˜ DE UM SISTEMA DE RECOMPOSIC ˜ MODELAGEM E IMPLEMENTAC ¸ AO ¸ AO ´ AUTOMATICA USANDO MULTIAGENTES ˜ o∗ Lucas S Melo∗, Raimundo F. Sampaio∗, Giovanni C. Barroso†, Ruth P. S. Lea ∗
Departamento de Engenharia El´etrica, Universidade Federal do Cear´ a Caixa Postal 6001 - Campus do PICI, 60.455-760 Fortaleza - CE, Brasil †
Departamento de F´ısica, Universidade Federal do Cear´ a Caixa Postal 6030 - Campus do PICI, 60.455-900 Fortaleza - CE, Brasil Emails:
[email protected],
[email protected],
[email protected],
[email protected] Abstract— In this paper the modeling, validation and implementation of a System for Automatic Restauration of Power Distribution Networks using Multiagent Systems is presented. The modeling and validation of the Multiagent System for Automatic Recomposition (SMRA) was based on Colored Petri Nets. The SMRA presents three types of agents that cooperate with each other to perform their specific tasks aiming to the network recovery. After validating the SMRA was implemented in Java using the JADE, framework for developing multi-agent systems. Keywords—
Automatic Recomposition, Multiagent Systems, Petris Net
Resumo— Neste trabalho ´ e apresentada a modelagem, valida¸c˜ ao e implementa¸ca ˜o de um Sistema de Recomposi¸ca ˜o Autom´ atica de redes de distribui¸c˜ ao de energia el´ etrica usando Sistemas Multiagentes. A modelagem e valida¸ca ˜o do Sistema Multiagente de Recomposi¸c˜ ao Autom´ atica (SMRA) foi realizada com Redes de Petri Coloridas. O SMRA apresenta trˆ es tipos de agentes que cooperam entre si para realizar suas tarefas espec´ıficas objetivando a recomposi¸ca ˜o da rede. Ap´ os validado o SMRA foi implementado em Java, usando a plataforma JADE para desenvolvimento de sistemas multiagentes. Palavras-chave—
1
Recomposi¸c˜ ao Autom´ atica, Sistemas Multiagentes, Redes de Petri Coloridas
Introdu¸ c˜ ao
´ cada vez maior e crescente o uso da energia el´eE trica em todos os segmentos das atividades humanas. A falta de energia el´etrica, seja de curta ou longa dura¸c˜ ao, pode acarretar s´erias consequˆencias negativas desde seguran¸ca de vida e social como preju´ızos econˆ omicos. Minimizar a falta de suprimento ´e uma fun¸c˜ ao essencial e que deve ser desempenhada pelas concession´ arias de energia el´etrica. A grande maioria das concession´ arias realizam a recomposi¸c˜ao do sistema de forma manual. Esse tipo de opera¸c˜ ao ´e pass´ıvel a v´ arios problemas como falha humana, erro de comunica¸c˜ ao entre as equipes de campo e tempo de restaura¸c˜ ao elevado (de Oliveira et al., 2013). Um dos temas mais pesquisados na a´rea de Redes El´etricas Inteligentes (REI) diz respeito ao desenvolvimento de aplicativos capazes de recompor a rede automaticamente com seguran¸ca ap´os ocorrˆencia de falta (Yang and Huang, 2001). Um sistema de recomposi¸c˜ ao autom´atica (SRA) modelado em redes de Petri Coloridas e implementado em C# ´e apresentado em (de Oliveira et al., 2013). O SRA ´e centralizado integrado ao sistema SCADA do Centro de Controle da concession´ aria. A abordagem de processamento distribu´ıdo vem sendo bastante pesquisada e dentre as ferramentas utilizadas est´ a a utiliza¸c˜ ao de sistemas multiagentes na recomposi¸c˜ ao da rede el´etrica.
