中性點直接接地系統(tǒng)鐵磁諧振混沌控制及抑制研究

摘 要：隨著用電需求的不斷增加，變電站數(shù)量也隨之上升。在變電站中性點直接接地系統(tǒng)中，鐵磁諧振造成的故障非常常見，容易造成變壓器燒毀、相鄰設備損壞等問題，對電網(wǎng)的安全運行造成了一定的影響。隨著混沌概念的提出，人們對其重要性越來越重視，對中性點直接接地系統(tǒng)鐵磁諧振混沌控制及抑制進行研究有著非常重要的現(xiàn)實意義。

關鍵詞：中性點直接接地系統(tǒng)；鐵磁諧振；混沌抑制

中圖分類號：TM645 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 24-0000-01

一、鐵磁諧振的基本原理

鐵磁諧振發(fā)生的最簡單的回路如圖1所示，其中R代表電阻，L代表鐵芯電感，C代表電容。在電壓運行保持正常的情況下，由諧振相關概念可知，感抗與容抗在滿足條件的情況之下不會出現(xiàn)諧振情況。

在變壓器中，由于其鐵芯電感的磁飽和特性而導致了回路中的L的值并不是固定的，電感線圈中可能會由于兩段電壓升高而出現(xiàn)涌流的情況，導致了鐵芯電感呈現(xiàn)出接近于飽和的狀態(tài)，導致感抗出現(xiàn)減小的情況，最終形成串聯(lián)諧振產(chǎn)生的條件。在回路中產(chǎn)生諧振時，會導致電感、電容中出現(xiàn)大于正常情況的電壓，將這種電壓稱之為過電壓，這就是所謂的鐵磁諧振現(xiàn)象。在回路中，鐵芯飽和的情況導致電感呈現(xiàn)出變化性，回路的自振頻率也因此而不能固定。在相同的回路可能產(chǎn)生的鐵磁諧振包括三種類型：（1）可能會產(chǎn)生基波振蕩（諧振頻率與電源頻率相同）；（2）可能會產(chǎn)生高次諧波振蕩（諧振頻率為電源頻率的三倍或五倍）；（3）可能會發(fā)生分頻諧波振蕩（諧振頻率為電源頻率的二分之一或三分之一）。

圖1 鐵磁諧振串聯(lián)電路

二、鐵磁謝忠過電壓混沌抑制的方法

（一）延遲反饋控制法

美國科學家最早研究出了混沌控制方法，稱之為參數(shù)擾動法（“OGY”方法）。該方法在離散動力系統(tǒng)中或能夠用龐加萊映射描述的連續(xù)系統(tǒng)中較為適用。但是這種方法在應用的過程中需要確定系統(tǒng)的準確模型，而這種準確模型在求取的過程中較為困難。

為了解決參數(shù)擾動法在應用過程中遇到的難題，德國學者提出了延遲反饋控制法（DFC法）。與參數(shù)擾動法相比，延遲反饋控制法要相對簡單很多，在應用的過程中只需要對受控系統(tǒng)的不穩(wěn)定周期規(guī)定進行了解便可進行，不需要建立系統(tǒng)的相關參數(shù)與軌跡，在器材、實現(xiàn)方式、計算、實時性等方面都具有優(yōu)越性，在離散混沌系統(tǒng)、連續(xù)混沌系統(tǒng)等系統(tǒng)的控制方面較為適用，是混沌控制的有效手段。在中性點直接接地系統(tǒng)鐵磁諧振過電壓的混沌控制中應用延遲反饋控制法具有良好的抑制效果，能夠使系統(tǒng)逐漸從混沌軌道中穩(wěn)定地過渡到周期軌道中，實現(xiàn)從混沌到有序的轉變。

（二）反演法

反演法又可稱之為回推法，在應用的過程中與Lyapunov自適應律相互結合，促使受控閉環(huán)系統(tǒng)能夠實現(xiàn)預期的效果。Ioannis等人在1991年提出了反演法，在對線性系統(tǒng)進行控制的過程中具有非常好的效果，在某些非線性系統(tǒng)的控制過程中同樣有著不可磨滅的貢獻，主要的優(yōu)勢是能夠在系統(tǒng)過渡的過程中實現(xiàn)系統(tǒng)性能的不斷提高。

