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智能电网运行中面临的可靠性、安全性、经济性、互动性等一系列的关键科学问题研究被列为“面向国家重大战略需求的基础研究”。然而随着电力网络的互联,负荷中心发生大面积停电事故概率增大,大停电事故的发生主要由连锁故障导致,而连锁故障的发生与系统脆弱源存在密切的关系。结构和传输能力分布不均匀性增加了系统的脆弱性。电力系统与信息系统之间复杂耦合关系,使得电力系统运行在获得信息系统带来好处的同时,也将面临来自信息系统故障带来的危害。在极端条件下,耦合系统内部任何一个小故障都会通过耦合关系进一步扩大,甚至蔓延至整个耦合系统,严重地危害电力系统运行。因此,建立考虑电力网络与信息网络交互作用的耦合系统模型,及揭示故障通过耦合关系在系统中传播机理,有利于让信息系统服务于智能电网的发展。大规模产消者接入配电网,改变了传统电网能量垂直流动的方式,潮流的双向流动和用户与电网的互动成为智能配电网典型的特征。分析电力系统的经济运行与其他基础网络之间的联系,并建立模拟产消者(prosumer)自主行为的智能配电网仿真模型,有利于确定电力系统优化配置方案以及均衡市场利益政策。本文以复杂系统理论为基础,分别从单一电力系统连锁故障传播与脆弱性分析、电力网络与信息网络交互作用的机理建模与分析、多层网络耦合的智能配电网运行建模与仿真的角度,分析电力系统连锁故障传播对可靠性的影响,并提出系统脆弱性辨识指标;建立交互作用下电力网络连锁故障传输模型,分析不同的耦合关系和信息网络拓扑结构对电力网络安全运行的影响;建立电力网络、信息网络、社交网络和决策网络交互影响的智能配电网模型,研究大规模产消者接入对电网经济运行的影响,并提出相应的策略优化局部资源配置。本文取得的研究成果如下:基于复杂网络理论,通过选取输电线路阻抗值为复杂网络拓扑模型中边的权重,改进电力网络网络拓扑结构模型,定义综合考虑节点和边差异性的加权网络结构熵模型,以此描述故障演化过程中电网拓扑结构的不均衡性。基于连锁故障传播机理,结合城市电网拓扑的结构特点和运行状态,综合考虑潮流熵的变化指标、节点重要性指标、节点电压偏移和引入考虑输电线路所处电压等级的修正系数,提出了城市电网脆弱线路辨识方法。通过结合PSASP时域仿真结果,验证所提方法的有效性。基于渗流理论和复杂网络理论,研究在电力网络和信息网络交互作用下,连锁故障在耦合网络中的传播机理。分析电网运行、优化调度与信息网络运行之间的关系,改进现有的耦合系统级联故障模型。针对电力信息网络结构统计特征,分别建立双星型和网状电力信息网络拓扑模型;信息包传递的路由策略考虑节点对之间的有效距离和节点信息列队长度;基于交流潮流,建立电力网络和信息网络交互作用的耦合模型。最后,以IEEE标准系统和实际电网为例,分析耦合网络的大停电风险。在电力网络与信息网络交互作用的连锁故障模型上,分析不同耦合关系以及不同结构特征的信息网络稳定运行点与大停电规模之间的关系。分别建立了一种量化不同节点对之间的耦合关系的计算模型、一种改进的信息网络拓扑模型和一种信息网络传输失常计算模型。以IEEE标准系统和实际电网为例,基于直流潮流计算,建立大规模电力系统与信息系统交互作用下的连锁故障模型。结果表明,耦合关系值越大则发生连锁故障概率越小,特别地,当耦合关系为“度数-度数”时,能有效的减少大停电的风险。在交互作用下,信息网络稳定运行的阀值可以用于大停电预警。在电力网络发生故障的初期,双星型电力信息网络结构更有助于电力网络故障信息传输到调度中心,以实现优化控制。提出一个能模拟产消者自主自发行为以及与其它角色交互作用的智能配电网多层网络交互影响的框架,从最大化平衡局部能源角度,研究在大规模产消者接入的场景下,不同的政策溢价和文化背景对区域能源市场的影响。基于多智能体技术对该框架建模并仿真,在该框架下,政策溢价是由最高能源管理者决定,通过政策溢价,鼓励产消者使用清洁能源和最大化自我平衡能源需求,通过自我平衡和自组织区域内的能源交易,减少由电能传输带来的能源消耗与经济损失。