Em (Melo et al., 2013) e (Mar¸cal et al., 2013) s˜ao apresentados Sistemas Multiagentes (SMA) desenvolvidos para recomposi¸c˜ao autom´atica de alimentadores de distribui¸c˜ao. Neste trabalho ´e apresentada a modelagem e implementa¸c˜ao de um Sistema Multiagente de Recomposi¸c˜ao Autom´atica (SMRA). A modelagem do sistema foi realizada usando Redes de Petri Coloridas (RPC), possibilitando a an´alise, valida¸c˜ ao e descri¸c˜ao gr´afica do SMRA, o que garante a confiabilidade da arquitetura proposta e facilita an´ alises de poss´ıveis extens˜oes de funcionalidades. O SMRA foi implementado em Java na plataforma JADE (Java Agent DEvelopment framework ), voltado ao desenvolvimento de SMA. O modelo do SMRA faz uso de trˆes diferentes tipos de agentes: Agente Alimentador, Agente Dispositivo e Agente Trecho, cada um com atribui¸c˜oes espec´ıficas, como interface com os equipamentos, negocia¸c˜ao de potˆencia entre alimentadores e fontes, e an´alise de restri¸c˜oes operativas. Este trabalho est´a estruturado como descrito a seguir. Na se¸c˜ao 2 ´e apresentada uma vis˜ao geral sobre RPC e SMRA. O modelo proposto em RPC ´e mostrado na se¸c˜ao 3 que descreve o sistema SMRA e sua dinˆamica. Na se¸c˜ao 4 ´e apresentada a implementa¸c˜ao do modelo em Java usando a plataforma JADE para desenvolvimento de SMA. Dois casos teste s˜ao apresentados na se¸c˜ao 5 e os resultados discutidos. Finalmente, na se¸c˜ao 6 temse a conclus˜ao do artigo.
2
2.1
Vis˜ ao geral sobre redes de Petri coloridas e Sistemas Multiagentes
Redes de Petri Coloridas
Rede de Petri (RP) ´e uma das v´ arias linguagens de modelagem matem´ atica para descrever sistemas distribu´ıdos dinˆ amicos a eventos discretos. A principal caracter´ıstica de um sistema dinˆamico a evento discreto ´e apresentar uma evolu¸c˜ao no tempo governada pela ocorrˆencia de eventos e ter espa¸co de estado discreto. Os estados s˜ ao bem definidos e variam sempre que um evento ocorre (Cassandras and Lafortune, 2008). Um sistema de recomposi¸c˜ ao se enquadra na defini¸c˜ ao de sistema dinˆ amico a eventos discretos. Uma RP pode ser representada por grafos em que cada n´ o ´e conectado a outro por um arco. Um n´ o pode ser do tipo lugar ou transi¸c˜ ao. Elementos chamados fichas podem estar presentes nos n´os do tipo lugar. O fluxo de fichas no grafo se d´a pelo disparo de transi¸c˜ oes. Uma transi¸c˜ ao est´ a habilitada para disparo se no lugar de entrada da transi¸c˜ ao o n´ umero de fichas ´e maior ou igual ao peso do arco que liga o lugar ` a transi¸c˜ ao. A Figura 1 ilustra uma RP tamb´em denominada de rede lugar/transi¸c˜ ao. Quando uma transi¸c˜ ao habilitada ´e disparada, fichas s˜ ao retiradas de seus lugares de entrada, conforme o peso dos arcos que ligam estes lugares ` a transi¸c˜ ao e novas fichas s˜ ao criadas nos lugares de sa´ıda da transi¸c˜ ao, conforme o peso dos arcos que ligam a transi¸c˜ ao a estes lugares (Murata, 1989).
Arco Lugar
Transição
press˜ao de guarda [#name dbR = #receiver msgIn and #name dbT = #receiver msgIn]. A riqueza de nota¸c˜ao acrescentada pelas RPC possibilita a representa¸c˜ao de sistemas bem mais complexos que aqueles poss´ıveis de serem modelados em RP, de forma mais estruturada e compacta. Branchs 1 DB TrechoDB
1`[] Branchs 1 In/Out Trechos ts
dbT [#name dbR = #receiver msgIn andalso #name dbT = #receiver msgIn] Message 1 In
msgIn
ts^^(#trechos dbT)
Update Reclosers
ACLMessage
#sender msgIn
agentsAA agentsAA^^[#receiver msgIn]
1
1`["AA2","AA1"]
1
1`"R11"
Agent
rs^^(#religadores dbR) rs
dbR
1`["AA1","AA2"] AAs Fusion 10 AgentsAA
AD 1 Fusion 5
P_2
1`[] Reclosers DB
1
ReligadorDB
Reclosers 1 In/Out Religadores
Figura 2: Modelo de rede de Petri colorida Para a implementa¸c˜ao do modelo do SMRA em RPC foi utilizado o software CPNTools1 , uma poderosa ferramenta para desenvolvimento e valida¸c˜ao de modelos utilizada em muitas aplica¸c˜oes acadˆemicas e profissionais. As estruturas de dados das RPC, mais utilizadas na modelagem do SMRA foram os Registros e Listas, devido sua flexibilidade em agrupar dados de diferentes tipos e na representa¸c˜ao e acesso facilitado a esses dados. Registros s˜ao estruturas de dados, fixas que podem conter diferentes tipos de dados, acess´ıveis por meio de um identificador definido pelo desenvolvedor. J´a Listas s˜ao estruturas de dados de tamanho vari´avel, mas com tipo fixo, tendo fun¸c˜oes predefinidas de acesso ao primeiro e u ´ltimo elementos de seu conte´ udo. Para acessar elementos no interior de uma lista, fun¸c˜oes recursivas devem ser utilizadas.
