基于潮流追踪的电网同步性能优化及鲁棒性分析

采用二阶类Kuramoto模型对电网进行合理建模，分别应用临界同步耦合强度和平均同步误差来描述电网的同步能力和鲁棒性.研究发现，发电机的功率分配对线路的传输功率影响较大，而电网中高负荷线路越多，网络越难同步.基于这一发现，首先在发电机功率均匀分配（EG）方式下，计算出每条线路的传输功率，然后基于潮流追踪算法提出一种发电机功率非均匀分配（TG）方式，即在发电总量不变的情况下，增大枢纽发电机节点的功率，减小边缘发电机节点的功率.该发电机功率分配策略可以在一定程度上降低网络的临界同步耦合强度，减小平均同步误差，改善电网的同步性能和鲁棒性.     

簇间连接方式不同的簇网络的同步过程研究

本文对簇间连接方式不同的三类簇网络的同步能力和同步过程进行研究. 构成簇网络的两个子网均为BA无标度网络, 当簇间连接方式是双向耦合时, 称其为TWD网络模型, 当簇间连接是大子网驱动小子网时, 称其为BDS网络模型, 当簇间连接是小子网驱动大子网时, 称其为SDB网络模型. 研究表明, 当小子网和大子网节点数目的比值大于某一临界值时, TWD网络模型的同步能力大于BDS网络模型的同步能力, 当该比值小于某一临界值时, TWD网络模型的同步能力小于BDS网络模型的同步能力, SDB网络模型的同步能力是三种网络结构中最差的. 对于簇间连接具有方向性的单向驱动网络, 簇网络的整体同步能力与被驱动子网的节点数和簇间连接数有关, 与驱动网络自身节点数无关. 增加簇间连接数在开始时会降低各子网的同步速度, 但最终各子网到达完全同步的时间减少, 网络的整体同步能力增强. 文中以Kuramoto相振子作为网络节点, 研究了不同情况下三种簇网络的同步过程, 证明了所得结论的正确性. 关键词： 簇网络 有向连接 同步能力 Kuramoto振子     

基于复杂网络的电网结构健壮性及Braess悖论现象研究

应用复杂网络理论,建立电力系统的改进导纳模型,结合电网拓扑特性和电气特性对电网的级联故障进行研究。通过随机移除传输线引发电网级联故障,研究网络的节点数、平均度、发电站数量以及发电站的分布状况对系统健壮性的影响,并对小世界电网级联故障过程中的布雷斯(Braess)悖论现象进行分析。研究表明：网络的健壮性与其拓扑结构密切相关,平均度较大时,最近邻耦合网络和小世界网络健壮性曲线存在多个分叉点;在小世界结构电网中,一般平均度和节点数越大,发电站的数量越多,电网健壮性越好;发电站分散分布比发电站集中分布的电网健壮性更好。对网络容量增加导致健壮性降低的布雷斯现象进行解释。     

基于局部序参数的电网同步性能优化

采用类Kuramoto模型对电网中的节点进行建模,利用局部序参数描述节点的局部同步能力.研究发现相比小功率节点,大功率节点到其直接邻居节点更难达到同步.提出一种网络耦合强度的非均匀分配方法,在网络总耦合强度不变的情况下,增大大功率节点到其直接邻居节点的耦合强度以及相关节点对之间的连边耦合强度,减少其余节点对间的耦合强度.研究表明,这种方法可以在一定范围内降低电网的同步临界耦合强度,改善网络的同步性能;但当这种耦合强度的非均匀性过大时,网络的同步性能开始恶化.     

两个玻色-爱因斯坦凝聚体间相互作用的数值研究

本文采用辛算法数值求解一维含时Gross-Pitaevskii(GP)方程.研究了存在陷俘势和撤掉陷俘势时两个凝聚体间的相互作用.发现当存在陷俘势时两个凝聚体间发生弹性碰撞;在零时刻撤掉陷俘势时两个凝聚体间发生干涉现象;当t=2时撤掉陷俘势两个凝聚体间发生了复杂现象.     

环形斑光束在非线性克尔介质中的自聚焦效应

通过数值求解非线性Schrödinger方程,详细讨论了环形斑光束在非线性克尔介质中的传输特性.当入射光超过一定的功率时,光束产生多级自聚焦现象,自聚焦焦点出现在离轴的环上;自聚焦阈值与环形光束的半径有关;传输过程中光斑存在横向分裂现象,并且分裂与聚焦交替进行;当两个半径不同的同轴环状光束同时在非线性介质中传输时产生耦合效应,耦合效应使其自聚焦增强.     

