[发明专利]一种铁磁谐振过电压混沌的固定时间滑模的抑制方法

说明书

本发明公开了一种铁磁谐振过电压混沌的固定时间滑模的抑制方法，包括：(1)建立铁磁谐振系统的数学模型；(2)根据固定时间稳定性理论设计积分滑模面；(3)通过理论推导得出非线性控制律及不确定参数的自适应律；(4)根据固定时间稳定性理论相关引理和李雅普诺夫函数稳定性分析确定稳定时间范围上界；(5)通过数值仿真验证其控制效果。本发明公开的铁磁谐振过电压的抑制方法不仅能够在不依赖初值的条件下在有限时间内使系统稳定，而且稳定时间的上界可以由计算得到，具有更强的鲁棒性和抗干扰能力，在任意初始条件下均能在预定时间内实现系统全局一致渐近稳定，更有效的抑制电力系统铁磁谐振的过电压，提高电力系统的稳定性。

技术领域

本发明属于电气工程领域，特别涉及一种铁磁谐振过电压混沌的固定时间滑模的抑制方法。

背景技术

电力系统中既存在许多铁芯电感元件，如变压器、电压互感器、发电机、消弧线圈、电抗器等；也存在着许多电容元件，如导线的对地及相间电容、补偿电容器、高压设备的杂散电容等，他们组成复杂的振荡回路，如果电力系统内有大的扰动或者操作，就有可能在振荡回路中激发持续时间较长的铁磁谐振过电压。

目前，伴随着各地电网改造和扩建工程的大量进行，致使电网结构更加复杂。复杂的电力系统也增加了铁磁谐振发生的几率。在110kV以下的中性点不接地系统和110kV以上的中性点直接接地系统中均频繁地发生铁磁谐振。谐振时不仅产生过电压，还将引起过电流，而且持续时间较长，甚至可以稳定存在，将造成绝缘闪络、避雷管爆炸、设备损坏，严重时可造成停电事故，对电网的安全运行产生严重威胁。在中性点接地系统中，由系统电源经断路器均压电容与电磁式电压互感器构成的电路也可能引发铁磁谐振。国家电网提出的坚强智能电网战略中所包含的“自愈”功能要求把电网中有问题的元件从系统中隔离出来并在很少或不用人为干预的情况下可以使系统迅速恢复到正常运行状态，从而几乎不中断对用户的供电服务。因此，加强对铁磁谐振过电压早期抑制的研究具有十分重要的意义。

近年来，许多专家和学者在理论上深入分析了中性点接地系统在发生铁磁谐振现象时的混沌状态及其表征，并对电力系统中铁磁谐振过电压引发的混沌状态进行了理论分析和抑制。在铁磁谐振过电压抑制方面，也已提出常值脉冲、基于最大熵值神经网络等混沌控制方法，但这些方法都存在一定缺点(如控制耗能大，方法复杂等)，在工程上不具有很强的实际意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种铁磁谐振过电压的混沌抑制方法，根据固定时间稳定性理论，设计了一种针对铁磁谐振混沌系统的自适应固定时间滑模控制器，使得铁磁谐振过电压能够在不依赖初值的有限时间内得到抑制。

本发明所采用的技术方案是：一种铁磁谐振过电压混沌的固定时间滑模的抑制方法，具体步骤包括：

(1)建立铁磁谐振系统的数学模型；

(2)根据固定时间稳定性理论设计积分滑模面；

(3)通过理论推导得出非线性控制律及不确定参数的自适应律；

(4)根据固定时间稳定性理论相关引理和李雅普诺夫函数稳定性分析确定稳定时间范围上界；

(5)通过数值仿真验证其控制效果。

进一步地，对于中性点直接接地电力系统，步骤(1)中的铁磁谐振系统数学模型，其方程为：

式中：R为TV的铁芯损耗；E_m为电源幅值；C＝C₁+C₂为等效电路中的等效电容；为非线性电感中的磁通；U为铁心两端的电压有效值；ω为系统频率；为非线性电感磁化特性关系；u为控制输入。

进一步地，步骤(2)所设计滑模面为：

首先设计切换函数，系统输出跟踪目标为U_d，定义受控量的误差为：