系统的脆性理论及其在电力系统中的应用

论文摘要

随着系统的结构越来越复杂，功能越来越完善，自动化程度也越水越高，系统的脆性问题也越来越成为系统的一个不容忽视的现象。系统的脆性一旦激发，将会造成整个系统的崩溃，这会给整个系统带来不可估量的损失。因此分析脆性激发的原因、产生的机理、对脆性源的辨识与评价、脆性激发所需的条件等等与脆性有关的问题，就成为迫不容缓的一件大事。 本文针对不同的系统，分别应用元胞自动机和图论建立了系统的脆性模型并进行了仿真。研究了平均状态参数与脆性源总数间的关系；平均状态参数与脆性激发规模的关系；脆性激发方向的模拟；状态参数分布与脆性激发的关系；系统脆性源的求取方法。研究了系统脆性与自组织临界性间的关系，提出了系统脆性激发时系统处于自组织临界态的观点。并通过系统崩溃规模与频次间的幂律关系和系统的时间序列具有长程相关性两个方面证实了作者的结论。通过对系统脆性的研究总结了系统脆性激发的判断方法。给出了系统脆性传播的模式。基于模糊层次分析法对系统脆性源进行了评价，求出了导致严重后果的危险脆性源。把这种方法应用于电力变压器的脆性源评价。求出了电力变压器的危险脆性源。研究了电力系统的脆性及电力系统脆性激发的触发条件。电力系统同样具有自组织临界性，文中用大量的材料证明了电力系统的自组织临界性，包括电力系统大停电规模与频率的幂律关系、电力系统大停电规模分布的分形分维特征和检测时间序列的长时间相关性。接着对电力系统自组织临界现象作以解释。用快动态和慢动态模型对电力系统自组织临界进行了模拟。给出了电力系统自组织临界性的临界点的求取方法。证明了电力系统包含了第一临界点和第二临界点。基于元胞自动机建立了电力系统的脆性模型并进行了仿真。基于动态潮流法和直流潮流法进行了电力系统脆性源的辨识工作。同时对一个3节点的电力系统，求出了其脆性源。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究意义及研究目的
• 1.3 国内外相关领域的发展和研究状况
• 1.3.1 系统脆性理论研究现状
• 1.3.2 电网的脆性理论研究现状
• 1.4 研究的主要内容及创新点
• 1.4.1 本论文研究的主要内容
• 1.4.2 本论文的创新点
• 1.5 论文的结构安排
• 1.6 本章小结
• 第2章 基于元胞自动机理论的系统脆性分析
• 2.1 元胞自动机基础理论
• 2.1.1 元胞自动机的发展
• 2.1.2 元胞自动机的定义
• 2.1.3 元胞自动机的构成
• 2.1.4 元胞自动机的一般特征
• 2.1.5 元胞自动机的应用及发展现状
• 2.2 基于元胞自动机的系统的脆性模型
• 2.2.1 元胞空间
• 2.2.2 元胞
• 2.2.3 元胞的邻居
• 2.2.4 规则
• 2.2.5 边界条件
• 2.2.6 系统演化的具体步骤
• 2.3 系统脆性模型的仿真
• 2.4 脆性激发方向的模拟
• 2.5 系统的脆性源
• 2.6 平均状态参数与脆性源总数间的关系
• 2.7 平均状态参数与脆性平均激发规模的关系
• 2.8 状态参数分布与脆性激发的关系
• 2.9 本章小结
• 第3章 系统脆性的自组织临界性分析
• 3.1 自组织临界性的提出
• 3.1.1 沙堆模型
• 3.1.2 幂律
• 3.1.3 分形
• 3.2 自组织临界性的特征
• 3.3 自组织临界性与一般临界性的区别
• 3.4 自组织临界性、混沌和复杂适应系统间的关系
• 3.4.1 自组织临界性涌现于混沌边缘
• 3.4.2 自组织临界性与复杂适应系统理论具有相同的特征
• 3.5 自组织临界性应用的领域
• 3.6 脆性与自组织临界性的关系
• 3.7 系统脆性与幂律的关系
• 3.8 系统脆性与长程关联间的关系
• 3.9 系统脆性激发的判断条件
• 3.10 本章小结
• 第4章 基于图论的系统脆性分析
• 4.1 建立系统脆性模型的基础
• 4.2 系统脆性模型的建模步骤
• 4.3 电力系统的脆性建模与分析
• 4.4 系统脆性传播的模式
• 4.5 系统脆性源的评价
• 4.5.1 建立系统递阶层次结构图
• 4.5.2 构成优先关系矩阵
• 4.5.3 构成模糊一致矩阵
• 4.5.4 计算各层因素相对于上一层次某因素的相对重要度
• 4.5.5 计算各层因素对系统故障的相对重要度
• 4.6 电力变压器的脆性源评价
• 4.6.1 建立变压器故障的递阶层次结构图
• 4.6.2 构成优先关系矩阵
• 4.6.3 将优先关系改造成模糊一致矩阵
• 4.6.4 层次单排序
• 4.6.5 层次总排序
• 4.6.6 脆性分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 电力系统脆性的自组织临界性
• 5.1 电力系统的脆性
• 5.2 电力系统脆性激发的触发条件
• 5.3 电力系统脆性的自组织临界性证明
• 5.3.1 电力系统大停电规模与频率的幂律关系
• 5.3.2 电力系统大停电规模分布的分形分维特征
• 5.3.3 检测时间序列的长时间相关性
• 5.4 电力系统自组织临界现象的解释
• 5.5 电力系统自组织临界性形成的模拟
• 5.5.1 慢动态
• 5.5.2 连锁事故的快动态
• 5.5.3 步骤
• 5.5.4 仿真结果
• 5.6 电力系统自组织临界态的临界点
• 5.6.1 电力系统传输模型
• 5.6.2 电力系统临界点的分析
• 5.7 本章小结
• 第6章 电力系统的脆性分析
• 6.1 基于元胞自动机的电力系统脆性模型
• 6.1.1 元胞空间
• 6.1.2 元胞
• 6.1.3 元胞的邻居
• 6.1.4 规则
• 6.2 电力系统脆性的仿真
• 6.3 电力系统脆性源的辨识
• 6.3.1 动态潮流法
• 6.3.2 直流潮流法
• 6.3.3 电网的脆性源辨识步骤
• 6.3.4 三母线电网的脆性源辨识
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