现实生活中,许多关键基础设施网络,如供水网、交通网、供电网、Internet网等,彼此相互耦合在一起。这就使得一个网络中某一节点的失效,会触发依赖网络上其他节点的连锁失效,进而引发故障在相互依赖的耦合网络上蔓延,最终导致相当一部分节点,甚至整个耦合网络的崩溃。为应对相继故障引发的关键基础设施耦合网络上的灾难,及时、准确并且有针对性的快速响应是控制灾难蔓延并降低各类社会经济损失的关键所在,更是基础设施网络管理实践中面临的巨大挑战。为此,本文针对关键基础设施耦合网络上的级联故障问题,以有效控制级联故障在耦合网络上蔓延为目标,从网络静态和动态两个角度建立耦合网络上的相继故障模型,探讨两层次耦合网络上相继故障的动力学过程,提出预防大规模相继故障爆发的整体和局部保护措施,并在实际管理领域展开相应的研究。文本的主要研究内容如下：(1)不考虑负荷的耦合网络边相继故障模型的研究。在重点分析耦合网络级联故障动力学演化机制的基础上,提出了边上的相继故障模型。为了更好地对比耦合网络间耦合模式对级联故障蔓延的影响,探讨了三种不同的连接模式及网络拓扑结构与耦合网络抵制级联故障鲁棒性之间的关联性。凭借几种度量指标,获得了不同耦合网络中最稳健的耦合网络架构,发现了相互依赖的两个耦合网络之间拓扑结构越相似,网络抵制相继故障的鲁棒性越强,并从耦合模式、网络基本模型的选择、网络平均度等几个角度给出了耦合网络边相继故障模型的整体保护策略。(2)耦合网络相继故障负荷模型的研究。考虑边权重和相互依赖网络间的耦合强度对负荷的影响,提出了一种新的边初始负荷定义方法,构建了相互依赖网络上带有可调参数的相继故障负荷模型。以提高相互依赖网络整体抵制相继故障能力为出发点,依据不同度量指标,从多角度分析了具有不同耦合模式的相互依赖网络鲁棒性与模型参数之间的关联性；此外,基于多种度量指标,研究了具有不同连接模式耦合网络遭遇大负荷边和小负荷边袭击的鲁棒性；最后,通过优化相互依赖网络间的连接模式,研究了提高网络整体抵制相继故障鲁棒性的优化策略。(3)边相继故障模型的实例分析。由于我国电网数据较难获取,而且很多相继故障的研究都是基于美国电力网络展开的。因此,本文也选择美国电力网络作为实例分析的对象,研究了实际的电力网络有效预防相继故障发生的应对策略。应用本文提出的两种边相继故障模型,探讨不同袭击策略下电力耦合网络上的相继故障现象,并对本文提出的耦合网络上整体和局部保护策略进行验证。这对我国电网系统的维护和发展具有理论和现实的指导意义,也可以为其他耦合网络系统的建设提供参考依据。本文提出的耦合网络边相继故障模型,丰富了现有耦合网络研究的内容体系。提出的针对耦合网络上的保护预防策略及优化方法可以应用于现实管理领域,在控制和预防相继故障的发生、降低故障的蔓延对网络系统造成的破坏、提高网络系统的安全性和可靠性等方面具有现实意义。