是隨著市場(chǎng)需求而波動(dòng)，發(fā)電廠可以根據(jù)變化的市場(chǎng)價(jià)格調(diào)整發(fā)電計(jì)劃。該問題被稱為基于利潤(rùn)的短期發(fā)電計(jì)劃（PSGS）。市場(chǎng)運(yùn)行機(jī)制將促使市場(chǎng)成員自主、積極地參與競(jìng)爭(zhēng)交易，并使得發(fā)電廠的出力和備用容量伴隨市場(chǎng)交易結(jié)果的變化而成為變量，從而大大

8、增加了短期發(fā)電計(jì)劃中的不確定的因素。為適應(yīng)電力零售市場(chǎng)的新環(huán)境，將傳統(tǒng)的集中優(yōu)化、集中調(diào)度，分布到基層單元，更好地解決PSGS問題，本文基于人工智能的思想，采用MAS方法對(duì)其進(jìn)行求解和分析，建立了一種電力系統(tǒng)短期發(fā)電計(jì)劃Multi-Agent系統(tǒng)（PSGS-MAS）。通過Agent的自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)和相互協(xié)作，完成發(fā)電計(jì)劃的制定、決策和評(píng)估。Agent能從歷史操作中學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，減少不必要的訪問路徑，從而縮短了計(jì)算時(shí)間，使系統(tǒng)優(yōu)化決策的效率獲

9、得提高。該方法，為解決類似的發(fā)電計(jì)劃問題，提供了一條嶄新的研究途徑和實(shí)施手段。在建立PSGS-MAS過程中，通過決策核心Agent——移動(dòng)Agent（MA）決策規(guī)則的組織，使Agent的決策更符合人類的思維方式，有效避免了因顧及眼前利益，而損失全局利益的可能。實(shí)例分析證明，基于規(guī)則的方法是提高Agent智能的一種有效手段，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行性能也因此獲得改善。大規(guī)模機(jī)組組合問題是短期發(fā)電計(jì)劃中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，原因在于復(fù)雜約束問題的困擾導(dǎo)致的邏

10、輯混亂，往往使人們獲得與預(yù)期不符甚至相悖的結(jié)果。所以，研究工作從大規(guī)模機(jī)組組合中高維問題低維化重構(gòu)的研究方法入手，提出一種多層可控有色Petri網(wǎng)（MCCP），并利用MCCP對(duì)機(jī)組組合問題的各種復(fù)雜約束條件進(jìn)行建模，用直觀的圖表方式描述錯(cuò)綜復(fù)雜的約束條件，為電力系統(tǒng)發(fā)、供電優(yōu)化問題的研究提供了一種有效的解決類似組合優(yōu)化問題的方法和手段。研究過程中提出的理論和方法大部分為國(guó)內(nèi)首次嘗試和運(yùn)用。理論分析和仿真驗(yàn)證表明，Multi-Agent原