本文關(guān)鍵詞：相互依存網(wǎng)絡(luò)的抗毀性研究及在電力系統(tǒng)的應(yīng)用

  更多相關(guān)文章： 相互依存網(wǎng)絡(luò) 抗毀性 耦合邊 中尺度結(jié)構(gòu) 電力-信息耦合網(wǎng)絡(luò)

【摘要】：自然界中的個體總是以一定的連接方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò),且隨著社會的進(jìn)步和發(fā)展,這種連接會更加緊密,網(wǎng)絡(luò)規(guī)模也將不斷增大,逐漸超出傳統(tǒng)圖論的描述范疇,構(gòu)成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò),如各類基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)不僅為廣域的個體提供了交互與便利,也帶來了潛在的危險與脆弱性,使得失效在網(wǎng)絡(luò)中快速傳播成為可能,猶如一把“達(dá)摩克利斯之劍”。在過去的十多年中,關(guān)于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)抗毀性的研究多是針對單個網(wǎng)絡(luò)展開的。而相關(guān)研究表明,網(wǎng)絡(luò)(系統(tǒng))并不是孤立存在的,它與其他網(wǎng)絡(luò)之間多存在耦合和依存關(guān)系,如電力-信息網(wǎng)絡(luò),電力-供水網(wǎng)絡(luò)等。這種關(guān)系既促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)間的交流,也帶來了級聯(lián)故障大范圍傳播的風(fēng)險。因此,分析相互依存網(wǎng)絡(luò)(基礎(chǔ)設(shè)施)的級聯(lián)失效過程,尋找增強(qiáng)其抗毀性的方法成為亟待解決的問題之一。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)決定其特性,因此要研究相互依存網(wǎng)絡(luò)的動力學(xué)特性,需從其重要的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及參數(shù)入手。依存邊(耦合邊)作為相互依存網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分,決定了其與單個網(wǎng)絡(luò)不同的特性。但目前的研究多基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)級聯(lián)失效模型,而并未考慮實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷和容量特性。基于一種度數(shù)相關(guān)的負(fù)荷-容量級聯(lián)失效模型,提出以網(wǎng)絡(luò)的總負(fù)荷損失作為抗毀性評價指標(biāo),并通過理論驗(yàn)證了仿真實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。研究了不同耦合方式、耦合強(qiáng)度、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及攻擊方式對相互依存網(wǎng)絡(luò)抗毀性的影響；通過改變負(fù)荷和容量可調(diào)參數(shù),分析相互依存網(wǎng)絡(luò)抗毀性的變化；橫向?qū)Ρ攘瞬煌W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)劣。所得結(jié)果能為理解相互依存基礎(chǔ)設(shè)施級聯(lián)失效過程,為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供一定的參考。在現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)中,看似無序的節(jié)點(diǎn)往往呈現(xiàn)出一定的等級結(jié)構(gòu)(Hierarchical)。等級結(jié)構(gòu)可以看做是網(wǎng)絡(luò)分割的中尺度基本單元,且是多數(shù)網(wǎng)絡(luò)演化過程中無法避免的結(jié)構(gòu)。但目前的研究往往局限于網(wǎng)絡(luò)等級結(jié)構(gòu)劃分方法的分析與改進(jìn),很少將其上升到相互依存網(wǎng)絡(luò)動力學(xué)特性研究的高度。k-core層次結(jié)構(gòu)是一類常見的網(wǎng)絡(luò)中尺度描述單元。k-core結(jié)構(gòu)的存在不僅與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆嘘P(guān),同時也可以改變網(wǎng)絡(luò)的某些動力學(xué)特性。為研究k-core層次深度對相互依存網(wǎng)絡(luò)抗毀性的影響,提出了一種k-core層次結(jié)構(gòu)豐富且連續(xù)的無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)演化模型,并通過理論推導(dǎo)和仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)網(wǎng)絡(luò)對比,驗(yàn)證了模型描述的準(zhǔn)確性。基于負(fù)荷-容量級聯(lián)失效模型,研究了k-core深度對對稱和非對稱相互依存網(wǎng)絡(luò)抗毀性的影響,尋找較優(yōu)的k-core結(jié)構(gòu)。簇團(tuán)結(jié)構(gòu)(Cluster)是另一類常見的網(wǎng)絡(luò)中尺度描述單元,包括核心-邊緣結(jié)構(gòu)和社團(tuán)結(jié)構(gòu)。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)與連邊并不是隨機(jī)存在的,相似節(jié)點(diǎn)與邊之間往往會呈現(xiàn)出一定的“組團(tuán)”現(xiàn)象。為研究不同簇團(tuán)結(jié)構(gòu)及參數(shù)對相互依存網(wǎng)絡(luò)抗毀性的影響,分析了兩種簇團(tuán)結(jié)構(gòu)的相似性,提出了一種簇團(tuán)結(jié)構(gòu)可調(diào)的網(wǎng)絡(luò)演化框架模型,并通過理論推導(dǎo)和仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了網(wǎng)絡(luò)的無標(biāo)度和簇團(tuán)特性�；诙葦�(shù)負(fù)荷-容量級聯(lián)失效模型,研究了核心-邊緣與社團(tuán)結(jié)構(gòu)的緊密程度對相互依存網(wǎng)絡(luò)抗毀性的影響,并橫向?qū)Ρ攘藘煞N簇團(tuán)結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣。此外,進(jìn)一步將框架模型擴(kuò)展到具有多個社團(tuán)的相互依存網(wǎng)絡(luò)中,研究了社團(tuán)個數(shù)以及網(wǎng)絡(luò)耦合方式對其抗毀性的影響。作為一類關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò),電力系統(tǒng)由于其特殊的電力背景而備受關(guān)注。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)只負(fù)責(zé)電力能源的產(chǎn)生、輸出與配送,而隨著信息和控制等技術(shù)的不斷發(fā)展,信息網(wǎng)絡(luò)逐漸成為電力系統(tǒng)不可或缺的一部分。以往的研究多關(guān)注獨(dú)立電力或通信網(wǎng)絡(luò),無法真正認(rèn)識電力系統(tǒng)的整體特性。為研究信息網(wǎng)的引入對電力連鎖故障的影響,分析了電力網(wǎng)和信息網(wǎng)之間的能量和信息交互過程,并受近來“烏克蘭大停電”事故過程的啟發(fā),提出一種具有電力背景的耦合網(wǎng)絡(luò)失效模型。采用一種基于直流潮流的級聯(lián)失效模型,研究了不同一對一耦合方式(內(nèi)在自相似耦合以及隨機(jī)耦合)以及耦合強(qiáng)度對電力連鎖故障的影響；研究了網(wǎng)絡(luò)間失效概率對連鎖故障的影響,以驗(yàn)證不同網(wǎng)絡(luò)失效模型的差異性；研究了信息網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、信息網(wǎng)有無以及調(diào)度中心的位置對連鎖故障的影響。此外,還提出了一種同時具有信息和能量耦合邊的網(wǎng)絡(luò)模型,并分析了兩種邊數(shù)目與電力連鎖故障之間的關(guān)系曲線。以上結(jié)果可為未來新一代電力系統(tǒng)的建設(shè)提供一定的參考和指導(dǎo)。
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM711;O157.5
，

本文編號：1266870