基于非线性容量负载模型下电网的级联故障分析

首先基于IEEE118系统分别构建了具有电气特征的加权电网和只具有拓扑结构的无权电网。其次提出了一种非线性负载容量模型,利用该模型进行随机攻击的级联失效仿真,结果表明加权电网的容量参数的阈值较无权电网小,对级联失效的抗毁性更强。最后通过蓄意攻击发现,加权电网对权攻击的级联故障的抗毁性强于无权电网的度攻击。但是加权电网的介数攻击与无权电网类似,对级联故障的抗毁性较差;原因在于高介数节点为IEEE118系统中的变压器节点,对电网的传输十分重要,在实际电网中需要加强对其的保护。     

随机扰动下复杂电网级联故障分析

提出一种新的电网级联故障模型,模型中每个电网节点初始负荷是其本身度的函数形式,当某一个节点发生故障时,其负载按照邻居节点度的大小择优重新分配。同时研究电网在随机扰动下发生级联故障时容许系数及其鲁棒性之间的关系,并分别利用华中—川渝电网、上海电网、标准IEEE 57台发电机电网和IEEE14节点电网仿真级联故障。研究结果对保证复杂电网的稳定运行可望提供有价值的参考和新见解。     

基于节点重要度动态评估的复杂网络级联失效分析

级联失效前的评估和检测是预防和控制级联失效现象的关键,对充分把握整个网络系统的稳定运行至关重要。为深入探究级联失效传播过程的内在机理,提出一种考虑网络动态特性的节点重要度评估模型;在此基础上,采用一种更符合真实复杂系统的非线性容量负载模型,利用该模型进行不同攻击策略下的级联失效仿真,以网络的最大连通子图比例为测度量化网络抵御级联失效的抗毁性,仿真结果表明,节点41所在的广安市与节点55所在的重庆市,无论是在静态节点重要度评估,还是动态节点重要度评估下,均是成渝铁路网络中最关键的节点;此外,不考虑级联失效情况下,在网络的静态拓扑结构中,节点的度中心性更能代表节点的关键程度;而在动态的网络拓扑结构中,节点的介数中心性更能代表节点的重要性,与度值攻击相比,采用重要度攻击策略能以更快的速度击溃网络;考虑级联失效情况下,与其他攻击策略比较,采用重要度攻击策略时,在级联失效的作用下,仅攻击2个节点,网络便会迅速崩溃,验证了节点重要度动态评估模型的有效性;同时探讨了网络在不同模型参数下抵御级联失效的抗毁性,实验结果表明,在一定范围内提高负载系数、容量系数可以有效提高网络抵制级联失效的抗毁性;受网络拓扑结构和攻击策略的影响,需设置较大的节点容量,来预防网络的级联失效。     

双层相依指挥控制网络级联失效研究

在考虑"负荷-容量"关系的情况下,构建双层相依指挥控制网络模型和级联故障模型,基于2种不同的子网演化模型,研究不同攻击策略下的鲁棒性、孤立与相依状态下子网络的级联故障以及平均度在抑制级联故障中所起的作用。研究结果表明:相依网络在蓄意攻击下更加脆弱;相依状态下子网络的级联故障更显著;各层子网的平均度越大,网络抵抗级联故障的能力越强。     

加权电网级联失效的动力学行为

根据实际IEEE118节点系统建立了加权电网的物理模型,考虑网络的电气特征,提出了基于负载容量模式下的级联失效动力学模型,同时理论推导容忍参数和系统调整系数之间的关系,并借助数值仿真验证了理论结果,进而研究了不同攻击方式对电网动力学弹性的影响.研究结果表明,不同攻击策略下加权电网的容量参数取值相差较大.     

边定向方法对随机网络抵制级联故障鲁棒性的影响

针对复杂网络抵制级联故障的鲁棒性问题,考虑节点权重和边的方向,通过扩展经典的全局介数方法定义节点负载,提出了新的随机网络级联故障模型.应用三种边方向确定策略,在具有单向边和双向边的随机网络上探讨了级联故障行为,分析了全局负载分布机制下定向边对网络抵制级联攻击鲁棒性的影响.仿真结果表明,对于随机网络,所使用的边定向方法均可以使得网络更加鲁棒.但是,不同的边方向确定策略和单向边比例对随机网络抵制级联故障鲁棒性的优化效果影响不大.     

