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《合肥工业大学》 2007年
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基于小世界网络理论的电网连锁故障机理解析

韩平平  
【摘要】: 电力网络的复杂性和复杂系统理论近年来的蓬勃发展,使得电力系统复杂性理论的研究逐渐成为探索互联电力网络的安全性和可靠性的一个新方向。 本文针对目前困扰人们的电网大规模连锁故障事故,将电力系统看作一个整体,研究了电网的小世界网络(small-world network)特性、小世界电网的负荷特性和故障传播特性,深入分析了电网的小世界特性与连锁故障之间的关系,建立了基于小世界拓扑模型的故障机理解析体系。 文章首先考察和分析了实际电网的拓扑性质。大型电网的平均距离与相应的随机网络非常接近,但聚类系数很高,各节点相关线路个数差别较小,度数分布满足指数规律,因而电网是典型的小世界网络,且不属于无尺度网络(scale-free network)。针对考虑线路电抗值的加权电网模型,文章提出了加权电网的小世界特性分析方法,加强了基于小世界网络理论的电网结构脆弱性研究的可行性。 然后,根据小世界电网的负荷分布规律和节点在输电地位方面表现出来的非均质特性,文章提出了具体方案,证明了小世界电网中长程连接的存在是电能输送动态择优过程的必然产物,有助于提高输电效率,但输电效率的提高是以节点负荷的高度集中性为代价的,这也暗示了不同节点的故障对电网可靠性的影响将大相径庭。 第三,在复杂电网的连锁故障模型方面,本文提出了运行极限的概念,较之当前模型中要么运行容量和运行极限的概念都不存在,即认为节点承担的负荷完全没有弹性,要么仅包含运行容量的概念,即忽略节点的即时切除措施,更加准确地模拟了电网的运行状况;用电网的失负荷水平衡量故障传播的深度和广度,综合反映了失效联络节点的个数和失效联络节点的重要程度对电网的输电能力和输电的可靠性的影响;改进了故障触发模式,从两个方面对电网的结构脆弱性进行了深入的考察,第一个方面的出发点在于考察电网对不同类型攻击的抵抗能力,有助于寻找小世界电网中的触发连锁反应的薄弱环节;第二个方面的出发点在于考察削弱电网受到的扰动或者增加电网的承载能力时,其抗攻击能力的改善效果,以制定出改善小世界电网的可靠性的有效措施。 第四,文章结合电网的结构特性与故障传播特性,系统地解释了连锁故障在小世界电网中传播的内在机理,即:小世界电网中,高负荷节点与长程连接密切相关,超高负荷节点受到攻击时,与之相关的长程连接被破坏,使得大量输电路径改变方向,影响了电源节点和终端用户节点的连通度,使原来负荷轻的节点上经过过多的负荷,导致大量的节点因为过负荷而从电网中切除,电网的输电能力大幅度下降。 最后,本文针对小世界电网中高负荷节点的绝对脆弱性质,提出了合理安排资源分配,调整电能输送网络的结构,以减弱节点的非均质特性,削弱高负荷节点的故障对电网的扰动,或极力加强对超过负荷节点的保护等措施,对避免大规模连锁故障、减小连锁故障带来的风险,加强电网的可靠性水平具有重要的参考价值。
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TM732

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