混沌理论是目前非线性科学中的重要研究方面,已经渗透到诸多学科和工程领域。随着电力系统规模越来越大,其非线性特点越来越明显,在一定条件下会发生混沌运行行为,表现为无规则的机电振荡,对系统的安全稳定运行构成威胁。论文主要研究混沌理论在电力系统中的应用,具体研究目的:探索电力系统的混沌动力学行为特点、混沌诱发机理、电力系统混沌现象检测方法和消除电力系统中混沌振荡的有效措施。论文内容主要包括以下几个部分:(1)分析电力系统的非线性动力学行为和它的混沌运行特征。电力系统是典型的非线性动力系统,混沌是非线性动力系统中特有又特殊的一种运行状态。对非线性电力系统的混沌动力学行为分析,属于非线性动力系统分析范畴。论文在分析中,主要应用非线性动力系统相关理论和方法,具体采用了庞加莱相图法、庞加莱截面法、分岔理论、李亚普诺夫指数法和关联维数法等方法和理论,通过绘制相图、计算系统状态特征参数,来判断系统的运行行为(包括混沌现象)。在分析中,采用非线性电力系统模型作为研究对象,利用龙格-库塔积分法,进行数值计算,绘制出系统运行状态仿真图,并计算出一些反应系统状态特点的参量值。分析和仿真结果表明,非线性电力系统具有复杂的动力学行为特征,在一定条件下会产生混沌振荡。(2)检测电力系统中的混沌现象。通过对非线性电力系统模型进行数值分析,观察其相图、时序图、相邻轨迹发散或收敛情况,定量计算系统的最大李亚普诺夫指数、关联维数和测度熵等,判断和检测系统混沌现象。在实际电力系统中,精确模型往往无法获得,只能测得某一个或某些状态量的时间序列。论文在上述分析的基础上,采用非线性时间序列分析方法,进行电力系统混沌现象检测。在此过程中,主要采用了非线性时间序列分析中的相空间重构法,其中,嵌入维和时间延迟,用以Taken定理为基础的G-P法和自相关函数法求取,试验用的数据,通过MATLAB仿真获得。仿真显示,重构的相图具有混沌的特性。分析结果表明,采用非线性时间序列分析方法,利用系统某一状态变量的测量值(即时间序列),能够检测电力系统中的混沌现象。(3)采取控制措施消除非线性电力系统中的混沌振荡。电力系统中的混沌振荡是有害的,应该采取措施抑制和消除。控制混沌的方法有多种,优、缺点和适用条件各不相同。论文在第四章,采用微分几何方法,设计电力系统的镇定控制器和输出渐近跟踪控制器,达到消除系统混沌振荡的目的。该方法基本路线为:对系统非线性模型通过微分同胚进行坐标变换,再采用状态反馈,完成对电力系统非线性模型的精确线性化处理,之后,采用最优控制方法,设计控制器。论文在此基础上,又通过调整控制方法,设计了电力系统的输出渐近跟踪控制器。分析和仿真结果显示,基于微分几何方法设计的控制器,不仅能够消除混沌振荡,而且能够把系统控制到任意给定轨道上,控制效果明显优于传统近似线性化方法。论文在第五章,采用滑模变结构控制方法,设计了混沌电力系统的输出渐近跟踪控制器。滑模变结构控制的主要缺点是,在滑动模态中会出现高频抖振,论文为此进行了方法上的改进,改进一:采用动态切换函数和准滑动模态相结合的控制方法设计控制器,消除抖振;改进二:在滑模变结构控制器设计中,加入模糊控制规则,并以指数趋进率代替等速趋进率,消除抖振。理论分析和数值仿真结果证明,基于以上两种方法设计的滑模变结构控制器,能够消除电力系统中的混沌振荡,使系统输出渐近跟踪预期给定信号,并且能够有效地消除滑动模态中的高频抖振,提高跟踪速度,控制效果明显优于常规滑模变结构控制器。