Figura 1: N´ os de uma RP lugar/transi¸c˜ao 2.2 Redes de Petri Coloridas (RPC) incorporam conceitos n˜ ao existentes em RP. Em RPC as fichas adquirem a caracter´ıstica de estruturas de dados. Isto altera toda a forma como os elementos gr´aficos da rede, lugares, arcos e transi¸c˜ oes, interagem com os elementos fichas (Cost et al., 1999). Um modelo de RPC ´e apresentado na Figura 2. Nela ´e poss´ıvel observar que os lugares possuem tipos de dados espec´ıficos como ACLMessage ou TrechoDB; esses tipos de dados s˜ ao chamados de conjunto de cores e s˜ ao previamente declarados na estrutura da rede. Os arcos possuem vari´ aveis ou express˜ oes que envolvem vari´aveis, que est˜ ao associadas aos tipos de dados declarados. Na Figura 2 ´e poss´ıvel observar os exemplos de vari´ aveis msgIn ou ts^^(#trechos dbT). A transi¸c˜ ao possui uma guarda que fornece uma condi¸c˜ ao extra para sua habilita¸c˜ ao. No exemplo da Figura 2 a transi¸c˜ ao possui a seguinte ex-
Sistemas Multiagentes
Um agente pode ser definido como entidade presente em um ambiente que atua autonomamente em resposta a altera¸c˜oes neste ambiente (McArthur et al., 2007). Agentes Inteligentes podem ser definidos por trˆes caracter´ısticas essenciais (Wooldridge and Weiss, 1999) : • habilidade social: Interage com outros agentes e tamb´em com humanos, utilizando algum tipo de linguagem de comunica¸c˜ao; • reatividade: Percebe seu ambiente e reage a poss´ıveis altera¸c˜oes que possam vir a ocorrer. Este ambiente pode ser um software, uma rede de computadores, uma rede el´etrica, ou a combina¸c˜ao destes; 1 Dispon´ ıvel
no s´ıtio eletrˆ onico http://www.cpntools.org
• proatividade: Age n˜ ao s´ o em resposta a impulsos externos ao ambiente que est´ a inserido, mas tem a capacidade de atingir seu objetivo tomando iniciativa pr´ opria; Um agente pode ter um ou v´ arios comportamentos (objetivos ou tarefas) que podem ser executados a qualquer momento, inclusive de forma simultˆ anea ou ainda interiormente a outros comportamentos. Estas caracter´ısticas conferem aos SMA a possibilidade de utiliza¸c˜ ao na resolu¸c˜ ao de problemas complexos por meio de uma abordagem distribu´ıda. 3
Descri¸ c˜ ao do Modelo
O SMRA proposto neste trabalho ´e composto por trˆes diferentes tipos de agentes que atuam em conjunto para recompor o sistema mediante ocorrˆencia de faltas na rede el´etrica. Os agentes propostos s˜ ao: • AD: Realiza a interface com os dispositivos f´ısicos presentes na rede; • AA: Negocia por potˆencia reserva, com outros agentes e gerencia a recomposi¸c˜ ao de cada trecho; • AT: Realiza a recomposi¸c˜ ao dos trechos analisando as restri¸c˜ oes operacionais da rede el´etrica. O fluxograma que descreve a atua¸c˜ao do SMRA ´e apresentado na Figura 3. 3.1
Modelo RPC Hier´ arquico
Uma importante propriedade existente em RPC ´e a possibilidade de constru¸c˜ ao de modelos hier´arquicos. Com essa propriedade ´e poss´ıvel, por meio de transi¸c˜ oes de substitui¸c˜ ao, encapsular partes do modelo, deixando-o mais organizado e estruturado. As transi¸c˜ oes de substitui¸c˜ ao funcionam como fun¸c˜ oes ou m´etodos em linguagens de programa¸c˜ ao. Recebem fichas com dados a serem processados por meio de seus lugares de entrada e retornam fichas com dados tratados por meio de seus lugares de sa´ıda. A hierarquiza¸c˜ ao do modelo foi concebida da seguinte forma. Cada agente possui uma p´agina que representa seus comportamentos, os quais, por sua vez, est˜ ao encapsulados em uma transi¸c˜ao de substitui¸c˜ ao que liga a p´ agina dos comportamentos ` a pagina do agente. A estrutura gr´ afica das p´ aginas hierarquizadas est´ a mostrada na Figura 4. A seguir s˜ ao descritos os comportamentos representados pelas p´ aginas da RPC presentes na Figura 4.
