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.     

基于动力中继的小世界复杂电机网络混沌同步控制

利用链式结构中间节点参数不匹配能降低两个非直接相连外部节点的同步耦合强度临界值,促进两节点同步的特性,对一个双向耦合的小世界电机网络进行同步控制.首先从外部增加参数不匹配的中继节点,通过动力中继降低整个网络的同步耦合强度阈值,从而促进整个电机网络的同步,然后分析动力中继如何作用于网络,最后用数值仿真验证该方法的有效性.     

多层单向耦合星形网络的特征值谱及同步能力分析

随着复杂网络同步的进一步发展,对复杂网络的研究重点由单层网络转向更加接近实际网络的多层有向网络.本文分别严格推导出三层、多层的单向耦合星形网络的特征值谱,并分析了耦合强度、节点数、层数对网络同步能力的影响,重点分析了层数和层间中心节点之间的耦合强度对多层单向耦合星形网络同步能力的影响,得出了层数对多层网络同步能力的影响至关重要.当同步域无界时,网络的同步能力与耦合强度、层数有关,同步能力随其增大而增强;当同步域有界时,对于叶子节点向中心节点耦合的多层星形网络,当层内耦合强度较弱时,层内耦合强度的增大会使同步能力增强,而层间叶子节点之间的耦合强度、层数的增大反而会使同步能力减弱;当层间中心节点之间的耦合强度较弱时,层间中心节点之间的耦合强度、层数的增大会使同步能力增强,层内耦合强度、层间叶子节点之间的耦合强度的增大反而会使同步能力减弱.对于中心节点向叶子节点耦合的多层星形网络,层间叶子节点之间的耦合强度、层数的增大会使同步能力增强,层内耦合强度、节点数、层间中心节点之间的耦合强度的增大反而会使同步能力减弱.     

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.     

两层耦合可激发介质中螺旋波转变为平面波

采用Br-Eiswirth模型研究了两层耦合可激发介质中螺旋波的动力学,两层介质通过网络连接,即在每一层介质上,每一列选一个可激发单元作为中心点,在一层介质上同一列的可激发单元只与另一层介质上对应的中心点及其8个邻居有耦合.数值模拟结果表明:通过这种局部耦合,在适当小的耦合强度下两耦合螺旋波可实现同步,增大耦合强度会导致螺旋波漫游和漂移,造成螺旋波不同步,观察到螺旋波与静息态、低频平面波和不规则斑图共存现象.在适当强的耦合强度下,还观察到两螺旋波转变成同步的平面波消失现象.对产生这些现象的物理机理做了讨论.     

不同耦合下混沌神经元网络的同步

采用Hindmarsh-Rose神经元动力学模型, 对二维点阵上的神经元网络的同步进行了研究. 为了解不同耦合对网络同步的影响, 提出了一般反馈耦合、分层反馈耦合和分层局域平均场反馈耦合三种方案.研究表明:在耦合强度较小的近邻耦合下, 一般反馈耦合不能使网络达到完全同步, 而分层反馈耦合和分层局域平均场反馈耦合可以使网络出现局部同步和全局同步. 不同形式的耦合会导致网络出现不同的斑图, 随着耦合强度的增大, 网络从不同步到同步的过程也不相同, 一般反馈耦合和分层反馈耦合网络是突然出现全局同步, 同步之前网络出现非周期性的相干斑图; 对于分层局域平均场反馈耦合网络, 同层神经元之间先出现从簇放电同步到同步的转变, 形成靶波, 然后同步区由中心向外逐渐扩大, 最终达到网络的全局同步. 这些结果表明, 只有适当的耦合才能实现信号的无损耗的传递. 此外我们发现分层局域平均场反馈耦合可以促进网络的同步.     

基于度与集聚系数的网络节点重要性度量方法研究

网络中节点重要性度量对于研究网络的鲁棒性具有十分重要的意义. 研究者们普遍运用度或集聚系数来度量节点的重要程度, 然而度指标只考虑节点自身邻居个数而忽略了其邻居之间的信息, 集聚系数只考虑节点邻居之间的紧密程度而忽略了其邻居的规模. 本文综合考虑节点的邻居个数, 以及其邻居之间的连接紧密程度, 提出了一种基于邻居信息与集聚系数的节点重要性评价方法. 对美国航空网络和美国西部电力网进行的选择性攻击实验表明, 采用该方法的效果较k-shell指标可以分别提高24%和112%. 本文的节点重要性度量方法只需要考虑网络局部信息, 因此非常适合于对大规模网络的节点重要性进行有效分析. 关键词： 网络科学 鲁棒性 节点重要性 集聚系数     