在中性點直接接地系統(tǒng)鐵磁諧振過電壓振蕩回路中，鐵芯電感的磁飽和特性導致了系統(tǒng)在局部的線性或者非線性特征表現(xiàn)出非常顯著的混沌特征。在中性點直接接地系統(tǒng)鐵磁諧振的混沌抑制中應用反演法有著非常顯著的效果。利用反演法的相關原理設計反演控制器，在鐵磁諧振過電壓的抑制過程中進行使用，能夠分別跟蹤常數(shù)與周期軌道，實現(xiàn)對過電壓非常快速并且有效的抑制。

（三）模糊控制法

控制對象的復雜性、滯后性、非線性等特征的不斷增加會導致控制系統(tǒng)的清晰化程度隨之增大，如果控制對象的復雜性與滯后性到達一定程度之后，那么控制對象的復雜性、滯后性將會與控制系統(tǒng)的清晰性產(chǎn)生一種互斥的效應。在這種情況之下，傳統(tǒng)的控制方法在對系統(tǒng)控制的過程中很難確保其精確程度，由此而產(chǎn)生了模糊控制法。

與傳統(tǒng)的控制方法相比，模糊控制的優(yōu)點包括：（1）模糊控制在對復雜系統(tǒng)進行控制的過程中，并不需要系統(tǒng)的精確模型，在控制方面較為簡單方便；（2）模糊控制比較容易被人們理解；（3）模糊控制能夠在計算機軟件中得到實現(xiàn)；（4）模糊控制的魯棒性、適應性都具有優(yōu)勢。

當前，使用較為普遍的模糊控制器包括Mamdani型和Takagi-Sugeno（T-S）模糊控制器兩種，其中Mamdani型模糊控制器所得到的推理結果為模糊量，在經(jīng)過了清晰化的處理之后才能夠對被控對象進行驅動，而且這種控制器在含有模糊量的系統(tǒng)中不能夠進行數(shù)學分析；Takagi-Sugeno（T-S）模糊控制器特別適用于分段線性系統(tǒng)的模糊控制，在定量研究與數(shù)學分析方面具有優(yōu)越性。

鐵磁諧振混沌系統(tǒng)屬于模糊性系統(tǒng)，很難對其系統(tǒng)模型進行較為清晰的構造。因此，Takagi-Sugeno（T-S）模糊控制器在鐵磁諧振混沌系統(tǒng)中較為適用。復雜電力系統(tǒng)中的中性點直接接地非常容易導致鐵磁諧振的產(chǎn)生，在鐵磁諧振中產(chǎn)生的過電壓會對電力系統(tǒng)造成一定的損壞，針對中性點直接接地系統(tǒng)鐵磁諧振混沌最為有效的解決辦法就是預防與控制。

三、結束語

鐵磁諧振過電壓的混沌控制方法主要包括延遲反饋控制法、反演法、模糊控制法。其中，延遲反饋控制法最為簡單，混沌控制所需的設備僅為信號延遲裝置與反饋放大電路，較為容易實現(xiàn)；反演法在混沌控制的過程中能夠讓系統(tǒng)在任何常數(shù)或者軌道中穩(wěn)定運行，具有非常小的誤差，在控制的過程中速度較快，但是在實施的過程中較為復雜；模糊控制法理論非常成熟，具有非常快捷的反應速度與顯著的控制效果，屬于非常有效的控制方法，同時也是當前應用的智能控制法之一。

參考文獻：

[1]劉凡，司馬文霞，孫才新.基于常值脈沖法的鐵磁諧振過電壓混沌抑制[J].電網(wǎng)技術，2011（43）：57-61.

[2]律方成，杜興偉，劉云鵬.基于ATP-EMTP對中性點直接接地系統(tǒng)鐵磁諧振的仿真和消諧措施研究[J].華北電力大學學報，2012（18）：1-4.