Ocorrência de falta
Detecção da falta pelo AD
Envio de comando de abertura para os AD a jusante do trecho sob falta
Envio de mensagem de alerta sobre falta ao AA
Envio de mensagem por propostas de recomposição pelo AA solicitante aos AA solicitados
Análise do pedido enviado pelo AA solicitante aos AA solicitados
Análise do AA solicitante das propostas enviadas pelos AA solicitados.
Escolha da melhor proposta pelo AA solicitante e recusa das demais propostas
Análise de restrições da recomposição pelo AT
Recomposição do trecho pelo AT em caso de não haver restrições
Caso existam trechos a serem recompostos os últimos dois passos serão executados novamente caso contrário a recomposição será encerrada
Figura 3: Fluxograma do modelo SMRA 1. Agente Dispositivo (a) Processa Mensagem 1 AD: Recebe mensagem do IED que teve a fun¸c˜ao de prote¸c˜ao atuada. Ap´os receber a mensagem do IED, envia mensagem ao AA a que pertence o IED e aos demais AD a jusante do IED que detectou a falha para que alterem o seu estado para aberto; (b) Processa Mensagem 2 AD: Recebe mensagem do AD que detectou a falta no alimentador para que possa alterar seu estado para aberto; (c) Processa Mensagem 3 AD: Recebe mensagem do AA a que pertence solicitando a corrente passante medida pelo IED associado a este agente; (d) Processa Mensagem 4 AD: Recebe men-
RPC
Processa mensagem 4 AD
tados e verifica qual a maior oferta de potˆencia dispon´ıvel, selecionando-a e verificando se esta quantidade ´e suficiente para atender a carga dos trechos atingidos pela falta. Caso a potˆencia dispon´ıvel seja suficiente uma mensagem ´e enviada ao AT que inicia a recomposi¸c˜ao;
Processa mensagem 1 AA Processa mensagem 2 AA
(e) Processa Mensagem 5 AA: Recebe a mensagem de confirma¸c˜ao ou de falha de recomposi¸c˜ao de trecho e envia mensagem de autoriza¸c˜ao para recomposi¸c˜ ao do pr´oximo trecho, caso exista pr´oximo.
AD Processa mensagem 1 AD Processa mensagem 2 AD Processa mensagem 3 AD
AA
Processa mensagem 3 AA Processa mensagem 4 AA Processa mensagem 5 AA
AT Processa mensagem 1 AT
Figura 4: Estrutura hier´ arquica do modelo em RPC sagem do AT para que altere seu estado para fechado, recompondo o trecho em quest˜ ao. 2. Agente Alimentador (a) Processa Mensagem 1 AA: Processa a mensagem enviada pelo AD que recebe a mensagem de falta do dispositivo que teve a prote¸c˜ ao atuada. Ap´ os receber a mensagem carrega o banco de dados Trechos e Religadores pertencentes ao alimentador em que ocorreu a falta; (b) Processa Mensagem 2 AA: Processa as mensagens enviadas pelos AD que ficam a jusante do dispositivo que teve a fun¸c˜ ao de prote¸c˜ ao atuada. Ap´ os receber todas as mensagens dos AD, seleciona os trechos afetados, mas que n˜ao est˜ ao sob falta, calcula a carga perdida, e cria mensagens CFP (call for propose) enviando-as aos AA que podem ajud´alo; (c) Processa Mensagem 3 AA: Recebe mensagens de pedido de ajuda do tipo CFP. Ap´ os receber as mensagens envia mensagens solicitando a leitura de carga dos AD associados e calcula a carga consumida atualmente pelo alimentador comparando esse valor ao valor de carga m´axima suportada pelo alimentador, e envia a diferen¸ca entre esses valores como carga dispon´ıvel ao AA que solicitou ajuda. (d) Processa Mensagem 4 AA: Recebe as mensagens de propostas dos AA solici-
