基于继电特性函数的互联电力系统混沌控制

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1、物理学报ActaPhys.Sin.Vol.63,No.5(2014)050504基于继电特性函数的互联电力系统混沌控制闵富红1)y马美玲1)翟炜2)王恩荣1)1)(南京师范大学电气与自动化工程学院,南京210042)2)(国网电力科学研究院,南京210003)(2013年10月13日收到;2013年11月4日收到修改稿)电力系统中的混沌振荡对整个互联电网具有极大危害.本文利用Lyapunov指数、分岔图、相平面图和功率谱等分析一个简单互联电力系统的动力学行为,研究电力系统对电磁功率扰动幅值的敏感性.同时,提出一种基于继电特性函数的准

2、滑动模态控制方法,对系统进行混沌振荡抑制,使系统快速平滑地到达控制目标.实验表明,该方法不仅能够缩短控制时间,减少因参数过大带来的系统冲击,而且对高频抖动也有很好的抑制作用,具有较强的鲁棒性.关键词:互联电力系统,滑模变结构控制,继电特性函数PACS:05.45.Gg,05.45.Ac,05.45.PqDOI:10.7498/aps.63.050504等[10]采用非线性动力学理论研究了电力系统中的1引言环面分岔与混沌现象,对涡卷产生的机理、表现形式和存在特点进行了详细的分析;邵明珠等[11]把近年来,我国电力工业发展迅速,2010年

3、装机简单互联电力系统的动力学问题化为具有阻尼项总容量已突破9亿千瓦,居世界第2位.随着电力和受迫项的二阶非线性问题,并利用多尺度法给出系统规模日益扩大和大机组快速励磁系统比例逐了系统的近似解.渐增加,电力系统在运行中经常出现由外界扰动导深入了解电力系统中混沌产生的机理和引发致的电压失稳,因而发生混沌振荡,甚至导致系统条件是预防和抑制混沌振荡的前提.结合非线性解裂,造成大面积停电.动力学系统的理论分析方法[1215],目前电力系统随着电力系统稳定性问题的深入研究,人们逐的混沌控制已经取得了一些成果.其中滑模控制渐发现,电力系统是一种耦

4、合性强且变量较多的动因为对参数变化及外界扰动的敏感性较低,而深受态系统,当系统参数发生改变时,系统就会展示出丰富的非线性动力学行为[1].在遭受外界扰动时,欢迎,但是传统滑模控制律中含有非光滑的符号函数,伴随着高频抖振现象.为此,宗天元等[16]在电只要扰动幅值满足一定条件,系统将出现混沌振荡[27].目前,国内外已经有学者开始研究电力系力系统稳定控制过程中将符号函数替换成饱和函数,成功解决了该问题;刘美菊等[17]则通过模糊控统中的混沌现象,如薛禹胜等详细给出了混沌分岔与电压失稳之间的联系[8],并指出了电力系统中通制规则设计的方

5、法,减小了切换控制对滑动模态的向混沌的不同途径;Lal等[9]提出了研究混沌现象影响,也明显抑制了同步电机控制过程中的抖振.的统一建模与仿真方法,讨论了电力系统中混沌的需要指出的是,上述方法虽然取得了较好的控制效存在性以及系统对参数、初始值的敏感性;贾宏杰果,但并没有涉及到在电磁功率扰动下互联电力系国家自然科学基金(批准号:51075275)、江苏省自然科学基金(批准号:BK20131402)、教育部留学回国人员科研启动基金(批准号:教外司[2012]1707号)、江苏省六大人才高峰资助课题和江苏省普通高校研究生科研创新计划项目(批

6、准号:CXLX13_391)资助的课题.†通讯作者.E-mail:minfuhong@njnu.edu.cn©2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietyhttp://wulixb.iphy.ac.cn050504-1物理学报ActaPhys.Sin.Vol.63,No.5(2014)050504统的混沌控制研究.如果参数过大,还将对系统建模部分造成巨大的冲2010年,董世勇等[18]在简单互联系统的基础[20]击.因此,本文在以上研究的基础上作出了进上考虑了电磁功率扰动的情况,并且分别研究了一步的改进与提高.首先

7、,利用分岔图和Lyapunov系统在周期负荷扰动与电磁功率扰动下的混沌现指数等对电磁功率扰动下的互联电力系统进行详象,但文中只有理论分析,缺乏控制策略.许燕青[19]细动力学特性分析,揭示混沌振荡的出现和内在规等进一步在该模型基础上采用滑模控制来抑制律.其次,设计含有继电特性函数的非线性控制器,混沌振荡,虽然在控制律的选取过程中用饱和函数替代了符号函数,解决了高频抖振问题,但使得仿对互联电力系统进行滑模变结构控制,在保证去抖真时间变长.由于饱和函数本身属于非光滑函数,动的同时,使系统快速平滑的达到控制目标.61342S17S25图1简

8、单互联系统模型1为系统1的等值发电机;2为系统2的等值发电机;3为系统1的等值主变压器;4为系统2的等值主变压器;5为负荷片;6为断路器;7为系统联络线√√µ=Pe/Ps,η=αH/Ps,γ=βH/Ps,2互联电力系统模