混沌光通信与OC-48光纤通信的波分复用

数值证实并分析了混沌激光通信与现行光通信的波分复用传输,对于100 GHz的信道间隔,混沌激光通信系统实现了传输速率为1 Gbit/s数字信号的保密传输,现行光通信系统实现了传输速率为2.5 Gbit/s数字信号的传输.研究表明,当现行光通信中脉冲光信号的峰值功率不超过17 dBm时,混沌激光通信可在传输距离80 km内实现并行传输.此外,当现行光通信中脉冲光信号的峰值功率为7 dBm时,系统接收到的信号质量受混沌激光通信的干扰很小,当光纤传输距离从80 km增加到160 km时,对应的眼图开启度从82% 关键词： 混沌光通信 混沌同步 波分复用 信道串扰     

大气湍流对轨道角动量态复用系统通信性能的影响

通过数值仿真,以多个相位屏模拟大气湍流,研究大气湍流对轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)态复用通信系统质量的影响.改变大气湍流折射率结构常量C2n和传输距离z,分析其对OAM态复用系统归一化接收功率、误码率等的作用.研究结果表明当大气湍流强度增加和传输距离增长时,复用系统归一化接收功率下降、误码率增加.当C2n增大到5×10-13 m-2/3时,系统归一化接收功率下降到0.2以下,误码率增大到0.3以上;当传输距离增大到10 000m,系统归一化接收功率下降到0.3以下,误码率增大到0.35以上.同时,对比不同方位角指数l取值的两个OAM态复用系统受大气湍流的影响,发现:l取值越接近的系统,受大气湍流影响越大.在等同光学信噪比下大气湍流导致OAM态复用系统误码率性能降低2至3个数量级.该研究对OAM态复用系统的实用化具有积极的参考作用.     

基于一维间距调制型光子晶格的光传输现象

采用数值模拟方法研究了高斯光束在四种间距调制型光子晶格中的传输规律. 研究发现: 在具有两个正双曲正割势垒和矩形势垒的晶格阵列中, 光波在势垒处发生明显的衍射现象, 而在势阱处发生强烈的局域现象; 在具有两个负双曲正割势垒和负矩形势垒的晶格阵列中, 光波可在势垒处发生无反射传输或在势垒中发生局域现象; 而在势阱中振荡衰减传输. 研究还发现在低功率情况下, 负势垒支持的线性模式间可以发生振荡耦合; 高功率非线性情况下, 光波将发生局域现象. 研究结果为利用光子晶格调节和控制光波传输, 实现全光开关提供了新的思路和方法. 关键词： 调制型光子晶格 波导阵列 模式 光开关     

两层星形网络的特征值谱及同步能力

多层网络是当今网络科学研究的一个前沿方向.本文深入研究了两层星形网络的特征值谱及其同步能力的问题.通过严格导出的两层星形网络特征值的解析表达式,分析了网络的同步能力与节点数、层间耦合强度和层内耦合强度的关系.当同步域无界时,网络的同步能力只与叶子节点之间的层间耦合强度和网络的层内耦合强度有关;当叶子节点之间的层间耦合强度比较弱时,同步能力仅依赖于叶子节点之间的层间耦合强度;而当层内耦合强度比较弱时,同步能力依赖于层内耦合强度;当同步域有界时,节点数、层间耦合强度和层内耦合强度对网络的同步能力都有影响.当叶子节点之间的层间耦合强度比较弱时,增大叶子节点之间的层间耦合强度会增强网络的同步能力,而节点数、中心节点之间的层间耦合强度和层内耦合强度的增大反而会减弱网络的同步能力;而当层内耦合强度比较弱时,增大层内耦合强度会增强网络的同步能力,而节点数、层间耦合强度的增大会减弱网络的同步能力.进一步,在层间和层内耦合强度都相同的基础上,讨论了如何改变耦合强度更有利于同步.最后,对两层BA无标度网络进行数值仿真,得到了与两层星形网络非常类似的结论.     

Long-range response to transmission line disturbances in DC electricity grids

We consider a DC electricity grid composed of transmission lines connecting power generators and consumers at its nodes. The DC grid is described by nonlinear equations derived from Kirchhoff's law. For an initial distribution of consumed and generated power, and given transmission line conductances, we determine the geographical distribution of voltages at the nodes. Adjusting the generated power for the Joule heating losses, we then calculate the electrical power flow through the transmission lines. Next, we study the response of the grid to an additional transmission line between two sites of the grid and calculate the resulting change in the power flow distribution. This change is found to decay slowly in space, with a power of the distance from the additional line. We find the geographical distribution of the power transmission, when a link is added. With a finite probability the maximal load in the grid becomes larger when a transmission line is added, a phenomenon that is known as Braess’ paradox. We find that this phenomenon is more pronounced in a DC grid described by the nonlinear equations derived from Kirchhoff's law than in a linearised flow model studied previously in Ref. [1]. We observe furthermore that the increase in the load of the transmission lines due to an added line is of the same order of magnitude as Joule heating. Interestingly, for a fixed system size the load of the lines increases with the degree of disorder in the geographical distribution of consumers and producers.     

