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摘要：在船舶电力配置系统中，为满足不同船载设备对电能的需求，需要系统能够实时输出多组不同电压、不同电流、不同功率要求的电力能源。因此其控制系统也变得越来越复杂，存在的潜在不稳定性也日益突出。本文对船舶区域配电系统全智能体重构及其优化进行了分析探讨，仅供参考。
关键词：船舶电力系统；区域配电；系统重构；智能体
一、船舶电力系统重构目标函数
船舶电力系统重构研究是指在满足船舶电力系统约束条件的情况下，考虑负荷优先级，以实现恢复供电负荷功率最大、继电保护效率最高及实现线路损耗最小为目标的船舶电力系统拓扑重构优化。（1）计及供电负荷优先级，实现恢复供电负荷功率最大、继电保护效率最高的目标函数为
式中：N为负荷总数；Lj、j分别为负荷j的功率与负荷优先级系数；jx为离散变量0、1，表示负荷j的供电状态（0jx，负荷处于失电状态；1jx，负荷处于供电状态）；n为重构恢复过程中的开关操作次数；为开关次数n所对应的失电负荷功率。
2、重构优化目标函数
一般情况下，故障重构优先考虑以较少的开关操作次数恢复所有重要负荷供电。根据船舶区域配电系统运行工况，计及线路损耗的重构优化目标函数可表示为
二、全智能体重构方法及其粒子群优化
1、全智能体重构方法
全智能体重构方法是为解决船舶区域配电系统拓扑重构这一分布式重构优化问题，将分布式重构问题完全由智能体实现，并引进智能优化算法，进行全局寻优求解的一种重构方法。全智能体重构方法的特点主要体现在：①船舶区域配电系统重构完全由智能体进行分布式控制实现；②重构控制策略结合智能优化算法进行全局寻优。
1.1全智能体的定义
本文在智能体和多智能体定义的基础上，提出的全智能体是用于研究船舶区域配电系统重构问题的计算机控制软件实体，它通过环境感知单元得到船舶电力系统运行过程中的电气量和开关状态量变量信息，感知船舶电力系统故障，根据船舶电力系统的故障信息，在满足船舶电力系统约束的条件下，能够在智能优化算法的作用下，生成相应的船舶区域配电系统重构策略。它除了具有智能体与多智能体具有的自主能力、智能性及分布式特征外，还具有优化求解能力。所设计的全智能体抽象体系结构如图1所示。
图1所示的全智能体由环境感知、信念产生、目标控制、规划管理、粒子群最优决策单元、效应器、知识库、策略库、建模模块及通信模块等构成。全智能体在传感器的作用下通过环境感知模块获取船舶区域配电系统运行状态信息，并在建模模块的作用下对其进行抽象处理，将其送入信念产生单元生成反映船舶电力系统运行状态的信念；当船舶区域配电系统故障时，所产生的信念在目标控制器的作用下，根据知识库知识及目标生成规则产生船舶区域配电系统重构目标；所产生的重构目标在规划管理及粒子群最优决策单元的作用下，根据知识库知识、决策库的决策信息并在智能优化模块的作用下，通过智能优化算法生成相应的重构策略；所生成的重构策略作用于效应器形成可执行的重构动作，实现船舶区域配电系统重构。
1.2全智能体重构
针对船舶电力系统的特点，根据图1所示船舶区域配电系统全智能体工作原理，将船舶区域配电系统重构问题转换为分布式约束优化问题，船舶区域配电系统全智能体重构主要包括以下四个方面：（1）确定全智能体的构成，其中n表示船舶区域配电系统重构智能体数目，智能体ia可以表示任意一种类型的智能体。（2）定义重构约束变量ix是智能体ia变量集合，代表不同的属性。定义变量1ix为智能体ia的连接状态，当船舶电力系统断路器开关闭合时11ix，反之，10ix。定义变量2ix为负荷优先级，这里将船舶电力负荷分（3）船舶区域配电系统全智能体重构优化实施。船舶区域配电系统各智能体根据智能体ia状态信息ix，在满足船舶区域配电系统重构约束条件下，应用粒子群优化算法改变各断路器开关智能体状态变量1ix，以式（8）所示的重构优化目标函数为适应函数，在全局优化算法作用下进行船舶区域配电系统重构优化，生成相应重构策略。（4）船舶区域配电系统全智能体重构实现。船舶区域配电系统根据步骤（3），所生成的重构策略通过数字控制器作用于空气断路器、自动装置分断开关及接触器执行器，实现船舶区域配电系统重构，保证船舶电力系统安全可靠供电。
2、全智能体重构的粒子群优化原理
研究中以某电力推进船舶区域配电系统为研究对象，该系统由四台参数相同的船舶柴油发电机（G1~G4）构成发电单元，依托配电单元纵横连接构成环形供电网，实现对电力推进机组单元（M1、M2）、母线直供负荷单元及区域负荷单元（L1~L4、ZL1和ZL2）供电，采用的全智能体重构粒子群优化方法是通过智能体进行船舶电力系统重构实现，相应的智能体配置结构如图2所示。
图2所示的船舶区域配电系统智能体配置图中，B1~B11表示节点，智能体1~4分别表示发电机智能体，智能体7、11、13和18分别表示推进电机智能体，智能体10和16表示区域负荷智能体，智能体8、12和17表示联络线智能体，其他表示母线单元智能体或母线直供负荷单元智能体，实现对船舶区域配电系统全智能体控制重构。根据图2所示的船舶区域配电系统智能体配置，全智能体重构粒子群优化方法研究中，将每个单智能体抽象为粒子群算法中的单个粒子。每个粒子不仅拥有粒子群算法中的追踪个体极值和全局极值的能力，而且能不断积累自身学习经验。全智能体重构粒子群优化方法流程如下：（1）船舶电力系统运行过程中，故障的发生会使相应智能体状态变量1ix发生改变（由01或由10）触发重构系统进入重构优化机数，重构优化目标函数为fpbest。
结束语
针对船舶区域配电系统重构优化问题，为提高船舶区域配电系统不间断供电能力，在多智能体方法的基础上结合粒子群优化算法，提出全智能体重构粒子群优化方法用于船舶区域配电系统重构研究。该方法根据所建立的某电力推进船舶区域配电系统全智能体重构模型，将复杂的船舶电力系统重构问题转化为分布式优化问题进行研究。研究过程中，分布式问题完全由智能体进行实现，并基于粒子群算法进行全局寻优。通过对所生成的重构策略进行的仿真实验结果表明，全智能体重构粒子群优化方法既保证了船舶电力系统连续供电，又提高了船舶电力系统的供电质量，有效降低了船舶电力系统的网络损耗，使船舶电力系统稳定运行能力得到了提升。
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论文作者:孔志远
论文发表刊物:《基层建设》2016年第34期
论文发表时间:2017/3/22
标签：船舶论文; 重构论文; 智能论文; 区域论文; 系统论文; 粒子论文; 全智能论文; 《基层建设》2016年第34期论文;