大电网安全性评估的系统复杂性理论

《大电网安全性评估的系统复杂性理论》主要介绍了复杂性理论及其在大电网安全分析领域的应用，内容分为9章。第1章研究了电力系统的复杂性特征，提出了构建电力系统复杂性理论的框架及研究电力系统复杂性理论的综合集成方法。第2章介绍了电力系统大停电的自组织临界现象，通过对北美及我国大停电的历史数据分析，证明了大停电规模与频率之间呈幂律关系以及大停电规模分布的分形分维特征。第3章主要介绍序优化算法和电网演化机制一般模型，该模型将电网演化过程中的动态行为划分为三个时间尺度，涵盖了电力系统长期演化发展过程中的各个要素。第4章利用复杂网络理论研究了电力网络的静态和动态特性，研究了网络结构对于电网安全的影响，提出了线路脆弱度的评估方法。第5章结合电力网络的实际特性，提出了电力网络的局域世界演化模型和电力网络的时空演化模型，并对电力网络结构脆弱性进行了分析。第6章提出了基于直流潮流的改进OPA模型和基于交流潮流的大停电事故。第7章建立了考虑暂态稳定约束的大停电事故模型。第8章提出了改进的连锁故障模型，从时间和空间两个尺度同时刻画电网的演化，并进一步提出了有效准确地评估电力系统连锁故障风险和连锁故障的多智能体控制方法。第9章紧密结合工程实际，初步探讨了自组织临界理论在电力应急管理中的应用。
《大电网安全性评估的系统复杂性理论》可供高等院校电力系统专业的研究生以及从事电力系统运行、规划设计和科学研究的人员参考。

第1章 复杂性科学与电力系统的复杂性1
1.1 前言1
1.2 复杂性科学与电力系统的复杂性理论1
1.2.1 复杂性科学的建立发展与现状1
1.2.2 电力系统灾变防治研究的复杂性理论框架4
1.3 复杂电力系统灾变防治的综合集成方法论初探5
1.3.1 复杂电力系统研究需要新的科学方法5
1.3.2 综合集成方法的基本思想及其在电力系统中的应用6
1.3.3 电力系统复杂性研究的相关问题7
参考文献9

第2章 电力系统大停电的自组织临界现象10
2.1 前言10
2.2 自组织临界性11
2.3 电力系统大停电的自组织临界性12
2.4 电力系统大停电的规模与频率的幂次规律14
2.5 电力系统大停电的规模分布的分形分维特征15
2.6 电力系统大停电的自组织临界性的意义16
2.7 我国电力系统大停电事故自组织临界性的研究16
2.7.1 引言16
2.7.2 自组织临界性17
2.7.3 资料来源及研究方法17
2.7.4 数据分析及结果18
2.7.5 沙堆模型在电力系统中的应用22
2.7.6 小结23
2.8 电网停电事故的极值分析23
2.8.1 极值理论及幂特征下的极值分布23
2.8.2 实例计算24
2.8.3 小结25
参考文献25

第3章 复杂电网的规划方法和演化机制模型28
3.1 电力系统复杂性描述28
3.1.1 基于F-matrix的电网安全复杂性评价28
3.1.2 大型互联电网HOT性质分析29
3.2 序优化理论及其在电力系统规划中的应用33
3.2.1 序优化理论33
3.2.2 基于单目标序优化理论的输电网规划35
3.2.3 基于向量序优化理论的多目标输电网规划40
3.3 电网演化机制模型44
参考文献46
大电网安全性评估的系统复杂性理论

第4章 电力网络复杂性47
4.1 电力网络的结构脆弱性47
4.2 复杂静态电力网络的脆弱性50
4.2.1 互补性脆弱度指标集50
4.2.2 输电线路脆弱度评估方法53
4.3 静态电力网络的分解与协调55
4.3.1 基于社团结构的无功分区算法55
4.3.2 基于控制中心度的关键节点选取58
4.4 复杂动态电力网络的等值与化简62
4.4.1 动态电力网络的Laplace矩阵63
4.4.2 同调等值新算法66
4.5 动态电力网络的同步化控制68
4.5.1 发电机的同步能力系数68
4.5.2 扰动对同步能力系数的影响68
4.5.3 切机策略计算方法69
参考文献70

