基于相互依存网络理论的电力信息—物理系统结构脆弱性研究

发布时间：2017-12-11 10:39

  本文关键词：基于相互依存网络理论的电力信息—物理系统结构脆弱性研究

  更多相关文章： 复杂网络 相互依存网络 结构脆弱性 电力信息-物理系统 电力通信网

【摘要】：电力系统智能化的发展趋势与互联电网规模的不断扩大,使得电力系统一次电网愈发依赖于信息通信系统的可靠运行,信息通信系统已成为电力网的大脑与神经系统并与之深度融合而成电力信息-物理系统。一方面,先进信息通信技术的应用提高了一次电网的可观性与可控性；另一方面,信息通信系统的失效有可能透过网问的耦合关系而波及到物理电网,并导致交互传播的连锁故障。而近年来发生的多次事故,直接或间接地印证了信息通信系统故障在停电事故中扮演了推波助澜的消极作用。因此,对电力通信网的脆弱性及保护策略进行研究并考虑到网间的依存关系,对电力网和信息通信网进行一体化建模、脆弱性分析并提出针对性的保护措施具有重要的理论价值和现实意义。基于相互依存网络理论,从结构脆弱性的角度,本文的主要研究工作如下：1)研究了相互依存网络理论在电力信息-物理系统结构脆弱性分析中的应用。归纳了电力信息-物理相依网络的建模方法、现有的模型及其结构脆弱性评估算法,分析了子网络结构特性、依存边和网间拓扑互相似性对电力信息-物理系统结构脆弱性的影响并总结了现有的保护策略。2)研究了基于复杂网络理论的电力通信网结构脆弱性及保护策略。验证了实际电力通信网的度分布具有无标度网络的特点,正是这种结构特点造成了电力通信网在随机故障下鲁棒性较强,而在蓄意攻击下极其脆弱。提出了3种脆弱节点保护策略和4种加边保护策略以改善电力通信网的连通脆弱性和网络效率脆弱性。仿真结果证明了高介数节点保护策略和低度数节点加边策略的有效性。3)研究了基于相依网络理论的电力信息-物理系统的结构脆弱性问题。构建了“部分一一对应”电力信息-物理相依网络模型,评估了三个不同区域、电压等级的实际电力信息-物理相依网络的结构脆弱性。与现有研究相比,本文证实了实际电力信息-物理相依网络在随机故障下并不会发生一阶相移的现象。提出了一种新的拓扑互相似指标,从网问拓扑互相似性的角度对上述现象进行了解释。最后,研究了复杂网络在电力信息-物理相依网络连通脆弱性评估中的有效性问题,验证了实际电力信息-物理相依网络在随机攻击下的连通脆弱性可由其单侧网络进行近似替代。4)研究了针对信息-物理耦合系统的加边保护问题。对比了现有的4种加边策略对耦合系统的保护效果,仿真结果表明：给定所需的加边数,较之分配给单侧网络,平均分配给双侧网络可以极大地改善耦合系统的结构脆弱性。提出了网间节点度数差的概念,并以此为基础,提出了低度数网间节点度数差加边保护和随机网间节点度数差加边保护两种新的加边保护策略。将上述6种加边策略应用于3种相依网络和2个实际电力信息-物理系统,仿真结果表明：本文所提出的加边策略可以显著地改善耦合系统的结构脆弱性。
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM73;TN915.853

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本文编号：1278173