复杂网络理论及其在电力系统中的应用研究

论文摘要

将复杂网络理论应用到电力系统中,可以研究电力系统的时空复杂性及其演化机制,解释大停电事故的产生机理,建立相应的连锁故障模型,并且提出缓解和预防大停电的措施,以保证现代电力系统安全稳定运行,具有重大的科学理论意义和实际应用价值。本文围绕复杂网络理论在电力系统中的应用展开研究,并利用结构脆弱性的相关知识解决电力系统中的实际问题。首先论述了复杂网络理论的基本概念,如网络的结构统计特征、小世界网络和无标度网络的基本模型等,重点阐述了复杂网络理论在连锁故障建模和结构脆弱性分析这两个方面的研究。在理论分析的基础上,总结了复杂网络理论在电力系统中三个方面的应用:第一是讨论电力系统的结构统计特征,分析电力系统的复杂性;第二是对电力系统大停电的产生机理、建模和控制措施等方面的研究;最后是分析电力系统的结构脆弱性。提出利用结构脆弱性的分析方法对电网的检修资源实施优化配置。检修资源优化配置的关键在于确定电网中的重要节点。采用割点和介数的双重指标分析了电网的静态脆弱性,并考虑连锁故障,采用故障节点数和故障后效率来评估网络的动态脆弱性。在此基础上,比较了不追加检修资源、平均追加检修资源和在关键节点追加检修资源三种方式时电网抗击连锁故障的能力。仿真结果表明,集中追加检修资源能更好地减少故障次数,减轻故障后果,提高经济效益。电力调度数据网的规模越来越大,在电力系统中的作用也越来越重要。现有的电力调度数据网大致可分为双星型和网状两种典型结构,本文从统计特征参数、度数累积分布以及介数累积分布三个方面对这两种电力调度数据网的结构进行了分析,发现双星型网是典型的无标度网络,而网状网是典型的小世界网络。继而以单一故障和连锁故障分别衡量了两种网络的静态脆弱性和动态脆弱性。结果表明:(1)电力调度数据网的脆弱性与其网络结构有很大的联系。单一故障时,双星型结构的调度数据网对选择性攻击表现得更加脆弱。(2)双星型结构的调度数据网不容易发生连锁故障,网状结构反之。连锁故障时故障概率较高的节点仍集中在介数高的节点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 复杂网络理论的研究现状
• 1.3 复杂网络理论在电力系统中应用的研究现状
• 1.4 本文的主要研究内容
• 2 复杂网络理论概述
• 2.1 引言
• 2.2 复杂网络的统计特征
• 2.3 复杂网络的基本模型
• 2.4 复杂网络的连锁故障模型
• 2.5 复杂网络的结构脆弱性
• 2.6 本章小结
• 3 电力系统连锁故障产生机理和建模研究
• 3.1 引言
• 3.2 电力系统的复杂性
• 3.3 电力系统的自组织临界性
• 3.4 电力系统的连锁故障模型
• 3.5 电力系统的结构脆弱性
• 3.6 一些问题的讨论
• 3.7 本章小结
• 4 基于结构脆弱性评估的检修资源优化配置
• 4.1 引言
• 4.2 结构脆弱性评估指标
• 4.3 检修资源优化配置
• 4.4 算例分析
• 4.5 本章小结
• 5 电力调度数据网结构特性分析
• 5.1 引言
• 5.2 电力调度数据网的典型结构
• 5.3 电力调度数据网的复杂性
• 5.4 电力调度数据网的结构脆弱性
• 5.5 本章小结
• 6 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录