第5章 电力网络拓扑特性研究72
5.1 电力网络建模72
5.1.1 引言72
5.1.2 电力网络局域世界演化模型73
5.1.3 电力网络时空演化模型80
5.1.4 小结90
5.2 电力网络的脆弱性研究92
5.2.1 引言92
5.2.2 基于隐性故障模型和风险理论的关键线路辨识93
5.2.3 基于复杂网络理论的大电网结构脆弱性分析101
5.2.4 基于复杂网络理论的大型电力系统脆弱线路辨识108
参考文献115

第6章 改进OPA模型与考虑电压的大停电模型118
6.1 改进OPA模型118
6.1.1 基于直流潮流的优化问题118
6.1.2 改进OPA模型119
6.2 基于交流潮流的大停电事故模型126
6.2.1 最优潮流数学模型126
6.2.2 模型设计127
6.3 计及无功/电压特性的大停电事故模型129
6.3.1 大停电事故模型I129
6.3.2 大停电事故模型I的无功/电压分析方法130
6.3.3 大停电事故模型II132
6.3.4 大停电事故模型II的无功/电压分析方法133
参考文献138

第7章 OTS大停电模型139
7.1 暂态稳定裕度指标139
7.2 OTS数学模型和算法实现141
7.2.1 暂态稳定约束处理141
7.2.2 含暂稳约束的最优潮流142
7.2.3 OTS算法实现142
7.2.4 10机39节点系统仿真分析142
7.3 大停电事故模型146
7.3.1 暂态过程(内层循环)146
7.3.2 快动态过程(中层循环)147
7.3.3 慢动态过程(外层循环)148
7.4 连锁故障过程模拟149
7.5 自组织临界性分析150
7.5.1 宏观自组织临界性分析150
7.5.2 快动态临界性及风险评估150
7.6 电源及电网规划应用152
7.6.1 关键线路辨识与调整方法152
7.6.2 电源规划方法154
7.6.3 线路传输容量增长因子的参数调整156
7.6.4 重载线路切除概率参数调整157
7.7 复杂电力系统评估体系158
7.7.1 一致性风险度量159
7.7.2 风险备用与条件风险备用指标体系159
7.7.3 新指标体系的应用163
参考文献167

第8章 电力网络连锁故障研究169
8.1 连锁故障建模169
8.1.1 引言169
8.1.2 直流潮流计算170
8.1.3 基本的OPA模型171
8.1.4 考虑电网演化的连锁故障停电模型与自组织临界性分析172
8.1.5 时空演化OPA模型179
8.1.6 复杂电力网络的连锁故障动态模型与分析185
8.2 电力网络连锁故障机理研究194
8.2.1 引言194
8.2.2 电力网络连锁故障的协同学原理195
8.2.3 电力网络连锁故障的潮流熵研究201
8.2.4 基于潮流熵的复杂电力网络自组织临界性研究210
8.3 连锁故障风险评估217
8.3.1 引言217
8.3.2 连锁故障218
8.3.3 风险理论及其应用220
8.3.4 基于模糊神经网络的电力系统连锁故障风险评估222
8.3.5 考虑继电保护隐性故障的电力系统连锁故障风险评估229
8.4 电力网络连锁故障的防御及控制233
8.4.1 引言233
8.4.2 基于多智能体技术的大电网连锁跳闸预防控制234
参考文献244

第9章 电力应急管理平台应用251
9.1 电力应急管理平台简介251
9.2 电力系统灾变演化模型252
9.3 灾变演化及预警仿真分析253
9.3.1 正常情况下电网运行风险253
9.3.2 灾害评价与预警及防灾预案评价254
9.4 复杂电力系统控制中心概念设计257
9.4.1 复杂电力系统控制中心的发展方向257
9.4.2 基于网格服务的未来电力系统控制中心设计260
9.5 从中长期动态稳定角度研究大面积停电的总体预防264
9.5.1 中长期动态稳定的研究意义264
9.5.2 多区域互联电力系统长期动态交流仿真265
9.6 大停电故障后的恢复275
9.6.1 机组恢复的优化选择方法275
9.6.2 网络重构的智能优化策略282
参考文献291