基于动力学的电网发电机故障恢复策略研究

当电网中个别发电机出现故障,不能为电网正常供电时,可能会引起其他发电机的超载级联,进而影响整个电网的正常有效运行。本文基于类Kuramoto模型,提出一种根据脆弱度切除负荷节点的发电机故障恢复策略,研究对比了切除脆弱度大的节点和切除脆弱度小的节点对系统恢复后网络性能的影响。研究表明,切除脆弱度小的节点后,剩余子系统的同步临界耦合强度Kc更小、所有节点频偏中的最大频偏绝对值更小、剩余子系统的负荷最小失同步扰动强度更大。因此,当电网中个别发电机出现故障时,利用本文方法能有效排除故障,使电网恢复稳定运行。     

BA无标度通信网络的级联故障研究

研究了通信网络在不同通信负载下的鲁棒性问题.采用BA无标度网络作为通信网络模型,采用大度节点优先的局域结构路由策略,研究了网络在自由畅通态的级联故障.仿真研究表明:网络的鲁棒性、平均效率随网络中信息产生速率的增加而减小;当网络处于临界拥塞态时,攻击网络中10％的节点,网络中会有约50％的节点由于级联而失效,攻击网络中20％的节点就会使网络的效率变为零;当网络中节点负荷较轻时,攻击网络中40％～50％的最大度节点也可使得整个网络崩溃.     

基于节点最大剩余容量的改进负荷再分配策略

当网络中某个节点发生故障时,为了研究该节点负荷如何分配给相连节点以维持网络的正常运行的问题,本文提出基于邻居节点最大剩余容量的负荷再分配策略.当节点出现故障时,节点的负荷需要分配给其他正常的节点,其他的节点在接收负荷的同时要考虑自身的剩余容量,避免超负荷.考虑到负荷传播过程中的能耗问题,分析了路径长度对负荷分配的影响.并通过模型网络的仿真,分析了容忍参数、负荷分配参数、路径长度对负荷分配效果的影响.结果表明,通过调节路径可调参数可使网络达到期望的效果,有效防止级联故障的传播.     

基于度-负载联合偏好的无标度网络局部路由策略

提出了一种无标度(scale-free)网络上的自适应局部路由策略.发送节点根据每个邻居节点当前负载与其发送能力的关系,自适应调整向该邻居节点转发信息包的概率.此概率与每个邻居节点度的α次方成正比,α是可自适应变化的偏好因子,由节点度以及负载联合决定.当节点负载小于发送能力时,增大其偏好因子;反之,则减小.这样使得整个网络业务量较小时,可以优先把业务转发往度较大的节点,从而使信息更快到达目的地;而业务量较大时,将业务分散处理,避免在度大的节点处拥塞,使得所有节点的发送能力均能得到充分利用,从而提高了整个网络的业务承载能力.仿真结果表明,本策略有效地提高了网络容量,并且降低了网络中信息包的平均传输时延.     

基于节点状态的中南地区民航网络级联失效

随着中国各类突发事件的频繁发生,为保障民航交通网络的安全运营,使民航网络在不断动态演化过程中保持较强的网络抗毁能力,通过复杂网络理论构建民航网络级联失效模型,该模型根据级联失效现象下民航网络节点的变化情况,构建了一种基于节点状态的民航网络容量-负载级联失效模型,模型中的网络节点包含"正常-失效-暂停"三种状态.以中南地区民航网络为例进行了实证分析.结果 表明:改进后的民航网络级联失效模型能更为准确地仿真网络级联失效过程;网络在选择性攻击下所呈现的鲁棒性较差.针对仿真结果分析,对于民航网络优化时,应该重视提升网络关键节点的鲁棒性,可有效提升网络的安全运行.     

基于介度熵的复杂网络节点重要度识别方法

现有复杂网络通常会受到随机攻击和蓄意攻击,导致复杂网络拓扑结构的可靠性性能下降.为了解决以上问题,基于图熵,结合节点的介数中心性和其所有邻居节点的度中心性,提出一种新的攻击策略,即介度熵( BE),用来识别网络中的重要节点并加以保护.实验分别通过静态攻击和动态攻击来评估攻击策略在3个标准网络模型和3个真实网络上的效率,通过比较,介度熵比传统的攻击策略具有更高的攻击效率.     

基于度-负载联合偏好的scale-free网络局部路由策略

提出了一种scale-free网络上的自适应局部路由策略.发送节点根据每个邻居节点当前负载与其发送能力的关系,自适应调整向该邻居节点转发信息包的概率.此概率与每个邻居节点度的a次方成正比,a是可自适应变化的偏好因子,由节点度以及负载联合决定.当节点负载小于发送能力时,增大其偏好因子;反之,则减小.这样使得整个网络业务量较小时,可以优先把业务转发往度较大的节点,从而使信息更快到达目的地;而业务量较大时,将业务分散处理,避免在度大的节点处拥塞,使得所有节点的发送能力均能得到充分利用,从而提高了整个网络的业务承载能力.仿真结果表明,本策略有效地提高了网络容量,并且降低了网络中的信息包的平均传输时延.     

