基于社团结构的电力光纤网边缘边挖掘及加边策略

作     者：万超逸 

作者单位：东北电力大学 

学位级别：硕士

导师姓名：姜万昌

授予年度：2022年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：电力光纤网 社团划分 边缘边挖掘 加边策略 

摘      要：电力光纤网是支撑电力网络并具有与电力网络同等规模的网络,当电力光纤网中某些线路损坏时,会造成级联故障,甚至会导致整个网络的瘫痪。分析电力光纤网线路脆弱性,提高整个网络的连通性和效率,对于确保电力光纤网稳定运行具有重要意义。因此,本文根据实际的省级电力光纤网络的物理拓扑结构,基于复杂网络理论构建电力光纤网络模型对电力光纤网模型进行社团划分,识别出对电力通信安全稳定运行起到关键作用的脆弱边缘线路,实施差异化管理与运维,并设计合理加边策略,以保证脆弱线路的运行可靠性。具体内容如下:首先,为弥补仅依靠行政区划分对电力光纤网管理的缺陷,挖掘出社团结构下的对网络起重大影响的链路,设计一种电力光纤网的社团划分算法。首先,从所构建电力光纤网络模型中提取骨干网得到初始社团,定义并计算网络中所有边的局部边缘中心性;其次,删除值大于阈值的边,得到首次社团划分。最后,根据边密度合并小社团,确定网络划分。通过对吉林省电力光纤网进行实验分析发现,划分后的各部分区域内部全部连通,整体韧性度较按照行政区划分方法提高了60%,社团结构更加明显,与其他四种社团划分算法相比,本算法在网络效率和模块度也取得了很好的效果。其次,为识别出网络薄弱边结构,对网络进行合理保护,设计一种电力光纤网的边缘边挖掘算法。首先,针对电力光纤网络模型划分的社团,计算各个社团的拓扑可靠性度量,求得社团间的边缘边集合;其次,基于网络异质性,提出基于H-索引的脆弱边度量;最后,综合考虑与社团的拓扑可靠性度量,得出社团内部的边缘边集合,与社团之间的边缘边进行整合排序,得到整个网络的边缘边集合。通过对吉林省电力光纤网进行实验分析发现,与其他四种脆弱边挖掘算法相比,本算法在去除边缘边后网络的连通度平均降低37.6%、网络效率平均降低46.95%,能更有效的挖掘出网络的脆弱边。最后,为实现同成本或低成本下的连通性和网络效率最优,设计一种电力光纤网加边策略。首先,在电力光纤网络模型的边缘边集基础上,得到边缘节点集,并根据度量计算节点的脆弱性度量。其次,引入重复节点回避机制,将边缘节点集的最大值节点与全集中除边缘边集的度最大节点进行加边。根据对吉林省电力光纤网的实验分析发现,网络效率平均最短距离提高了17.49%,效率提高了13.71%,证实该加边策略的有效性。