船舶梯形电网脆性风险熵分析与网络重构优化研究

The project focuses on zonal distribution network, and studies the energy optimization and management issues of ship power distribution network planning and reconfiguration under the network vitality, reliability, and economic indicators. Here, two basic scientific problems include the quantitative analysis of vulnerability of ship zonal distribution network, and the reconfiguration optimization modeling of shipboard power system. The project considers the characteristics of Cyber-physical systems, and introduces risk entropy analysis of vulnerability, convex approximation modeling, and the multi-agent system methods associated with physical dynamics: ①The distribution network analysis. The project introduces risk entropy evaluation and evolutionary analysis of zonal distribution network vulnerability ; ② Shipboard Power System reconfiguration modeling. The project highlights Shipboard Power System reconfiguration and Service recovery optimization modeling with Cyber-physical characteristics, and includes steady-state models, dynamic system models and multi-agent system models; ③ Reconfiguration algorithm development and analysis. The project will focus on approximation algorithms giving consideration to both time and optimization quality for solving the steady-state model, and also on the self-organizing and emerging algorithm of multi-agent cooperative game for solving the dynamic-state model. This Project will provide theoretical and technical support for the vulnerability analysis and reconfiguration optimization of shipboard power distribution network, and thus has a significant practical value.

课题以舰船梯形配电网络为对象，研究舰船配电网络规划和电网重构在网络生命力、可靠性和经济性指标下的电能优化管理问题，具体包括舰船梯形配电网络的脆性风险熵分析与评价，电网重构建模及优化算法两个基本科学问题。课题考虑Cyber-physical系统特性，引入脆性风险熵分析,凸逼近模型和模拟物理动态的智能体方法，重点研究：①配电网络分析，研究梯形配电网络的脆性的风险熵评价和演化；②电力系统网络重构建模，研究在Cyber-physical系统特性下的电网重构与服务恢复优化建模问题，包括静态、动态与多智能体模型；③重构算法开发及分析,研究稳态模型下兼顾时间与优化的逼近类算法以及动态模型下的多智能体合作博弈的自组织涌现性算法。 项目研究将为舰船梯形配电网络的脆弱性分析和网络重构优化领域提供理论指导和技术支持，具有重要应用价值。

本项目以梯形舰船电力系统的配电网络为研究对象，研究了梯形舰船电力系统的脆性分析与评价、网络重构与优化以及综合能量管理等问题，项目的研究成果为舰船电力系统的生命力、可靠性和经济性等指标的提升提供了技术支持。具体包括：. （1）在脆性分析过程中，项目组针对梯形舰船电力系统的网络拓扑结构，将系统的网络结构图转换为有向网络图，并结合电路设备可靠性参数，采用基于邻接矩阵的最小割集法对系统关键节点进行了可靠性分析。创新之处在于引入概率增、脆性风险熵等概念对梯形舰船电力系统出现线路故障时系统的可靠性进行了分析，对系统的线路保护具有一定的参考意义。本项目设计的算法可靠性高，运行复杂度小，在梯形舰船电力系统的实时运行中可以快速计算系统可靠性。. （2）在网络重构与优化过程中，项目组通过将故障后负载恢复与重构优化问题转化为背包问题，考虑待恢复负载的重要性，将负载分为三个等级，利用动态规划等方法对问题进行求解。并综合比较了贪婪算法与动态规划法在网络重构中的优劣。经数值仿真验证，动态规划法的算法复杂度小，计算速度快，更适合在舰船等使命关键的设备上使用。. （3）在梯形舰船电力系统的配电能量管理研究过程中，项目组采用基于多智能体的方法，通过分析DC/DC变换器的动态电路特性，将每个配电中心的DC/DC变换器建模为智能体。结合负载功率需求以及电源侧供电能力，实时匹配负载与电源间的供需关系，达到系统经济运行的效果。该算法已在Simulink/SimPower system中进行了数值仿真，半实物仿真模型正在构建中，将进一步验证其有效性。