一种用于抑制七阶电力系统混沌振荡的动态面滑模控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于抑制七阶电力系统混沌振荡的动态面滑模控制方法，包括以下步骤：步骤1，在七阶电力系统引入有功功率储能装置及无功功率储能装置，使整个系统形成受控七阶电力系统；步骤2，在确定系统常值参数的基础上，建立所述受控七阶电力系统的精确数学模型，并确定受控七阶电力系统的控制目标及系统输出；步骤3，为所述受控七阶电力系统动力学模型设定滑模面σ以及六个动态面S

A dynamic surface sliding mode control method for suppressing the chaotic oscillation of the seventh order power system

【技术实现步骤摘要】
一种用于抑制七阶电力系统混沌振荡的动态面滑模控制方法
本专利技术属于电气工程
以及电力系统控制
，特别涉及一种用于抑制七阶电力系统混沌振荡的动态面滑模控制方法。
技术介绍
电力系统混沌振荡会对电力系统的稳定性造成各种不利的影响。因此电力系统混沌行为的控制问题作为一个理论性与实践性共同需要解决的问题引起了诸多学者的关注；由于混沌机理的复杂性以及电力系统动力学模型的复杂性所致，目前在该领域仍然存在诸多问题。目前，现有的方法主要研究一些低阶电力系统模型，比如只针对二阶及四阶电力系统动力学模型进行混沌控制器设计。从控制的角度来说，这些模型均是比较简单的，这表明已有控制方法并不具有普适性。目前，诸多的电力系统混沌控制方法只从非线性控制或者混沌控制的角度出发而很少考虑电力系统本身的运行特点，这导致目前提出的控制方法并不实用。电力系统是典型的高维、强耦合的复杂工程实际系统，因而从实践的角度来说，控制更复杂的电力系统动力学模型就显得更为必要，并且其动力学模型本身越复杂，考虑的因素越全面，也就越能表征电力系统的运行特点。著名的七阶电力系统模型是目前最为复杂的一个电力系统动力学模型，由于动力学模型本身的复杂性所致，对其进行控制就比较困难。因此，迫切需要考虑七阶混沌电力系统的控制问题。从控制器实用性的角度来说，目前也有考虑将静止无功补偿器以及静止无功发生器等FACTS装置用于电力系统混沌控制的成果，这就最终将电力系统混沌控制问题归结为电力系统的无功功率控制问题，然而这些方法适用于控制二阶电力系统和四阶电力系统，其未必适用于复杂的七阶电力系统。更加重要的一点是，利用这些装置控制电力系统混沌时并不能凸显电力系统混沌控制的本质。实际上，本专利技术呈现的结果表明，电力系统混沌控制不仅要控制电力系统无功功率，也要对电力系统有功功率进行控制。综上，亟需一种新的用于抑制七阶电力系统混沌振荡的动态面滑模控制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于抑制七阶电力系统混沌振荡的动态面滑模控制方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本专利技术提供的较为通用的能够用于抑制七阶电力系统混沌振荡的动态面滑模控制方法，可解决七阶电力系统混沌振荡的控制问题。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的一种用于抑制七阶电力系统混沌振荡的动态面滑模控制方法，包括以下步骤：步骤1，在七阶电力系统引入有功功率储能装置及无功功率储能装置，使整个系统形成受控七阶电力系统；其中包括：在电力系统发电机母线处接入第一台有功功率储能装置，在负载母线处接入第二台有功功率储能装置及一台无功功率储能装置；步骤2，在确定系统常值参数的基础上，建立所述受控七阶电力系统的精确数学模型，并确定受控七阶电力系统的控制目标及系统输出；步骤3，将所述受控七阶电力系统的混沌控制问题归结为三个具有严格反馈形式的动力学子系统的镇定问题；为所述受控七阶电力系统动力学模型设定滑模面σ以及六个动态面S1、S2、S3、S4、S5、S6，通过动态面滑模控制器的设计方法得到控制输入upes1、uqes及upes2；步骤4，利用李雅普诺夫稳定性分析方法对闭环受控七阶电力系统的稳定性进行分析，并得到受控七阶电力系统的控制参数。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的方法，通过对七阶电力系统模型引入有功功率及无功功率储能装置的动力学模型，将电力系统混沌控制问题归结为电力系统有功功率及无功功率的控制。从动力学系统的控制角度来说，最终将复杂七阶混沌电力系统的控制问题最终归结为三个具有严格反馈形式的子系统的镇定问题，并为其设计了动态面滑模控制输入，经过动态面滑模控制器设计，受控电力系统本质上形成一个复杂的十三阶电力系统动力学模型；当控制器投入运行后，系统的十三个状态变量均恢复到平衡态，这时电力系统也就恢复到了稳定运行状态，从而有效控制了电力系统中的混沌振荡。具体的，(1)与已有控制电力系统混沌振荡时只将电力系统混沌控制问题归结为电力系统无功功率控制并引入静止无功补偿器及静止无功发生器的方法不同，本专利技术通过引入有功功率储能装置及无功功率储能装置控制电力系统混沌振荡的方法，将电力系统的混沌控制问题归结为电力系统的有功功率及无功功率的控制问题，能够更加凸显电力系统混沌控制的本质；(2)与已有电力系统混沌控制方法只针对简单的二阶及四阶混沌电力系统不同，本专利技术直接针对目前最为复杂的七阶电力系统进行混沌控制器的设计，使得所设计的控制器更加具有普适性，本专利技术对七阶混沌电力系统的控制思路完全可以延伸应用于解决更加实际的电力系统动力学模型的混沌控制问题；(3)与目前普遍应用的反推控制方法不同，动态面控制克服了反推控制的“复杂性爆炸”问题，避免了对虚拟控制的求导过程，这就使得本专利技术所设计的控制输入完全不包括受控系统的导数信息，可有效提升所设计控制输入的工程实用性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例中，受控七阶电力系统的电路接线示意图；图2为本专利技术实施例中，七阶混沌电力系统相图；图3为本专利技术实施例中，七阶混沌电力系统动态面滑模控制的流程示意框图；图4为本专利技术实施例中，动态面滑模控制器设计流程示意图；图5为本专利技术实施例1中的误差变量时域波形示意图；图6为本专利技术实施例1控制器作用前后七阶电力系统时域波形；图6中的(a)为状态变量δm的时域波形示意图，图6中的(b)为状态变量sm的时域波形示意图，图6中的(c)为状态变量E'q的时域波形示意图，图6中的(d)为状态变量E'd的时域波形示意图，图6中的(e)为状态变量Efd的时域波形示意图，图6中的(f)为状态变量δL的时域波形示意图，图6中的(g)为状态变量VL的时域波形示意图；图7为本专利技术实施例1控制器投入运行后等效十三阶电力系统的时域波形示意图；图8为本专利技术实施例1受控电力系统状态在相空间中的演化过程示意图；图9为本专利技术实施例1所设计的控制输入时域波形示意图；图10为本专利技术实施例2系统功率扰动条件下等效十三阶电力系统的时域波形示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例。基于本专利技术公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本专利技术保护的范围。请参阅图1至图4，本专利技术实施例的一种用于抑制七阶电力系统混沌振荡的动态面滑模控制方法，步骤主要包括：(1)为七阶电力系统引入有功功率储能装置及无功储能装置，包括：在电力系统发电机母线处接入第一台有功功率储能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于抑制七阶电力系统混沌振荡的动态面滑模控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，在七阶电力系统引入有功功率储能装置及无功功率储能装置，使整个系统形成受控七阶电力系统；其中包括：在电力系统发电机母线处接入第一台有功功率储能装置，在负载母线处接入第二台有功功率储能装置及一台无功功率储能装置；/n步骤2，在确定系统常值参数的基础上，建立所述受控七阶电力系统的精确数学模型，并确定受控七阶电力系统的控制目标及系统输出；/n步骤3，将所述受控七阶电力系统的混沌控制问题归结为三个具有严格反馈形式的动力学子系统的镇定问题；为所述受控七阶电力系统动力学模型设定滑模面σ以及六个动态面S