3. Agente Trecho (a) Processa Mensagem 1 AT: Recebe mensagem do AA para que possa iniciar an´ alise de n´ıvel de carregamento dos trechos j´a recompostos e, em caso de n˜ao haver sobrecarga, envia mensagem ao AD respons´avel pelo religador que recomp˜oe o trecho em quest˜ao. Na Figura 5 ´e apresentado o modelo RPC do agente dispositivo. No modelo do AD ´e poss´ıvel verificar dois lugares de entrada de mensagens, os quais contˆem as fichas que representam as mensagens que um AD pode receber. O lugar IEDMessage cont´em mensagens vindas de um IED quando este tem uma fun¸c˜ao de prote¸c˜ao atuada. O lugar MTS representa a abstra¸c˜ao de um Message Transport Service que realiza a tarefa de receber e enviar mensagens entre os agentes. Tamb´em ´e poss´ıvel verificar na Figura 5 os filtros de mensagens representados por express˜oes do tipo if-then-else nos arcos que saem da transi¸c˜ ao Receive Message From Agent. A ficha que representa mensagens do tipo ACLMessage ´e o parˆametro de entrada das transi¸c˜oes de substitui¸c˜ao que encapsulam as p´aginas hierarquizadas que executam os comportamentos de processamento das mensagens recebidas pelo AD. Por quest˜oes de espa¸co, as demais p´aginas do modelo n˜ao podem ser exibidas no artigo, por´em o modelo completo pode ser visto e carregado no link que se encontra na nota de rodap´e deste par´agrafo2 . 4
Implementa¸ c˜ ao do SMRA
A implementa¸c˜ao do SMRA foi realizada por meio do framework para constru¸c˜ao de sistemas multiagentes chamado JADE Java Agent DEvelopment umeras funcionaframework 3 . O JADE possui in´ lidades que permitem um r´apido desenvolvimento de sistemas multiagentes, al´em de disponibilizar 2 https://www.dropbox.com/s/lmsy7xt7kjwpndr/SMRA model.cpn 3 http://www.jade.tilab.com
1`{sender="R11", receiver="R11", content=["51A"]} IED Message IEDMessage msgIED1 [mem agentsAD (#receiver msgIED1)] Receive Message from IED
agentsAD
Message 1 IEDMessage
rlist(#receiver msgIED1,agentsAD,nil)
ADs Fusion 3 agentsAD
msgIED1
1`["R11","R12","R13", "R21","R22", "R23","RS"] 1`["R12","R11","R21","R22","R23","R 1 S","R13"] AgentsAD
Process Message 1 Process Message 1 AD
rlist(#receiver msgIn,agentsAD,nil)
[mem agentsAD (# receiver msgIn)] 1 MTS Fusion 2 ACLMessage
Receive Message from Agent
msgIn
Message 2
P_1
1`{id=1,sender="R13",receiver="T2", content=["CLOSED"],performative="I NFORM-2",protocol="FIPA-REQUEST"}
if (#performative msgIn = "REQUEST-1") then 1`msgIn else empty if (#performative msgIn = "REQUEST-2") then 1`msgIn else empty
if (#performative msgIn = "REQUEST-3") then 1`msgIn else empty
ACLMessage
Process Message 2 Process Message 2 AD
ACLMessage
Process Message 3 Process Message 3 AD
Message 3
Message 4 ACLMessage
7
DB AD_D
1`{name="R11",estado=OPENED,loa d=60.0,AD=["R12","R13"],AA=["AA1"] }++ 1`{name="R12",estado=OPENED,loa d=40.0,AD=["R13"],AA=["AA1"]}++ 1`{name="R13",estado=CLOSED,loa d=20.0,AD=[],AA=["AA1"]}++ 1`{name="R21",estado=CLOSED,loa d=60.0,AD=["R22","R23"],AA=["AA2"] }++ 1`{name="R22",estado=CLOSED,loa d=40.0,AD=["R23"],AA=["AA2"]}++ 1`{name="R23",estado=CLOSED,loa d=20.0,AD=[],AA=["AA2"]}++ 1`{name="RS",estado=CLOSED,load =0.0,AD=[],AA=[]}
Process Message 4 Process Message 4 AD P_2
