基于智能电网的复杂网络动态性能分析与优化计算

On account of the basic characteristics and application requirements of the smart grid, this project provides a theoretical framework focus on the analysis of the statistical characteristic, fragility and its active defense strategy, performance limitation of synchronization and optimization dispatching of network resource for complex network with smart grid feature. New statistical parameters are proposed and practical power grid characteristic statistics is carried out based on the specialty of the smart grid; We establish the fragility assessment model featuring the smart grid statistical characteristic, suggest different network failures and study the network fragility under these faults and put forward the active defense strategies accordingly; We also investigate the performance limitation of synchronization base on the clustered structure feature of smart grid; Combined with reactive power optimization in the smart grid, we propose the algorithms for network distribution and dispatching. Through the study of this project, statistical characteristic for the complex network based on smart grid feature will be proposed and complex network fragility assessment model deeply picturing cascading failures of the smart grid will be achieved, active defense strategy under different faults will be given, the value of synchronization performance limitation of clustered networks will be found and dispatching algorithms instructing the reactive power optimization for the smart grid will be realized. This project brings new theories and methods for dynamical performance analysis and optimation calculation of complex networks, at the same time, these results will provide strong theoretical evidence for analysis, design and construction of the smart grid.

本项目从智能电网的基本特征和应用需求出发，研究具有智能电网特征的复杂网络统计特性、脆弱性及其主动防御策略、同步性能极限和网络资源优化调度问题。项目基于智能电网的特征，提出新的统计参量并进行实际电网的特征统计；建立刻画智能电网统计特性的脆弱性评估模型，提出不同的网络故障方式，研究不同故障情况下网络脆弱性并有针对性的给出主动防御策略；基于智能电网的分簇结构特征，研究网络同步性能极限问题；结合智能电网中的无功优化问题，提出网络资源分配和调度算法。通过本研究，将获得具有智能电网特征的复杂网络统计学特征，得到深入刻画智能电网级联故障的网络脆弱性评估模型，给出不同网络故障方式下的主动防御策略，获得网络分簇同步性能极限值，得到能够用于指导智能电网无功优化的资源调度算法。本项目为复杂网络的动态性能分析与优化计算提供新的理论和方法，同时所获得的理论成果将为智能电网的分析、设计与构建提供有力的理论依据。

本项目结合智能电网的基本特征和应用需求，研究具有智能电网特征的复杂网络级联失效动力学概率分析、多线路故障检测方法、电网优化布线策略和负载资源的优化调度问题。项目组研究了复杂电网中初始负载和容纳参数的分布模式对级联失效的影响，考虑到电网的互联使得网络节点的动态行为更为复杂，利用平均场理论建立了概率性级联失效模型，通过对该模型的分析求解得出服从Weibull分布的初始负载和容纳参数使得智能电网能够抵抗较大规模的蓄意攻击，系统的抗干扰能力大大增强；研究了电力复杂网络多线路故障检测问题。为了避免线路故障中断的发生，我们寻求了新的检测方法。利用复杂网络理论，基于相位检测单元（PMU）的数据探索出新的算法，建立了智能电网动力学模型和线路故障模型，提出了新的故障检测算法；研究了基于智能负荷控制器的智能电网优化布线策略。设计基于智能电网的母线化优化布线方案，构建布线路径优化模型，运用改进的Dijkstra算法对电网布线路径进行规划。与中央布线模式相比，母线化布线方式在实施中将节约超过48%的电缆敷设，是一种经济、实用、易推广的智能建筑节能减排解决方案；研究了基于需求侧管理的智能电网负载资源优化调度算法。以泵站泵组为电网负载研究对象，考虑用户侧能源需求和供电侧峰谷电价政策的影响，提出负载资源优化调度模型，运用改进的动态规划算法（IDPA）。算法降低了数学模型的维度，缩短了算法的收敛时间。结果发现，运用该算法能够使得电网负载运行时间避开峰值电价时间段，尽可能多地在谷值电价时间段运行，降低了能源成本。本项目拓展了复杂电网的系统理论，获得的结果对智能电网的特性分析与应用具有一定的指导意义。项目共发表学术论文41篇，其中国际期刊论文31篇，包括25篇SCI期刊论文和6篇EI期刊论文，10篇会议论文。