基于动态级联失效模型的复杂化工网络可控鲁棒性研究

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在化工过程系统构成的复杂网络中,当某一节点出现故障就有可能引发级联失效,从而导致整个生产过程无法正常运行。为提高化工网络抵御故障的能力,前人通过建立级联失效模型来描述化工网络遭受级联失效后的可控鲁棒性,而在以往的研究中,并未考虑实际网络的非线性和动态特性。化工网络内部结构复杂,各变量间关联性较强,且一般具有动态性,因此,本文提出基于动态级联失效模型的化工网络可控鲁棒性的分析方法及优化设计,为提高化工网络抵御级联失效的能力提供理论基础。首先,基于复杂网络理论,根据化工过程系统的拓扑关系,利用复杂网络理论将化工流程中的变量及变量间的关系抽象为网络的节点和边,定义邻接矩阵,构建化工过程系统复杂网络模型。其次,根据化工复杂网络模型求解各节点的初始负载,基于常用的负载容量线性(linear load-capacity,LLC)模型和更符合实际的负载容量非线性(nonlinear load-capacity,NLC)模型,分别采用初始容量再分配策略和剩余容量再分配策略,构建三种不同的复杂网络级联失效模型,采用节点存活率作为化工网络可控鲁棒性的测度,通过对比分析得出理论上更优的级联失效模型,通过改变模型参数模拟化工过程系统发生级联失效后的可控鲁棒性变化情况,得出模型参数对化工网络可控鲁棒性的影响规律。然后,根据真实化工过程系统节点负载的动态特性,建立基于NLC模型和剩余容量再分配策略的动态级联失效模型,通过与非动态级联失效模型的对比,得出更优的级联失效模型。在充分考虑过载节点对相邻节点的影响后,提出了一种基于动态级联失效模型局部保护策略的可控鲁棒性优化方法,通过动态调整过载节点容量的方式增强化工网络在遭受级联失效时的可控鲁棒性。通过案例分析验证了基于负载容量(load-capacity,LC)的级联失效模型的有效性和可行性,且随着负载参数和容量参数的增加,化工网络的可控鲁棒性增强。通过基于动态级联失效模型的局部保护策略有效地提高了化工网络的可控鲁棒性,为提高实际化工过程系统应对级联失效时的可控鲁棒性提供理论参考。
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