Figura 5: Modelo em RPC do agente Dispositivo. uma plataforma de execu¸c˜ ao dos agentes, oferecendo recursos de comunica¸c˜ ao em rede com agentes em diferentes dispositivos e uma interface gr´afica que facilita o acompanhamento das a¸c˜oes realizadas pelos agentes. Utilizando o JADE foram desenvolvidas trˆes classes java que implementam os comportamentos dos agentes modelados em Redes de Petri Coloridas, s˜ ao elas AgenteAlimentador.java, AgenteDispositivo.java e AgenteTrecho.java. O modelo em RPC implementa mensagens no padr˜ ao FIPA-ACL. A FIPA (Foundation for Intelligent Phisical Agents) ´e uma organiza¸c˜ ao vinculada ` a sociedade de computa¸c˜ ao do IEEE que tem por objetivo definir padr˜ oes para tecnologias baseadas em sistemas multiagentes, proporcionando interoperabilidade entre os SMA e outras tecnologias. Devido ` a importˆ ancia da comunica¸c˜ao na execu¸c˜ ao de sistemas multiagentes, foi definido pela FIPA um padr˜ ao que viabiliza a comunica¸c˜ ao entre agentes presentes em uma plataforma. Esse padr˜ ao, ou linguagem chama-se FIPA-ACL (Agent Communication Language), e descreve os dados necess´ arios ` a troca de informa¸c˜ oes entre os agentes. Nesta mesma perspectiva a FIPA, tamb´em desenvolveu protocolos de comunica¸c˜ ao entre os agentes que tˆem por objetivo facilitar a execu¸c˜ ao de tarefas comuns como requisi¸c˜ oes (protocolo FIPA-Request), negocia¸c˜ oes (protocolo FIPAContractNet) e aplica¸c˜ oes editor-assinante (FIPASubscribe). Estes padr˜ oes FIPA est˜ ao todos presentes nas bibliotecas do JADE e foram utilizados na imple-
menta¸c˜ao do SMRA, o que facilitou a tarefa de implementar os agentes inteligentes. A Tabela 1 mostra os comportamentos implementados para os agentes, as mensagens que d˜ ao in´ıcio a estes comportamentos e as mensagens geradas a partir destes. 5
Caso Teste
Nesta se¸c˜ao ser˜ao apresentados dois casos teste que mostram diferentes aspectos do SMRA. O caso 1 ´e uma rede simples com dois alimentadores radiais, trˆes trechos cada, e uma chave de recurso normalmente aberta que interliga os dois alimentadores ao final de sua extens˜ao. Este caso ser´ a detalhado para fins de entendimento e foi utilizado para a valida¸c˜ao do modelo em RPC. No caso 2 ´e exibida uma rede el´etrica mais complexa, da cidade de Aquiraz no Cear´a, Nordeste do Brasil. Esta rede possui quatro alimentadores com possibilidade de recomposi¸c˜ao por diferentes subesta¸c˜oes. Para a rede el´etrica do caso 2 foi implementado o SMRA em JADE, com base no modelo do caso 1 e verificou-se a correta atua¸c˜ao do SMRA por meio de simula¸c˜ao. 5.1
Caso 1
A rede el´etrica do caso teste 1 do modelo de SMRA implementado em Redes de Petri Coloridas est´ a exibida na Figura 6. Esta rede foi dimensionada com as seguintes caracter´ısticas: • Cada trecho da rede consome 20 unidades de potˆencia;
Tabela 1: Comportamentos dos Agentes Agente
Comportamento
Recebe Mensagem
Envia Mensagem
Atua¸ca ˜o da Prote¸ca ˜o
-
-
Prepara mensagem para enviar ao Agente Alimentador ap´ os atua¸ca ˜o da prote¸ca ˜o.
Requisita Alimentador
INFORM
REQUEST
Envia mensagem REQUEST para agente Alimentador.
Comunica mento
Equipa-
REQUEST
INFORM
Realiza comunica¸ca ˜o com equipamento f´ısico e retorna confirmac¸a ˜o de abertura ou fechamento do dispositivo.
Inici-
PROPOSE
CFP
Executa o comportamento de negocia¸ca ˜o no modo iniciante.
ContractNet Participante
CFP
PROPOSE/ REFUSE
Executa o comportamento de negocia¸ca ˜o no modo participante.
Subscription ante
INFORM
SUBSCRIBE
Inicia o comportamento de gerenciamento de recomposi¸ca ˜o de alimentador no modo editor.
Subscription Participante
SUBSCRIBE
INFORM
Inicia o comportamento de recomposi¸ca ˜o de subesta¸c˜ ao no modo assinante.
Atua¸ca ˜o da prote¸ca ˜o
REQUEST
INFORM
D´ a inicio ao comportamento de negocia¸ca ˜o no modo iniciante.
Recomposi¸ca ˜o Trecho
SUBSCRIBE
INFORM
Inicia o comportamento de recomposi¸ca ˜o de alimentador no modo assinante.