非线性耦合完全网络的时空混沌同步

利用N个Fitzhugh-Nagumo模型作为网络节点,通过非线性耦合构成完全网络,研究了这种网络的时空混沌同步问题.首先给出了复杂网络中连接节点之间的非线性耦合函数的一般性选取原则.进一步基于Lyapunov稳定性定理,理论分析了实现网络同步的条件以及控制增益的取值范围.最后,通过仿真模拟检验了以Fitzhugh-Nagumo模型作为网络节点所构成的完全网络的时空混沌同步效果.仿真结果表明,这种完全网络不但同步快速有效,而且网络规模的大小对网络同步稳定性的影响不敏感. 关键词： 同步 复杂网络 时空混沌 非线性耦合     

多个耦合星型网络的同步优化

本文讨论了星型网络中耦合Kuramoto振子的同步优化问题.分别考察具有随机频率分布叶子节点的单星型结构和多星型结构耦合网络达到同步所需的临界耦合强度.基于正弦函数的有界性导出的理论结果表明,单星型结构网络中,系统同步临界耦合强度与中心振子频率之间具有分段线性关系,而多星型结构耦合网络中,系统同步临界耦合强度与所有星型结构中心振子的频率之和保持分段线性关系.两种结构的网络的同步临界耦合强度最小值均在分段线性的转折点处.多星型结构耦合网络中,最小同步临界耦合强度出现在耦合系统只有一个同步集团的情形,而最大同步临界耦合强度出现在耦合系统有多个同步集团的情形.     

非线性函数耦合的Chen吸引子网络的混沌同步

利用非对称非线性函数耦合混沌同步方法,讨论了Chen吸引子的混沌同步问题,数值模拟分析初始值和耦合强度因子的选择对于实现混沌同步的影响. 将非对称非线性函数耦合同步方法进一步推广发展到完全连接网络和由星形子网络构成的复杂大网络混沌同步的研究中. 提供了确定网络中神经元之间混沌同步状态稳定性的误差发展方程,并讨论各个耦合强度因子对网络同步稳定性过程的影响,给出了相应的稳定性范围. 通过数值模拟证明利用非线性函数作为耦合函数,实现完全连接网络、星形子网络构成大网络的混沌同步是有效的. 可以预测在网络的混沌同步 关键词： 非线性耦合函数 Chen吸引子 混沌同步 网络     

激光时空混沌模型的加权网络投影同步

提出了一种实现加权网络时空混沌投影同步的方法.通过构造合适的Lyapunov函数,确定了加权网络中连接节点之间耦合函数的结构以及网络节点状态方程中分离配置的线性项的系数矩阵的取值范围.以Bragg声光双稳系统作为局域函数,单向耦合映像格子作为空间扩展系统构成激光时空混沌模型.通过仿真模拟检验了采用激光时空混沌模型作为网络节点的加权网络的投影同步效果.结果显示,对于任意的节点之间耦合强度的权重值,加权网络的投影同步均可以实现. 关键词： 投影同步 加权网络 时空混沌 Bragg声光双稳系统     

Generalized chaos synchronization of a weighted complex network with different nodes

This paper proposes a method of realizing generalized chaos synchronization of a weighted complex network with different nodes. Chaotic systems with diverse structures are taken as the nodes of the complex dynamical network, the nonlinear terms of the systems are taken as coupling functions, and the relations among the nodes are built through weighted connections. The structure of the coupling functions between the connected nodes is obtained based on Lyapunov stability theory. A complex network with nodes of Lorenz system, Coullet system, Rõssler system and the New system is taken as an example for simulation study and the results show that generalized chaos synchronization exists in the whole weighted complex network with different nodes when the coupling strength among the nodes is given with any weight value. The method can be used in realizing generalized chaos synchronization of a weighted complex network with different nodes. Furthermore, both the weight value of the coupling strength among the nodes and the number of the nodes have no effect on the stability of synchronization in the whole complex network.     

Cluster synchronization in the adaptive complex dynamical networks via a novel approach

This Letter investigates cluster synchronization in the adaptive complex dynamical networks with nonidentical nodes by a local control method and a novel adaptive strategy for the coupling strengths of the networks. In this approach, the coupling strength of each node adjusts adaptively only based on the state information of its neighborhood. By means of the proposed scheme, the sufficient conditions for achieving cluster synchronization are derived analytically by utilizing Lyapunov stability theory. It is demonstrated that the synchronization performance is sensitively affected by the control gain, the inner-coupling matrix and the network topological structure. The numerical simulations are performed to verify the effectiveness of the theoretical results.     