基于子网划分的电网关键节点识别

结合电网拓扑结构和潮流追踪技术,提出一种基于子网划分的电网关键节点识别方法。首先,根据发电机节点的邻域信息和功率将发电机节点划分为不同的子集,然后根据电网的系数分配矩阵将负荷节点划分到为其提供最大功率的发电机节点子集中,完成子网划分。接着采用多属性决策法对每个子网的节点进行排序,进一步改进并计算每个子网的结构系数,作为衡量子网重要性的指标。根据子网重要性,从每个子网中提取特定比例的候选关键节点,对这些候选节点依据多属性决策法重新排序,得到关键节点的最终排序。以IEEE14、IEEE57和IEEE118三种节点系统为例进行分析,得到各个系统的子网划分结果和各个标准网络的重要节点排序结果。采用本文方法、PageRank法和多属性决策法分别进行关键节点排序,并对排序靠前的关键节点进行级联故障性能实验和网络效能实验。实验表明,本文算法选择的关键节点对整个网络的传播性能影响最大,优于其他两种关键节点识别方法。     

Transport inefficiency in branched-out mesoscopic networks: an analog of the Braess paradox

We present evidence for a counterintuitive behavior of semiconductor mesoscopic networks that is the analog of the Braess paradox encountered in classical networks. A numerical simulation of quantum transport in a two-branch mesoscopic network reveals that adding a third branch can paradoxically induce transport inefficiency that manifests itself in a sizable conductance drop of the network. A scanning-probe experiment using a biased tip to modulate the transmission of one branch in the network reveals the occurrence of this paradox by mapping the conductance variation as a function of the tip voltage and position.     

交织型层级复杂网

为研究两个异质关联网络复合后的结构特征与节点中心性特征,本文提出了交织型层级复杂网络的概念,可描述由两个具有部分相同节点,连接边属性近似的子网所构成的层级复杂网络,并定义了节点交织系数、路径交织系数和网络交织系数3种测度用于衡量两个子网之间的密切程度.针对该类网络,研究并改进了节点度中心性和介数中心性的计算方法,同时提出一种新的中心性指标—助联性,用于衡量子网的某一节点对另一子网联通性和流通性的助益.通过实验分析,验证了本文各类指标的有效性.     

CFQS装置准环对称测试用磁体电源系统设计

CFQS装置是中国西南交通大学(SWJTU)和日本国家核融合科学研究所(NIFS)联合设计制造的中国首台准环对称仿星器,为满足装置0.1 T稳态运行的实验要求,需要为其磁体线圈设计相应的电源系统。本设计方案考虑工程实际估算线路阻抗,考虑工程裕度、电源以负载参数的1.2倍进行计算,并建立电源系统的Simulink仿真模型,分析负载电流纹波大小及网侧谐波含量。根据仿真结果优化设计方案,通过在直流侧增加无源滤波器,减小输出电流纹波,分析直流侧电压代数形式,计算滤波器参数,并仿真调节得到更加符合实际需求的滤波器参数,满足装置准环对称位形的分布磁场精度对磁体线圈电流纹波的要求。     

电网智能单元加密算法效率评估

随着智能电网发展和电力终端设备智能化和网络化的提升,基于TCP/IP协议的数据通信面临着传统的网络安全隐患;智能电网单元是电网控制的关键组成部分,负责电网业务数据的采集处理、控制指令的收发和执行等工作,涉及大量数据传输,如何保证数据的机密性,是电网系统正常运作的关键因素之一;针对智能单元的传输规约和传输数据的特点,通过模拟智能单元计算环境,在保密性需求的基础上,结合智能单元计算资源的实际情况,综合分析电力行业和国内常见密码算法,包括对称算法和非对称算法,从运算时间及稳定性,数据长度相关性,密钥长度相关性和加密模式几个方面对算法的性能进行综合性评估;为不同智能单元的机密性保护尤其是加密算法的选取提供理论基础和实验数据。     

Critical points and transitions in an electric power transmission model for cascading failure blackouts

Cascading failures in large-scale electric power transmission systems are an important cause of blackouts. Analysis of North American blackout data has revealed power law (algebraic) tails in the blackout size probability distribution which suggests a dynamical origin. With this observation as motivation, we examine cascading failure in a simplified transmission system model as load power demand is increased. The model represents generators, loads, the transmission line network, and the operating limits on these components. Two types of critical points are identified and are characterized by transmission line flow limits and generator capability limits, respectively. Results are obtained for tree networks of a regular form and a more realistic 118-node network. It is found that operation near critical points can produce power law tails in the blackout size probability distribution similar to those observed. The complex nature of the solution space due to the interaction of the two critical points is examined.(c) 2002 American Institute of Physics.