AD
ContractNet ante AA
AT
Descri¸ c˜ ao
Inici-
de
• Cada alimentador tem capacidade de suprir 100 unidades de potˆencia ` a rede;
Figura 6: Rede El´etrica do caso base Como pode ser visto na Figura 6, uma falta foi aplicada no trecho T1, que pertence ao alimentador AA1. Em condi¸c˜ oes normais de opera¸c˜ao, o sistema de prote¸c˜ ao deve detectar a falta e uma fun¸c˜ ao de prote¸c˜ ao do religador R11 deve atuar
enviando comando de TRIP e abrindo os contatos do dispositivo. A partir desse ponto, se n˜ ao houvesse sistema de recomposi¸c˜ao, todos os clientes dos trechos a jusante do trecho faltoso (T2 e T3) ficariam sem fornecimento de energia, at´e que uma equipe de reparo fosse enviada ao local. A fun¸c˜ao do SMRA ´e, a partir da´ı, isolar a falta, neste caso abrindo o dispositivo R12 e ent˜ao avaliar qual a melhor forma de recompor os trechos afetados pela falta, mas que n˜ao s˜ao defeituosos, e avaliar os impactos da recomposi¸c˜ao e se ´e poss´ıvel realiz´a-la. No SMRA proposto, para o exemplo aqui apresentado, isso ´e feito da seguinte maneira: 1. A falta ´e detectada pelo dispositivo de prote¸c˜ao e o Religador a montante do trecho faltoso (R11) tem seus contatos abertos; 2. A falta ´e informada ao agente Dispositivo, li-
gado ` a R11, que envia mensagem da ocorrˆencia ao AA1 a que pertence e envia comandos de abertura aos AD a jusante (associados a R12 e R13, respectivamente) para que a recomposi¸c˜ ao possa ser realizada trecho a trecho; 3. Os AD recebem a mensagem de comando de abertura, realizam a opera¸c˜ ao e enviam mensagem de confirma¸c˜ ao ao AA a que pertencem (AA1); 4. AA1 recebe a mensagem do AD que detectou a falta e carrega seu banco de dados. Ao receber as mensagens dos AD que est˜ao a jusante do trecho faltoso, calcula a quantidade de carga perdida e envia mensagens CFP (call for prososes) para o agente AA2 questionando o mesmo sobre a possibilidade dele recompor os trechos em falta; 5. AA2 recebe a mensagem CFP e envia mensagem para os seus AD(R21, R22, R23) requisitando suas leituras de corrente atuais. Ap´os receber as leituras de corrente, calcula a potˆencia dispon´ıvel e retorna sua proposta ao AA1; 6. O AA1 aguarda o recebimento da proposta de AA2 e analisa-a. Ap´ os verificada a viabilidade da recomposi¸c˜ ao, uma mensagem de autoriza¸c˜ ao ´e enviada ao agente Trecho mais pr´ oximo do alimentador que ser´ a utilizado na recomposi¸c˜ ao (neste caso, agente ligado ao trecho T3); 7. O agente Trecho recebe a mensagem de solicita¸c˜ ao de recomposi¸c˜ ao e avalia se haver´a sobrecarga nos trechos j´ a recompostos, caso existam. Se n˜ ao houver problemas na recomposi¸c˜ ao, uma mensagem de fechamento ´e enviada ao agente Dispositivo que realizar´a a recomposi¸c˜ ao(RS);
Figura 7: Estados das fichas que representam os religadores da rede no modelo em RPC.
Petri Coloridas, ap´os 90 disparos de transi¸c˜ao, realizar a recomposi¸c˜ao dos trechos T2 e T3. Esse resultado ´e apresentado na Figura 7. Na Figura 7 ´e poss´ıvel observar as fichas em que est˜ao armazenados os estados dos religadores da rede. Os religadores RS e R13 apresentam o estado ”CLOSED”, pois eles foram comandados para a realiza¸c˜ao da recomposi¸c˜ao. J´a o estado dos religadores R11 e R12 ´e ”OPENED”, isolando o trecho defeituoso T1.
5.2
Caso 2
Para a implementa¸c˜ao do SMRA em JADE, foi levada em considera¸c˜ao uma rede de distribui¸c˜ ao como mostrada na Figura 8. O algoritmo apresentado para o caso teste 1 pode ser aplicado para o caso teste 2, considerando-se o fato de que ´e rede Aquiraz ´e composta de quatro alimentadores e possibilita a recomposi¸c˜ao por outras trˆes subesta¸c˜oes. SE JA B
8. O agente Dispositivo(RS) recebe a mensagem de fechamento e realiza a opera¸c˜ ao, enviando mensagem de confirma¸c˜ ao, logo em seguida;
T1
SE A Q Z
T3
T2
21I7
RS1
RL1
21I1
RP1
SE M SJ T4
T6
T5 RS2
21I6
21I2
RL2
RP2
9. O agente Trecho(T3) recebe a mensagem de confirma¸c˜ ao do agente Dispositivo e retorna mensagem de sucesso de recomposi¸c˜ ao caso tudo tenha ocorrido sem problemas; 10. O agente Alimentador(AA1) recebe a mensagem de sucesso da recomposi¸c˜ ao do agente Trecho(T3) e repete os procedimentos enviando mensagem ao agente Trecho associado ao pr´ oximo trecho a ser recomposto(T2); O modelo em RPC do SMRA foi testado na rede apresentada para o caso teste 1. O curto, aplicado no trecho T1, fez o modelo de Redes de
T8
T7 RS3
21I5
RS4
T 11 21I4
RL3
T 12 RS5
SE A G F
T 10
T9
21I3
RL4
Figura 8: Rede Aquiraz em estado normal de funcionamento A implementa¸c˜ao do modelo em JADE foi testada para o caso teste 2. Na Figura 9 ´e mostrada a interface gr´afica do JADE com uma representa¸c˜ao da troca de mensagens entre os agentes para o caso de simula¸c˜ao de um curto no trecho T1 da rede Aquiraz.
