一种抑制含有励磁限制的四阶电力系统混沌振荡的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种抑制含有励磁限制的四阶电力系统混沌振荡的方法，涉及电气工程技术领域。该方法包括确定电力系统产生混沌振荡时，电力系统中各个参数的取值；基于非奇异终端滑模控制，设计一个非奇异终端滑模控制器，抑制电力系统的混沌振荡；在非奇异终端滑模控制器的基础上，加入自适应控制，设计一个自适应非奇异终端滑模控制器，通过自适应控制中设计的自适应率对系统的阻尼系数和机械功率进行估计，在阻尼系数和机械功率不确定的情况下，所设计的控制器也可以成功抑制电力系统的混沌振荡；将设计的自适应非奇异终端滑模控制器加入四阶混沌电力系统中，并通过仿真验证自适应非奇异终端滑模控制器的控制效果。

【技术实现步骤摘要】
一种抑制含有励磁限制的四阶电力系统混沌振荡的方法
本专利技术涉及电气工程
，具体涉及一种抑制含有励磁限制的四阶电力系统混沌振荡的方法。
技术介绍
混沌是在非线性系统中产生的一种类随机现象，指的是一个确定的非线性系统，在一定条件下，其状态量会呈现出类似随机的复杂现象。电力系统作为典型的复杂非线性系统，其中存在着复杂的混沌动力学行为。当电力系统中参数发生变化或受到外界扰动时，极易产生混沌振荡现象，电力系统中的混沌振荡现象会造成电压失稳、崩溃，严重影响电力系统的安全、稳定运行，甚至会造成大面积停电事故，给经济和人们的生活造成巨大的损失和严重的危害。为了抑制电力系统中的混沌振荡现象，保证电力系统安全、稳定的运行，人们提出了许多混沌振荡控制方法，例如滑模控制、反馈控制、自适应控制以及协同控制等。在提出的众多混沌振荡控制方法中，许多都是针对简单的二阶电力系统，很难应用到实际的电力系统中。为了更加贴近实际电力系统，目前人们主要研究高阶电力系统的混沌振荡控制方法。滑模控制具有实现简单，响应迅速，对参数变化以及环境扰动不灵敏，无需在线识别等优点，因此被广泛的应用于电力系统混沌振荡控制中。非奇异终端滑模控制可以实现被控系统有限时间内的收敛，提高控制性能，同时还不会产生奇异性的问题。当被控系统中含有未知参数时，自适应控制可以在控制过程中，通过自适应率对不确定的系统参数进行不断修正，从而实现良好的控制效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对含有励磁限制的四阶电力系统中的混沌振荡，提出了一种基于自适应非奇异终端滑模控制的控制方法，该方法可以在系统的阻尼系数和机械功率不确定的条件下，实现电力系统混沌振荡的快速抑制。本专利技术具体采用如下技术方案：一种抑制含有励磁限制的四阶电力系统混沌振荡的方法，包括以下步骤：步骤①：建立四阶电力系统的数学模型，当电力系统产生混沌振荡时，确定电力系统中各个参数的取值；步骤②：基于非奇异终端滑模控制，设计一个非奇异终端滑模控制器，抑制电力系统的混沌振荡；步骤③：在非奇异终端滑模控制器的基础上，加入自适应控制，设计一个自适应非奇异终端滑模控制器，通过自适应控制中设计的自适应率对电力系统的阻尼系数和机械功率进行估计；步骤④：将自适应非奇异终端滑模控制器加入四阶电力系统中，并通过仿真验证自适应非奇异终端滑模控制器的控制效果。优选地，步骤①四阶电力系统的数学模型为式(1)：其中，δ为发电机转子相对角度；ω为发电机转子相对角速度；E′为发电机定子侧暂态电势；Efdr为励磁限制器的输入；M为发电机转动惯量；f0为系统电压频率；D为发电机的阻尼系数；PT为发电机的机械输入功率；xd′为发电机d轴瞬态电抗；x为输电线路电抗；xd为发电机d轴同步电抗；TA为励磁控制器时间常数；KA为励磁控制器增益；Efd0为励磁控制器输入参考电压；Efd为励磁限制器的输出，表达式为V为发电机端电压，表达式为优选地，步骤③中的自适应非奇异终端滑模控制器表示为：其中，α＞0，β＞0，k＞0，η＞0，p,q为正奇数且自适应非奇异终端滑模控制器自适应率表示为式(5),(6)：其中，是D的估计值，γ为自适应系数，是PT的估计值，λ为自适应系数。本专利技术具有如下有益效果：该抑制电力系统混沌振荡的方法达到了抑制电力系统混沌振荡的目的；克服了常规非奇异终端滑模控制收敛速度慢的缺点，并且具有良好的鲁棒性；设计的自适应率可以对不确定的阻尼系数和机械功率进行估计，增强了实用性。