复杂船舶电力系统的脆性建模仿真研究

江苏科技大学硕士学位论文论文题目复杂船舶电力系统的脆性建模仿真研究研究方向复杂系统分析与建模学科、专业控制理论与控制工程研究生姓名陈瑞平导师姓名朱志宇教授填表时间2012年3月22日摘要I摘要随着船舶贸易的不断增加和普遍，船舶电力系统的安全性与可靠性要求也越来越高。系统规模不断扩大，容量也不断上升，船舶电力系统结构的复杂度也越来越高。由于船舶电力系统工作环境比较恶劣，且系统自身也存在一些缺陷，这些来自于外部或内部的不确定性的干扰，都可能使得某个子系统突然崩溃，由于连锁崩溃效应，最终可能会使整个系统坍塌，船舶电力系统所具有的这种特性称为脆性。脆性是从一个全新的角度来认识和研究复杂船舶电力系统可靠性、安全性，作为复杂系统的一个基本特性被提出，目前研究还处于起步阶段，本文以复杂船舶电力系统为研究对象，主要针对系统脆性建模进行研究和分析。首先，本文给出船舶电力系统脆性的定义、特点以及数学描述，研究出船舶电力系统脆性被激发的条件，给出复杂船舶电力系统的脆性传递模型。其次，基于交流潮流理论，建立复杂船舶电力系统脆性的Agent图模型。当某一子系统因故障崩溃后，系统潮流会重新分配，利用交流潮流算法调整系统潮流，使系统尽量维持在稳定范围内，进一步说明复杂船舶电力系统脆性演化的过程。然后，在脆性模型的基础上，以图的边描述子系统之间的脆性联系，边的权值描述子系统之间的脆性联系程度，应用粒子群优化算法和蚁群算法求解系统在脆性发生时最有可能崩溃的路径，即最大崩溃路径。通过对脆性最大崩溃路径的预防和控制可有效地防止整个系统的崩溃。最后，基于混沌思想，研究和分析船舶电力系统脆性与混沌之间的内部联系。并结合实际的混合馈线式船舶电力系统，建立基于混沌理论的脆性模型。系统在混沌产生条件的刺激下，船舶电力系统的脆性被激发，求出此时的K熵值，检测系统的无序程度，并研究系统Lyapunov指数的变化情况，分析系统在脆性激发后是否处于混沌状态。进一步论证脆性是系统从有序稳定状态到混沌状态的过程。这些方法的结合，有助于更准确更全面的认识和分析复杂船舶电力系统的脆性，并且可有效的预防和控制脆性发生，提高船舶电力系统的可靠性以及安全性。关键词：船舶电力系统；脆性；优化算法；交流潮流；混沌理论；IIAbstractIIIAbstractWiththeincreaseandcommonofshiptrade,securityandreliabilityrequirementofshipelectricalpowersystembecomemoreandmorehigh,thescaleandcapacityofsystemaremoreandmorebig,complicateddegreeofsystemstructureismoreandmorehigh.Environmentofshipelectricalpowersystemissevereandithasintrinsicdefects.Sointerferencethatexteriororinnercanmakeshipelectricalpowersystemcollapse.Theseinterferencesarelikelytomakeasubsystemcollapsesuddenly,anditmaycausechaineffectscollapse,ultimatelythewholeofshipelectricalpowersystemwillcollapse.Sobrittlenessistodescribethefunctionofcomplexpowerelectricsystem.Fromanewpointofview,thesecurityandreliabilityofshipelectricalpowersystemareresearched.Asabasiccharacteristicisintroduced,theresearchonbrittlenessisstillonthestartstage.Theresearchobjectofthispaperisshipelectricalpowersystem.Thismaintaskistoestablishbrittlenessmodelofthesystem.Firstly,thispaperintroducesthedefinition,characteristicandthemathematicaldescriptionofbrittlenessoftheshipelectricalpowersystem.Itwaspointedoutthatstimulationconditionsofbrittlenessofshipelectricalpowersystem,itgivescomplexpowersystemtoshipbrittletransfermodel.Secondly,basedonthebrittlenessmodelofsystems,theedgesdescribethebrittlenesslinkbetweentwosubsystems,andtheweightofedgesaredescribedthedegreeofbrittlenesslinkbetweentwosubsystems.Theparticleswarmoptimizationalgorithmandantcolonyalgorithmareusedtoseekoutthepaththatmostlikelytocollapse,thatisthebiggestcollapsepath.Throughpreventandcontrolthebiggestcollapseofbrittlenesscaneffectivelypreventoccurrenceofbrittlenessandthecollapseofthewholesystem.Furthershowstheevolutionofthebrittleprocessofshipelectricpowersystem.Thirdly,basedontheoryofACcurrentandagentdigraph,brittlenessmodelofshipelectricalpowersystemisestablished.Whenasubsystemcollapses,thecurrentofsystemwillberedistributed.Accordingtothebalanceconditionsofshipelectricalpowersystem,ACcurrentisusedtoadjusttocurrentofthewholesystem,andmakesthesystemtomaintainstablerangeaspossibleas.Lastly,basedonchaostheory,analysistherelationbetweenchaosandbrittleness.Brittlenessmodelisprovidedofshipelectricalpowersystemofmixedfeedertype.Thesystemisdisturbedbytheinterferenceofchaoticconditions,andbrittlenessisinspired.江苏科技大学工学硕士学位论文IVSolvingthekolmogoroventropy,teststhedisorderdegreeofsystem.ResearchonLyapunovindex,analysisthesystemwhetherinamessafterbrittlenesswasstimulated.Furtherexpoundsthecloserelationbetweenchaosandbrittleness.Thecombinationofthesemethodsisgoodtounderstandandanalysethebrittlenessofshipelectricalpowersystem.Itcaneffectivelypreventandcontrolthebrittlenesshappen,improvingthesystemreliabilityandsecurity.Keywords:shipelectricalpowersystem;brittleness;optimizationalgorithm;theoryofACcurrent;chaostheory目录V目录摘要......................................................................................................................................IAbstract................................................................................................................................III第1章绪论...........................................................................................................................11.1船舶电力系统脆性的研究背景..................................................................................11.2船舶电力系统脆性研究的目的和意义......................................................................21.3国内外的发展和研究现状..........................................................................................31.4研究内容......................................................................................................................5第2章复杂船舶电力系统的脆性理论...............................................................................72.1引言..............................................................................................................................72.2船舶电力系统脆性的定义..........................................................................................72.3船舶电力系统脆性的特殊性......................................................................................82.4船舶电力系统脆性的客观存在........................................................................