复杂网络在燃气管网中的应用

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3.0 牛悦 2024-11-19 4 4 2.3MB 49 页 15积分

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摘要

随着网络理论的提出，复杂网络在相关通信、社会、工程技术、管理等领域

得到了广泛的应用。本论文主要通过把复杂网络的理论和方法引入到城市燃气输

配系统中，用复杂网络的一些理论和方法来对影响城市燃气输配系统失效的因素

和城市燃气输配系统用气负荷进行分析。

文章首先简要回顾复杂网络发展历程并介绍网络特征统计参数，并在此基础

上概述了国内城市燃气输配系统的研究现况。

在第三章中，对城市燃气输配系统进行了简要介绍，概述了国内外城市燃气

输配系统的现有分析方法，总结了其优缺点；随后，根据城市燃气输配系统的实

际情况选取了 79 个主要影响城市燃气输配系统的因素，依据他们之间的内在的影

响关系构建网络并通过 NETDRAW 绘制出网络图；通过计算网络的度、度分布，

发现节点度分布具有近似幂律的特性，对较高度数的关键节点影响因素进行了分

析，并依据现有燃气事故的统计资料进行了验证。最后，在此基础上提出了城市

燃气输配系统失效的一些预防措施。

在第四章中，概述了城市燃气负荷研究的重要意义，并对城市燃气负荷的概

念及其分类，城市燃气负荷的特点，相关的影响因素进行了介绍；随后，总结了

城市燃气负荷的研究方法和现状。在对可视算法的基本原理进行了简述基础上，

通过我国东南沿海某城市两个燃气输配站 2008 年12 月26 日至 2009 年9月25 日

燃气负荷数据（其中，去除 2009 年6月16 日至 18 日、7月3日至 8日的数据），

分别构建小时负荷和日负荷可视算法的网络图并进行了分析，计算了网络度分布，

网络平均度，网络平均聚类系数，网络直径和网络的平均路径长度这些重要的网

络统计参数，对这些统计特性进行了有关分析，发现城市燃气负荷具有无标度的

特征和时间序列上的分形特征，并从燃气负荷自身特性基础上给出了初步的解释。

关键词：复杂网络燃气输配系统失效因素用气负荷分析

ABSTRACT

The complex networks have widely used in many fields such as communications,

society, engineering technology and management with advanced the network theory.

In this paper, the theories and methods of complex networks are introduced to the urban

gas transmission and distribution system (UGTDS) and use it analyze UGTDS failure

factors and urban gas load.

In the paper, based on briefly review the history of the complex networks and the

statistical parameters of network characteristics, we introduced the home and abroad

UGTDS researches present situation.

In the chapter three, UGTDS has been brief introduced and reviewed the analysis

methods at home and abroad, summarized their strengths and weaknesses; and then, 79

main influence factors which cause the faults of the system are selected as nodes and the

relations between them are created as links, use the NETDRAW to draw the complex

network. Calculate and analysis the nodes degree and degree distribution, it is showed

that the nodes degree distribution approximately follows power-law with exponent 1.76.

Accessory equipments, user facilities failure and third party effect are identified to be

key factors for the failure of the UGTDS by analyzing the nodes degree, which show a

rather good agreement with real statistic data of gas accident. This work provides a new

approach to identify the key factors for the urban gas transmission and distribution

system. Finally, some preventive measures have been puts.

In the chapter four, we briefly summarized the importance of the UGTDS,

introduced the concept and the load classifications of the urban gas load and the

correlative influencing factors, and then summarized the city gas load research methods

and present situation. Based on the brief introduced the theory of visibility algorithm,

we use two gas transmission and distribution station’s load data make an analysis, the

data’s time range from December 26th, 2008 to September 25, 2009, complex networks

are constructed and analyzed from the gas load with time unit in day and hour

respectively by visibility algorithm. We calculate the main parameters of networks

including degree distribution, average degree, average clustering coefficient, diameter

and average path length of network. Scale-free feature of complex network and fractal

property of time series are found for the urban gas load. Then some explanations are

given in the view of gas load characteristics.

Key Words: complex networks, gas transmission and distribution

system, failure factors, gas load, analyze

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论 ...................................................... 1

§ 1.1 网络发展简介 .............................................. 1

§ 1.2 复杂网络特征度量 .......................................... 2

§ 1.2.1 度、度分布 ........................................... 3

§ 1.2.2 聚类系数 ............................................. 6

§ 1.2.3 平均路径长度 ......................................... 7

§ 1.2.4 介数 ................................................. 8

§ 1.2.5 典型网络基本统计特性 ................................. 8

§ 1.3 现实世界的网络 ............................................ 9

§ 1.3.1 社会网络 ............................................. 9

§ 1.3.2 信息网络 ............................................. 9

§ 1.3.3 技术网络 ............................................ 10

§ 1.3.4 生物网络 ............................................ 10

§ 1.4 本文主要工作概述 ......................................... 11

第二章研究背景及国内外研究现况 ................................... 13

§ 2.1 研究背景概述 ............................................. 13

§ 2.2 国内外研究现况 ........................................... 14

§ 2.1.1 国外研究现况 ........................................ 14

§ 2.1.2 国内研究现况 ........................................ 15

第三章城市燃气输配系统失效因素分析 ............................... 16

§ 3.1 城市燃气输配系统概述 ..................................... 16

§ 3.2 现有分析方法概述 ......................................... 17

§ 3.3 常见失效因素种类 ......................................... 18

§ 3.4 失效因素分析 ............................................. 19

§ 3.4.1 失效因素网络构建 .................................... 19

§ 3.4.2 度、度分布 .......................................... 21

§ 3.4.3 关键节点分析 ........................................ 22

§ 3.5 预防措施 ................................................. 23

第四章城市燃气输配系统用气负荷分析 ............................... 25

§ 4.1 燃气负荷分析的研究意义 ................................... 25

§ 4.2 城市燃气负荷概述 ......................................... 27

§ 4.2.1 城市燃气负荷概念及其分类 ............................ 27

§ 4.2.2 城市燃气负荷特点 .................................... 28

§ 4.2.3 城市燃气负荷相关影响因素 ............................ 29

§ 4.3 城市燃气负荷研究方法及现状 ............................... 29

§ 4.4 基于可视图的燃气负荷分析 ................................. 31

§ 4.4.1 可视算法基本原理简述 ................................ 31

§ 4.4.2 数据说明 ............................................ 32

§ 4.4.3 燃气负荷可视图统计特征 .............................. 32

§ 4.4.4 燃气负荷统计特性分析 ................................ 35

第五章后续研究方向 ............................................... 37

第六章结束语 ..................................................... 38

参考文献 ............................................................ 40

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 ...................... 45

致谢 .............................................................. 46

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摘要：

摘要随着网络理论的提出，复杂网络在相关通信、社会、工程技术、管理等领域得到了广泛的应用。本论文主要通过把复杂网络的理论和方法引入到城市燃气输配系统中，用复杂网络的一些理论和方法来对影响城市燃气输配系统失效的因素和城市燃气输配系统用气负荷进行分析。文章首先简要回顾复杂网络发展历程并介绍网络特征统计参数，并在此基础上概述了国内城市燃气输配系统的研究现况。在第三章中，对城市燃气输配系统进行了简要介绍，概述了国内外城市燃气输配系统的现有分析方法，总结了其优缺点；随后，根据城市燃气输配系统的实际情况选取了79个主要影响城市燃气输配系统的因素，依据他们之间的内在的影响关系构建网络并通过NETDRAW绘制出...

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