Agradecimentos Os autores agradecem ao CNPq pelo apoio financeiro e aos desenvolvedores do CPN Tools e do JADE pela disponibiliza¸c˜ao gratuita das ferramentas. Referˆ encias Cassandras, C. and Lafortune, S. (2008). Introduction to Discrete Event Systems, SpringerLink Engineering, Springer.
Figura 9: Troca de mensagens entre agentes exibida pela interface gr´ afica do JADE.
6
Conclus˜ ao
As RPC s˜ ao um m´etodo bastante eficaz na modelagem e simula¸c˜ ao de um sistema multiagente, neste caso implementado para realizar a recomposi¸c˜ ao de alimentadores de distribui¸c˜ ao de energia el´etrica. O modelo de SRMA constru´ıdo com a utiliza¸c˜ ao da ferramenta CPNTools foi testado para os casos em que um ou dois trechos do caso base deveriam ser recompostos. Ambos os casos apresentaram bons resultados quando na simula¸c˜ ao passo a passo e tamb´em na simula¸c˜ ao direta, ou seja onde as transi¸c˜ oes s˜ ao disparadas randomicamente at´e que se atinja o n´ umero de disparos determinado pelo usu´ ario. Este tipo de simula¸c˜ ao ´e muito importante, pois determina se o modelo realmente est´a preparado para as mais diversas situa¸c˜ oes poss´ıveis, e deve ser realizado repetidas vezes para que todas as possibilidades de sequˆencia de disparo das transi¸c˜ oes sejam atingidas e assim o sistema seja validado. A plataforma de desenvolvimento de SMA JADE, mostrou-se eficaz na implementa¸c˜ao do modelo de SMRA e atendeu bem as expectativas de desenvolvimento, bem como de performance. Como trabalhos futuros, pretende-se a inser¸c˜ ao de funcionalidades como an´ alise de descoordena¸c˜ ao da prote¸c˜ ao e tamb´em a melhoria da representa¸c˜ ao da comunica¸c˜ ao entre os agentes passando a contemplar a possibilidade de falha de comunica¸c˜ ao. Estas funcionalidades ser˜ ao inclu´ıdas tanto no modelo como na implementa¸c˜ao do SMRA.
Cost, R. S., Chen, Y., Finin, T., Labrou, Y. and Peng, Y. (1999). Modeling agent conversations with colored petri nets, In: Workshop on Specifying and Implementing Conversation Policies, Third International Conference on Autonomous Agents (Agents ’99), Seattle, pp. 59–66. de Oliveira, C. F. V., S´a, M. B., Monteiro, S. R. C., Barroso, G. C., Le˜ao, R. P. S., Sampaio, R. F., Bezerra, J. R., de Medeiros, E. B., Silveira, J. G. and Formiga, L. E. (2013). Sistema de recomposi¸c˜ao autom´atico modelado em redes de petri colorida, VII CIERTEC, Fortaleza, Brazil. Mar¸cal, F. A. A. R., Melo, L. S., Sampaio, R. F., Le˜ao, R. P. S. and Barroso, G. C. (2013). Desenvolvimento de um sistema multiagente para recomposi¸c˜ao autom´atica de sistemas el´etricos de distribui¸c˜ao, XI SBAI, Fortaleza, Brazil. McArthur, S. D. J., Davidson, E. M., Catterson, V. M., Dimeas, A. L., Hatziargyriou, N. D., Ponci, F. and Funabashi, T. (2007). Multiagent systems for power engineering applications - part i: Concepts, approaches and technical challenges. Melo, L. S., Sampaio, R. F., Barros, J. V. C., Le˜ao, R. P. S. and Barroso, G. C. (2013). Modelagem de recomposi¸c˜ao autom´atica para redes el´etricas baseadas em sistemas multiagentes, X CBQEE, Arax´a, Brazil. Murata, T. (1989). Petri nets: properties, analysis and applications, Proceedings of the IEEE. Invited paper . Wooldridge, M. and Weiss, G. (1999). Multi-agent Systems, MIT Press. Yang, H.-T. and Huang, C.-M. (2001). Distribution system service restoration using fuzzy petri net models, International Journal of Eletrical Power and Energy Systems .
