復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)同步控制及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.pdf

1、1998年，Watts和Strogatz在《Nature》上發(fā)表文章，發(fā)現(xiàn)了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)背后的小世界特性，1999年Barabasi和Albert在《Science》發(fā)表研究成果，提出節(jié)點(diǎn)度分布具有無(wú)標(biāo)度特性。這掀起了研究復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的熱潮，吸引了物理、數(shù)學(xué)、工程、社會(huì)學(xué)、生物學(xué)等各領(lǐng)域的學(xué)者去探究復(fù)雜世界背后隱藏的本質(zhì)規(guī)律，因此成為眾多領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。
　　復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)在自然界普遍存在，比如：因特網(wǎng)，交通網(wǎng)，電力網(wǎng)，人際關(guān)系網(wǎng)，科研

2、引用網(wǎng)，病毒傳播網(wǎng)，航空運(yùn)輸網(wǎng)，國(guó)際貿(mào)易網(wǎng)，人體生理網(wǎng)，新陳代謝網(wǎng)等等。近年來(lái)，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的問(wèn)題日益突出：SARS病毒在極短的時(shí)間流行全球，金融危機(jī)波及各國(guó)，氣候問(wèn)題越發(fā)嚴(yán)重，電力事故不斷出現(xiàn)等。為此，人們非常需要去認(rèn)知復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，了解其背后隱藏的本質(zhì)規(guī)律，便于揚(yáng)長(zhǎng)避短地應(yīng)用之。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)從不穩(wěn)定到穩(wěn)定是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，在該過(guò)程中存在臨界狀態(tài)，對(duì)于處于臨界狀態(tài)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)又該呈現(xiàn)何種特征，如何設(shè)計(jì)出更加優(yōu)良的同步穩(wěn)定控制器，趨利避害

3、的對(duì)待復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題，是當(dāng)前該理論研究新的問(wèn)題。
　　隨著社會(huì)的快速發(fā)展，能源緊缺問(wèn)題日益突出，以石油、煤炭為核心的能源格局必須打破。同時(shí)，也帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。發(fā)展新能源成為時(shí)代主題，也帶來(lái)新的電網(wǎng)安全問(wèn)題。2003年，美國(guó)電力科學(xué)研究院(EPRI)將未來(lái)電網(wǎng)定義為intelligentgrid；2005年，歐洲首先提出了“Smart Grid”--能電網(wǎng)概念，意在解決新形勢(shì)下人類所面臨的能源、環(huán)境和電網(wǎng)安全問(wèn)題。如何真正的從

4、根本上解決電力系統(tǒng)安全問(wèn)題，被推到了時(shí)代浪尖，迫使我們重新梳理和反思。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的研究還存在待完善之處，其應(yīng)用研究才剛起步，還存在諸多亟待解決的問(wèn)題。
　　為此，本文結(jié)合當(dāng)前復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論研究現(xiàn)狀和電網(wǎng)建設(shè)的特點(diǎn)，采用上述理論，就目前存在問(wèn)題展開研究工作，主要包括以下幾個(gè)方面：
　　1.進(jìn)行復(fù)雜系統(tǒng)臨界同步機(jī)理研究。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由于節(jié)點(diǎn)特性和邊耦合特性的多樣性而更加復(fù)雜。對(duì)于這種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有兩個(gè)截然相反的整體形態(tài)(穩(wěn)定和非

5、穩(wěn)定)，對(duì)其臨界特性的研究尤為重要。本文對(duì)其臨界同步特性進(jìn)行了研究，提出了判斷一類復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)臨界態(tài)的充分條件和必要條件，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了這種臨界態(tài)的存在及判斷判據(jù)的正確性。對(duì)進(jìn)一步研究復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的臨界特性有重要意義。
　　2.復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)同步牽制控制理論的研究。牽制控制是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)同步最有效的方法，通過(guò)對(duì)少量節(jié)點(diǎn)的控制驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)到期望的狀態(tài)或軌道。本文通過(guò)引入節(jié)點(diǎn)重要度指數(shù)，在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)和實(shí)際節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)貢獻(xiàn)力上架起了橋梁。提出了基于節(jié)點(diǎn)重

6、要度指數(shù)的牽制策略。同時(shí)，將節(jié)點(diǎn)重要度指數(shù)引入到了控制器的設(shè)計(jì)中，得到了牽制控制器設(shè)計(jì)更合理有效的方法，解決了牽制控制器設(shè)計(jì)中參數(shù)確定缺少理論依據(jù)的問(wèn)題。
　　3.基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的交直流輸電系統(tǒng)研究。利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，深入分析超高壓直流輸電對(duì)電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)特性的影響。提出了交直流混合輸電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)特性評(píng)價(jià)方法，算例證明直流輸電的引入將使電網(wǎng)向無(wú)標(biāo)度特性轉(zhuǎn)移。同時(shí)對(duì)高壓直流輸電換流站選址進(jìn)行研究，算例證明根據(jù)度大的節(jié)點(diǎn)選擇換流站能增加網(wǎng)

7、絡(luò)的抗毀性。
　　4.提出基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)牽制控制理論實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)AGC牽制控制。將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)牽制控制理論用到AGC控制中，將電力輸送的潮流約束和傳輸能力轉(zhuǎn)換成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的邊權(quán)，并將邊權(quán)視為電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間的耦合強(qiáng)度，考慮節(jié)點(diǎn)的實(shí)際容量，結(jié)合電網(wǎng)的物理連接得到節(jié)點(diǎn)的點(diǎn)權(quán)。同時(shí)，根據(jù)發(fā)電節(jié)點(diǎn)的點(diǎn)權(quán)大小，運(yùn)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)牽制控制策略對(duì)部分發(fā)電節(jié)點(diǎn)進(jìn)行牽制自適應(yīng)控制，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜電網(wǎng)中實(shí)際有功平衡和各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速同步。
　　5.建立基于模糊支持向量機(jī)學(xué)習(xí)理

8、論的電力系統(tǒng)負(fù)荷在線預(yù)測(cè)模型。機(jī)器學(xué)習(xí)是繼專家系統(tǒng)之后人工智能應(yīng)用的又一重要研究領(lǐng)域，也是人工智能的核心研究課題之一，其顯著的特點(diǎn)就是小樣本學(xué)習(xí)，且在學(xué)習(xí)過(guò)程中不存在過(guò)學(xué)習(xí)和局部極小的缺點(diǎn)，有較好的推廣性，得到廣泛的應(yīng)用。本文運(yùn)用模糊集理論對(duì)負(fù)荷影響因子進(jìn)行模糊化，并采用最小二乘支持向量機(jī)(LS-SVM)學(xué)習(xí)方法，結(jié)合嵌入維思想進(jìn)行建模和預(yù)測(cè)，利用粒子群(PSO)算法進(jìn)行模型參數(shù)尋優(yōu)。同時(shí)，為降低運(yùn)算量，提出小批量更新方法，實(shí)現(xiàn)在線學(xué)習(xí)