基于邻居系数的聚集度可调无尺度网络建模

针对聚集系数未涉及间接邻居连通性和无法正确描述大节点度网络节点的问题,提出聚集度的新度量-邻居系数,并基于其统计意义提出邻居系数网络模型.邻居系数从邻居演化的角度描述聚集度,定义为网络节点的间接邻居也是其直接邻居的概率,分析表明邻居系数可有效地描述各种网络节点的聚集度.邻居系数模型是通过引入局域连接这一邻居演化机制对Barabási-Albert(BA) 无尺度网络模型的扩展.仿真结果表明邻居系数网络模型既具有可调的聚集度,又保持节点度的幂率分布.     

无标度网络的级联故障模型及控制方案

提出了一个基于无标度网络的含能量耗散和扩容功能的级联故障模型,通过计算机模拟发现网络中节点的能量耗散和容量扩充是驱动系统向自组织临界状态演化的重要因素.此外,为了减小网络级联故障的规模,对网络中的一些关键节点进行了控制,研究结果显示只要对网络中极少数的关键节点进行控制就能大大降低整个网络的故障规模.     

城市复杂地铁网络级联失效抗毁性分析

为全面分析了解地铁网络抗毁性问题,保障地铁网络安全平稳运行。采用复杂网络级联失效理论对城市地铁网络抗毁性进行研究。以北京地铁网络为例,构建北京地铁网络级联失效模型,通过MATLAB软件实现级联失效模型的仿真运算,对比分析不同节点攻击策略北京地铁网络抗毁性。仿真结果表明:随机攻击策略对地铁网络破坏性相对较小,而面临节点重要度和介数的两种蓄意攻击策略时,地铁网络抗毁性较弱。并进一步为地铁网络建设以及运营管理提供理论支持。     

静息态功能脑网络核心节点评价方法及其在抑郁症分类上的应用

识别大脑功能网络的核心节点对于脑科学与脑疾病研究有重要的指导意义。目前,研究者普遍运用度中心性和k-core分解法来度量网络的核心节点,然而度中心性只考虑节点自身的邻居个数而忽略了其在网络中的位置。k-core分解法只考虑节点在网络中的位置而忽略了其自身的特性。本文综合考虑节点的度值及其在网络中的位置,提出了一种基于度值和节点位置相结合的核心节点评价方法。对正常被试大脑功能网络进行蓄意攻击仿真实验表明:与度中心性和kcore分解法相比,对采用新方法识别出的核心节点进行蓄意攻击后,网络的全局效率下降幅度最大;其次,依据文中提出的中心性指标,找到抑郁症患者和正常被试之间具有显著差异的脑区,并将这些脑区的中心性指标作为分类特征进行分类,使得分类的准确率提高了7%.     

基于分布式流的复杂网络上边级联失效

考虑现实网络中流的分布式传输方式和边的负载-容量关系,提出了一个带有可调权重参数的边级联失效模型.依据新的度量网络鲁棒性指标,探讨了两种典型复杂网络由蓄意边攻击而引发的级联失效行为.仿真结果表明,存在最优参数值使得网络达到最强抵制边级联失效的鲁棒性,能够显著降低灾害动力学发生的可能性.而且,网络的拓扑结构和平均度均对网络鲁棒性产生了影响。     

社团生成结构的电力信息物理系统鲁棒性分析

随着传感器技术的快速发展,信息网与电网的深度融合,电力系统的智能化水平越来越高,但也面临着安全性、脆弱性等一系列问题.结合相互依存网络与介数负荷-容量级联故障模型,提出了包含电网、信息网孤岛运行的连锁故障仿真算法,主要研究了具有社团结构的电力信息物理系统(cyber physical system,CPS)鲁棒性,修正...     

基于耦合策略的相依网络级联故障研究

随着基础设施网络的不断扩大,使得网络之间的相依性不断增加,导致相依网络系统中发生的级联故障较为严重。对此,本文提出了一个在相依网络系统中研究级联故障的理论框架,其中考虑了层内和层间的级联故障的影响,探究了跨层网络元件之间的不同耦合方式,即相依方式对级联故障的动态影响。通过利用提出的理论框架,对三种有代表性的耦合方式,即随机耦合、"低到高"耦合和"高到高"耦合,进行实验比较。结果显示,"高到高"耦合曲线非常接近Sfin=Sinit曲线,其余两个耦合方式在某些情况下导致电网最终级联故障增加了150%,在通信网中更严重;且在相依网络为一对一耦合模型下,两个相依网络节点的耦合方式对级联故障的最终影响程度起着关键作用,与其他形式的相依耦合方式相比,将两个网络的对等节点耦合,即"高到高"耦合所产生的级联故障较小,有效减轻相依网络级联故障的潜在策略。