電力系統混沌振蕩的自適應最優(yōu)控制

電力系統在周期性負荷擾動(dòng)的作用下會(huì )發(fā)生混沌振蕩，甚至由此而失去穩定。為抑制這種情況下的混沌振蕩，保證電力系統運行的穩定性，利用自適應最優(yōu)控制方法設計了在周期性負荷擾動(dòng)幅值不確定以及系統參數不確定情況下的混沌振蕩控制器；并利用Lyapunov穩定性理論證明了受擾的、未精確建模的電力系統在該控制器作用下可以保持漸近穩定。因此，當電力系統所受到的周期性負荷擾動(dòng)的幅值不確定且引起電力系統混沌振蕩甚至失去穩定時(shí)，自適應最優(yōu)控制器可以使電力系統獲得漸近穩定，即能回到初始平衡點(diǎn)上。數值仿真也表明了該控制器的控制效果。
　　關(guān)鍵詞：電力系統；混沌控制；漸近穩定；自適應

Adaptive and Optimal Chaotic oscillation control of electric power system


WANG Bao-hua1，2 ZHANG Qiang2 YANG Cheng-wu1　YANG Wei1

（1． School of Power Engineering，Nanjing University of Science
and Technology，Nanjing 210094，China；
2．Department of Electric Power Engineering，Nanjing Institute of
Technology，Nanjing 210013，China）

　　Abstract：The electric power system is likely to emerge chaotic oscillation or instability under stronger periodic load perturbation．Adaptive and optimal controller has been designed to restrain chaotic oscillation when the magnitude of the periodic load perturbation and the model of the electric system is uncertain．Lyapunov stability theory is used to prove this control method enable the electric system asymptotical stability. The performance of the controller has been evaluated by numerical simulation．It is concluded that such a controller can drive chaotic or unstable trajectory of power system under stronger periodic load perturbation to the initial position，i.e.，the controller can restrain chaotic oscillation and make power system obtain asymptotical stability．
　　Key words：electric power system；chaos control；asymptotical stability；adaptive

1 引言
　　電力系統作為一個(gè)典型的非線(xiàn)性系統，在周期性負荷擾動(dòng)作用下，當周期性負荷的幅值滿(mǎn)足一定條件時(shí)，就會(huì )發(fā)生混沌振蕩^[1-3]，甚至會(huì )使電力系統失去穩定性。因此，為保證電力系統在周期性負荷擾動(dòng)的作用下仍然能穩定運行，就必須消除混沌振蕩現象。由于非線(xiàn)性反饋控制方法能夠補償系統模型的非線(xiàn)性，因而能夠抑制混沌，這已經(jīng)在許多控制系統中得到應用^[4-5]，同時(shí)非線(xiàn)性反饋控制還可以實(shí)現電力系統的穩定控制^[6]，因此可以利用非線(xiàn)性反饋控制來(lái)消除混沌，穩定系統。然而該方法要求系統必須精確建模，否則控制器無(wú)法對系統的非線(xiàn)性進(jìn)行補償，另外即使控制器對系統的非線(xiàn)性進(jìn)行了補償，在控制器作用下系統不會(huì )發(fā)生混沌振蕩，但是由于周期性負荷擾動(dòng)仍然存在，系統就不可能回到初始平衡點(diǎn)，而是在某一個(gè)穩定的周期軌道上運行^[9]。變量反饋控制法^[7]通過(guò)調節反饋系數來(lái)減小系統非線(xiàn)性項的影響，抑制混沌，使系統進(jìn)入混沌吸引子中固有的不穩定周期軌道上，而且該方法要求首先確定混沌吸引子中的不穩定周期軌道。而對電力系統而言，我們希望其受擾后能夠在控制器的作用下回到初始平衡點(diǎn)或者新的平衡點(diǎn)上，因此要尋求新的控制方法，使得系統不論受到多大幅值的周期擾動(dòng)，無(wú)論系統的模型是否精確，在控制器的作用下均能回到初始或新的平衡點(diǎn)上，這就需要控制器能夠估計周期性擾動(dòng)的幅值。本文利用非線(xiàn)性最優(yōu)控制方法與自適應控制相結合，設計了自適應最優(yōu)控制器，并利用Lyapunov穩定性理論證明了受控的閉環(huán)系統能夠保持漸近穩定，同時(shí)利用數值仿真，校驗了該控制器的控制效果以及對周期性負荷擾動(dòng)幅值的逼近情況，理論和仿真都說(shuō)明了控制器的有效性。

2 簡(jiǎn)單電力系統在周期性負荷擾動(dòng)下的動(dòng)力學(xué)行為
　　簡(jiǎn)單互聯(lián)電力系統接線(xiàn)圖^[6]如圖1所示，其中：1為系統1的等值發(fā)電機；2為系統2的等值發(fā)電機；3為系統1的等值主變壓器；4為系統2的等值主變壓器；5為負荷；6 為斷路器；7為系統聯(lián)絡(luò )線(xiàn)。

　　具有周期性負荷擾動(dòng)的簡(jiǎn)單電力系統數學(xué)模型如下^[6]：

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式中：δ(t) 為發(fā)電機轉子運行角：w(t)為發(fā)電機相對轉速；p_m和p_s分別為發(fā)電機機械功率和電磁功率；H為等值轉動(dòng)慣量；D為等值阻尼系數；P_e為擾動(dòng)功率幅值；β為擾動(dòng)功率頻率。

當假設 a、γ、ρ不變即發(fā)電機的電磁功率、系統的阻尼和機械功率不變，而F變化時(shí)，上述系統變成了一個(gè)含參數F的非線(xiàn)性系統，當F不同即周期性負荷擾動(dòng)的幅值不同時(shí)，系統呈現出不同的狀態(tài)。若系統無(wú)周期性負荷擾動(dòng)，則系統運行于穩定的平衡點(diǎn)；文獻[2]詳細說(shuō)明了F變化時(shí)，系統的運行狀態(tài)，系統可能運行于穩定的周期軌道，也可能運行于包含有許多不穩定周期軌道的混沌狀態(tài)；甚至失去穩定^[8]。