Synchronisation in networks of delay-coupled type-I excitable systems

We use a generic model for type-I excitability (known as the SNIPER or SNIC model) to describe the local dynamics of nodes within a network in the presence of non-zero coupling delays. Utilising the method of the Master Stability Function, we investigate the stability of the zero-lag synchronised dynamics of the network nodes and its dependence on the two coupling parameters, namely the coupling strength and delay time. Unlike in the FitzHugh-Nagumo model (a model for type-II excitability), there are parameter ranges where the stability of synchronisation depends on the coupling strength and delay time. One important implication of these results is that there exist complex networks for which the adding of inhibitory links in a small-world fashion may not only lead to a loss of stable synchronisation, but may also restabilise synchronisation or introduce multiple transitions between synchronisation and desynchronisation. To underline the scope of our results, we show using the Stuart-Landau model that such multiple transitions do not only occur in excitable systems, but also in oscillatory ones.     

环形加权网络的时空混沌延迟同步

研究了环形加权网络的时空混沌延迟同步问题.以随时间和空间演化均呈现混沌行为的时空混沌系统作为网络的节点,通过环形加权连接使所有节点建立关联.基于线性稳定性定理,通过确定网络的最大Lyapunov指数,得到了实现网络延迟同步的条件.在最大Lyapunov指数小于零的区域内,任取节点之间耦合强度的权重值,均可以使整个网络实现延迟同步.采用具有时空混沌行为的自催化反应扩散系统作为网络节点,仿真模拟验证了该方法的有效性. 关键词： 延迟同步 加权网络 时空混沌 Lyapunov指数     

The synchronization of FitzHugh--Nagumo neuron network coupled by gap junction

It is well known that the strong coupling can synchronize a network of nonlinear oscillators. Synchronization provides the basis of the remarkable computational performance of the brain. In this paper the FitzHugh-Nagumo neuron network is constructed. The dependence of the synchronization on the coupling strength, the noise intensity and the size of the neuron network has been discussed. The results indicate that the coupling among neurons works to improve the synchronization, and noise increases the neuron random dynamics and the local fluctuations; the larger the size of network, the worse the synchronization. The dependence of the synchronization on the strength of the electric synapse coupling and chemical synapse coupling has also been discussed, which proves that electric synapse coupling can enhance the synchronization of the neuron network largely.     

面向成本-收益好的无标度耦合网络构建方法

较大平均路径长度的网络会带来较大的网络延迟, 难以支持时间敏感业务与应用. 通过增加连接可以降低源和目的节点之间的跳数, 进而降低网络平均延迟, 使得更加快速地传播信息, 但是增加连接的同时也增加了网络构建成本. 分层网络是研究网络耦合的一个有效方法, 但目前网络构建过程中将每层网络分别处理并认为每层网络之间没有强相关性. 本文提出了一种面向成本-收益的无标度网络动态构建方法. 此方法将网络分为多层, 基于连续论在高层网络中添加连接, 使得网络演化为无标度网络. 此连续过程包括节点度增加过程和局部网络半径增长两个连续过程, 在增加连接的过程中引入表征网络构建成本和收益的成本-收益指标. 模拟结果表明引入成本-收益指标的无标度耦合网络构建方法能够在合理范围内有效降低网络平均路径长度, 提升网络性能, 并且本文给出了耦合网络的动态业务性能, 通过调整高层网络避免网络拥塞.     

Cluster synchronization in networks of distinct groups of maps

In this paper, we study cluster synchronization in general bi-directed networks of nonidentical clusters, where all nodes in the same cluster share an identical map. Based on the transverse stability analysis, we present sufficient conditions for local cluster synchronization of networks. The conditions are composed of two factors: the common inter-cluster coupling, which ensures the existence of an invariant cluster synchronization manifold, and communication between each pair of nodes in the same cluster, which is necessary for chaos synchronization. Consequently, we propose a quantity to measure the cluster synchronizability for a network with respect to the given clusters via a function of the eigenvalues of the Laplacian corresponding to the generalized eigenspace transverse to the cluster synchronization manifold. Then, we discuss the clustering synchronous dynamics and cluster synchronizability for four artificial network models: (i) p-nearest-neighborhood graph; (ii) random clustering graph; (iii) bipartite random graph; (iv) degree-preferred growing clustering network. From these network models, we are to reveal how the intra-cluster and inter-cluster links affect the cluster synchronizability. By numerical examples, we find that for the first model, the cluster synchronizability regularly enhances with the increase of p, yet for the other three models, when the ratio of intra-cluster links and the inter-cluster links reaches certain quantity, the clustering synchronizability reaches maximal.     

Projective synchronization of spatiotemporal chaos in a weighted complex network

<正>Projective synchronization of a weighted complex network is studied in which nodes are spatiotemporal chaos systems and all nodes are coupled not with the nonlinear terms of the system but through a weighted connection.The range of the linear coefficient matrix of separated configuration,when the synchronization is implemented,is determined according to Lyapunov stability theory.It is found that projective synchronization can be realized for unidirectional star-connection even if the coupling strength between the nodes is a given arbitrary weight value.The Gray-Scott models having spatiotemporal chaos behaviours are taken as nodes in the weighted complex network,and simulation results of spatiotemporal synchronization show the effectiveness of the method.