【技术特征摘要】
1.一种用于抑制七阶电力系统混沌振荡的动态面滑模控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，在七阶电力系统引入有功功率储能装置及无功功率储能装置，使整个系统形成受控七阶电力系统；其中包括：在电力系统发电机母线处接入第一台有功功率储能装置，在负载母线处接入第二台有功功率储能装置及一台无功功率储能装置；
步骤2，在确定系统常值参数的基础上，建立所述受控七阶电力系统的精确数学模型，并确定受控七阶电力系统的控制目标及系统输出；
步骤3，将所述受控七阶电力系统的混沌控制问题归结为三个具有严格反馈形式的动力学子系统的镇定问题；为所述受控七阶电力系统动力学模型设定滑模面σ以及六个动态面S1、S2、S3、S4、S5、S6，通过动态面滑模控制器的设计方法得到控制输入upes1、uqes及upes2；
步骤4，利用李雅普诺夫稳定性分析方法对闭环受控七阶电力系统的稳定性进行分析，并得到受控七阶电力系统的控制参数。


2.根据权利要求1所述的一种用于抑制七阶电力系统混沌振荡的动态面滑模控制方法，其特征在于，步骤2中，建立的所述受控七阶电力系统的精确数学模型为：



式中：δm与sm分别表示发电机功角与滑差；Pes1表示第一台有功储能装置从电力系统发电机母线中吸收的有功功率；E'q与E'd分别表示发电机q轴与d轴的暂态电势；Efd表示发电机励磁电势；δL与VL分别表示负载母线电压的相角与幅值；Qes表示无功储能装置提供给负载母线的无功功率；Pes2表示第二台有功储能装置从电力系统负载母线中吸收的有功功率；Tes表示储能装置时间常数；Kpes1表示第一台有功储能装置控制输入增益；Kqes表示无功储能装置控制输入增益；Kpes2表示第二台有功储能装置控制输入增益；upes1表示第一台有功储能装置控制输入；uqes表示无功储能装置控制输入；upes2表示第二台有功储能装置控制输入。


3.根据权利要求2所述的一种用于抑制七阶电力系统混沌振荡的动态面滑模控制方法，其特征在于，步骤2中，受控七阶电力系统的控制目标是使得整个电力系统恢复到同步运行状态，并使负载母线电压恢复到额定值，表达式为：(δm,sm,δL,VL)＝(0,0,0,1)，系统输出确定为：y1＝δm，y2＝δL，y3＝VL。


4.根据权利要求3所述的一种用于抑制七阶电力系统混沌振荡的动态面滑模控制方法，其特征在于，步骤3中，动态面滑模控制器的设计方法包括：
滑模面表达为：
σ＝sm+k·(δm/ωB)；
式中，k为正的常数，ωB表示电力系统角频率，为系统常值参数；
第一个动态面为：S1＝σ，动态面S1满足的动态方程为：



为了稳定动态面S1，选择虚拟控制输入为：



用一个时间常数为τ1的滤波器对进行滤波，得到滤波输出Pes1d，滤波器的动态方程为：



第二个动态面S2＝Pes1-Pes1d，动态面S2满足的动态方程为：



用于稳定动态面S2，并使其收敛至0，最终的控制输入upes1为：



动态面S3...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小腾，王江彬，刘凌，刘崇新，张艳丽，
申请(专利权)人：国网陕西省电力公司电力科学研究院，西安交通大学，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61