中性点直接地系统铁磁谐振过电压的混沌特性与控制及检测方法研究

摘要

铁磁谐振是电力系统中一种内部过电压现象，它对电力系统安全稳定的运行有着巨大威胁。特别是我国输电网络的空前发展，对电网的安全性和可靠性有着更加严格的要求。相对于中性点非直接接地系统而言，发生在中性点直接接地系统中的铁磁谐振过电压有着许多新的特点，而且对它的研究相对较少。为了保障电力系统中输变电设备和网络安全运行的可靠性和稳定性，充分认知铁磁谐振过电压产生的机理，形成成熟系统的铁磁谐振过电压控制基础理论显得尤为的重要。本文综合运用多种数学工具，对中性点直接接地系统铁磁谐振过电压的混沌特性与控制及其检测方法进行系统的研究。 在对中性点直接接地电力系统发生铁磁谐振时系统所具有的混沌特性深入研究的基础上，通过对异宿、同宿轨道的计算，运用Melnikov方法计算出了该系统的混沌阈值，即铁磁谐振过电压振荡发生的参数区域及混沌产生的条件，并应用泛函理论证明了铁磁谐振过电压混沌系统的周期解存在性，为有效控制和消除过电压，抑制过电压中的混沌现象提供了理论依据。 在针对三相中性点接地系统所建立的时变数学模型基础上，提出了应用稳定性数学理论来分析该系统稳定性的方法，其中：对零序电阻和相间电容在铁磁谐振中所产生的重要影响进行了深入研究，同时计算出了在该种情况下消除铁磁谐振并使系统稳定运行的参数条件。 提出了运用常值脉冲法对中性点接地系统所发生的铁磁谐振混沌状态进行抑制的原理及方法，其中：采用针对控制目标的常值脉冲量的计算方法有效控制了铁磁谐振过电压的混沌状态，实现了系统状态在混沌和有序之间的转换；该方法不要求对系统有深入认知，直接通过系统反馈来实施控制，控制消耗能量少，控制目标多样。 在径向基函数神经网络的基础上，提出了一种以极大熵学习算法对中性点直接接地系统铁磁谐振的混沌系统实施控制的方法，该方法通过最优化一个目标函数导出中心向量的学习规则，充分利用网络隐层的聚类功能，极大改善了网络的回归和学习能力；将其应用于混沌控制中，不仅输出状态稳定和控制过程迅速，跟踪误差小、控制效果好，而且可以实现多种控制目标。 在系统分析多重分形谱的小波局部极大模计算方法基础上，提出了多重分形谱对铁磁谐振过电压信号诊断的方法，并运用多重分形谱对中性点直接接地系统中常见的几种铁磁谐振过电压信号进行了实例分析，结果表明多重分形谱可以很好的甄别铁磁谐振过电压信号的几何结构特征和奇异性。 通过对基于关联积分的广义维数谱的定量计算方法的深入研究，提出了中性点接地系统中铁磁谐振过电压信号的多重分形特征，并对其特征即广义维数谱进行了分析；在小波变换分析既能反应信号在变换域特性又保留其时域信息的特点的基础上，提出了基于小波变换的子空间能量及主要能量集中子空间时域信息的特征提取方法，并通过神经网络辨识系统对铁磁谐振过电压信号的广义维数谱、子空间能量和时域信息的组合特征进行了验证，计算实例显示能够有效地对铁磁谐振过电压的类型进行辨识。 在对互相关理论和混沌理论的深入研究基础上，提出了将互相关检测和混沌理论结合对过电压信号监测中系统电压的频率跟踪方法。其中：用于检测相对于中心频率极小的微弱信号时，可以保持对系统电压信号的采样同步；Duffing方程在从混沌状态到大周期转变时表现出良好的等Q共振频率特性，说明其信噪比工作门限低，对噪声抑制能力强，为实现过电压在线监测奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及学位论文版权使用授权书

1绪论

1.1铁磁谐振过电压的产生、危害及防治措施

1.1.1铁磁谐振过电压的产生

1.1.2铁磁谐振过电压的危害及防治措施

1.2课题研究的重要意义

1.3国内外研究现状

1.4论文的主要研究内容

2铁磁谐振过电压混沌振荡的理论研究

2.1引言

2.2铁磁谐振的基本原理

2.2.1含铁心线圈磁化的特性转换

2.2.2铁磁谐振数学方程的计算方法

2.3铁磁谐振系统的模型及振荡特性

2.3.1混沌的相关概念

2.3.2混沌的特点

2.3.3混沌共振现象的判别

2.3.4Lyapunov指数的计算

2.3.5铁磁谐振系统的电路模型

2.3.6铁磁谐振系统的混沌特性分析

2.4铁磁谐振系统混沌振荡的理论分析

2.4.1异宿、同宿轨道存在性的计算

2.4.2混沌阈值的理论计算

2.4.3铁磁谐振系统次谐响应的周期解

2.4.4铁磁谐振过电压混沌系统周期解存在性

2.5铁磁谐振过电压系统的数学稳定性分析

2.5.1准备知识

2.5.2等效电路及数学模型

2.5.3数学稳定性分析

2.5.4数值计算验证

2.6小结

3中性点直接接地系统的铁磁谐振过电压的混沌控制

3.1引言

3.2基于常值脉冲法的混沌控制

3.2.1周期脉冲控制方法的理论分析

3.2.2基于脉冲法的非线性状态反馈混沌控制理论

3.2.3常值脉冲法分析

3.2.4数值计算

3.2.5脉冲控制策略分析

3.3基于权大熵学习算法的径向基函数神经网络的混沌控制

3.3.1径向基函数神经网络的思想

3.3.2径向基函数神经网络的极大熵学习算法

3.3.3基于极在熵学习算法的RBF神经网络的控制方法

3.3.4中性点直接接地系统的铁磁谐振过电压混沌控制

3.4小结

4中性点直接接地系统过铁磁谐振过电压信号特征量的提取方法研究

4.1引言

4.1.1多重分形及其广义维数分析

4.1.2小波变换及其尺度参数选择

4.2基于多重分形的铁磁谐振过电压特征量提取方法

4.2.1多重分形谱的小波权大模计算法

4.2.2铁磁谐振过电压信号的多重分形谱分析

4.3基于多重分形和小波变换的过电压信号特征量提取

4.3.1神经网络模型

4.3.2基于多重分形的铁磁谐振过电压信号的特征提取

4.3.3基于小波变换的铁磁谐振电压目标信号的特征提取

4.3.4识别验证

4.4小结

5基于互相关和混沌理论的弱信号检测的方法研究

5.1引言

5.1.1相关函数

5.1.2互相关函数特性分析

5.1.3互相关检测方法

5.2基于混沌理论检测弱信号的方法

5.2.1Duffing振子的分叉特性分析

5.2.2混沌振子检测微弱特征信号的原理

5.3互相关理论与混沌理论结合检测弱信号的方法

5.4小结

6结论与展望

6.1结论

6.2未来工作展望

致谢

参考文献

附录

1作者在攻读博士学位期间发表的论文目录

2作者在攻读博士学位期间参加的科研项目情况

3作者参与申请的发明专利