附图说明图1为系统发生混沌振荡时相对电角度时序图；图2为系统发生混沌振荡时相对转子角速度时序图；图3为系统发生混沌振荡时吸引子相图；图4为加入本专利技术的控制器后系统相对电角度(δd＝sin(t))时序图；图5为加入本专利技术的控制器后系统相对电角度(δd＝0)时序图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的具体实施方式做进一步说明：抑制含有励磁限制的四阶电力系统混沌振荡的方法，包括以下步骤：步骤①：建立四阶电力系统的数学模型，当电力系统产生混沌振荡时，确定电力系统中各个参数的取值，四阶电力系统的数学模型为式(1)：其中，δ为发电机转子相对角度；ω为发电机转子相对角速度；E′为发电机定子侧暂态电势；Efdr为励磁限制器的输入；M为发电机转动惯量；f0为系统电压频率；D为发电机的阻尼系数；PT为发电机的机械输入功率；xd′为发电机d轴瞬态电抗；x为输电线路电抗；xd为发电机d轴同步电抗；TA为励磁控制器时间常数；KA为励磁控制器增益；Efd0为励磁控制器输入参考电压；Efd为励磁限制器的输出，表达式为V为发电机端电压，表达式为当模型中的各参数值如表1所示，系统进入混沌振荡状态，系统的时序图和混沌吸引子相图如图1、2、3所示。表1步骤②：基于非奇异终端滑模控制，设计一个非奇异终端滑模控制器，抑制电力系统的混沌振荡，非奇异终端滑模控制器具有极快的收敛速度，且具有良好的鲁棒性。定义系统的控制目标为δd，跟踪误差为e＝δ-δd滑模函数设计为步骤③：在非奇异终端滑模控制器的基础上，加入自适应控制，设计一个自适应非奇异终端滑模控制器，通过自适应控制中设计的自适应率对电力系统的阻尼系数和机械功率进行估计，在阻尼系数和机械功率不确定的情况下，所设计的控制器也可以成功抑制电力系统的混沌振荡。自适应非奇异终端滑模控制器表示为：其中，α＞0，β＞0，k＞0，η＞0，p,q为正奇数且定义李雅普诺夫函数为求导得由上述分析可知，该控制器必须具有确定的阻尼系数和机械功率，才能抑制电力系统的混沌振荡。自适应非奇异终端滑模控制器自适应率表示为式(5),(6)：其中，是D的估计值，γ为自适应系数，是PT的估计值，λ为自适应系数。自适应控制可以对系统不确定的阻尼系数和机械功率进行估计，增强控制器的实用性。加入控制器后重新构造的李雅普诺夫函数为求导得由此，可以证明设计的控制器可以使系统达到稳定。步骤④：将自适应非奇异终端滑模控制器加入四阶电力系统中，并通过仿真验证自适应非奇异终端滑模控制器的控制效果。通过仿真验证自适应非奇异终端滑模控制器的控制效果，采用Matlab/Simulink进行数值仿真，控制器中各参数取值分别为：α＝15，β＝1，z＝2，p＝3，q＝5，ψ＝0.01，γ＝2，λ＝2，k＝5，η＝25。控制目标为δd＝sin(t)和δd＝0，仿真时间设为100s。从图4、5可以看出，上述方法可以有效的抑制电力系统的混沌振荡。当然，上述说明并非是对本专利技术的限制，本专利技术也并不仅限于上述举例，本
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【技术保护点】
1.一种抑制含有励磁限制的四阶电力系统混沌振荡的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤①：建立四阶电力系统的数学模型，当电力系统产生混沌振荡时，确定电力系统中各个参数的取值；/n步骤②：基于非奇异终端滑模控制，设计一个非奇异终端滑模控制器，抑制电力系统的混沌振荡；/n步骤③：在非奇异终端滑模控制器的基础上，加入自适应控制，设计一个自适应非奇异终端滑模控制器，通过自适应控制中设计的自适应率对电力系统的阻尼系数和机械功率进行估计；/n步骤④：将自适应非奇异终端滑模控制器加入四阶电力系统中，并通过仿真验证自适应非奇异终端滑模控制器的控制效果。/n

【技术特征摘要】
1.一种抑制含有励磁限制的四阶电力系统混沌振荡的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤①：建立四阶电力系统的数学模型，当电力系统产生混沌振荡时，确定电力系统中各个参数的取值；
步骤②：基于非奇异终端滑模控制，设计一个非奇异终端滑模控制器，抑制电力系统的混沌振荡；
步骤③：在非奇异终端滑模控制器的基础上，加入自适应控制，设计一个自适应非奇异终端滑模控制器，通过自适应控制中设计的自适应率对电力系统的阻尼系数和机械功率进行估计；
步骤④：将自适应非奇异终端滑模控制器加入四阶电力系统中，并通过仿真验证自适应非奇异终端滑模控制器的控制效果。


2.如权利要求1所述的一种抑制含有励磁限制的四阶电力系统混沌振荡的方法，其特征在于，步骤①四阶电力系统的数学模型为式(1)：



其中，δ为发电机转子相对角度；ω为发电机转子相对角速度；E′为发电机定子侧暂态电...

【专利技术属性】
技术研发人员：于永进，王家斌，吉兴全，张超，李明华，高丽，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37