<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">energy</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>ENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">1029-7448</issn><issn pub-type="epub">2414-0341</issn><publisher><publisher-name>BNTU</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.21122/1029-7448-2022-65-4-331-340</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">energy-2179</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>ELECTRICAL POWER ENGINEERING</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Подавление хаотических колебаний в малых энергетических системах</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Suppression of Chaotic Oscillations in Small Energy Systems</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Шашихин</surname><given-names>В. Н.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Shashikhin</surname><given-names>V. N.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Адрес для переписки:Шашихин Владимир Николаевич -Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого,ул. Политехническая, 29, 195251, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация.Тел.: +7 921 893-80-56shashihin@bk.ru</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Address for correspondence:Shashikhin Vladimir N. - Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University,29, Politechnicheskya str., 195251, Saint Petersburg, Russian FederationTel.: +7 921 893-80-56shashihin@bk.ru</p></bio><email xlink:type="simple">shashihin@bk.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Горячева</surname><given-names>Ю. М.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Goryacheva</surname><given-names>J. M.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>г. Санкт-Петербург</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Saint Petersburg</p></bio><email xlink:type="simple">shashihin@bk.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Будник</surname><given-names>С. В.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Budnik</surname><given-names>S. V.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>г. Санкт-Петербург</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Saint Petersburg</p></bio><email xlink:type="simple">shashihin@bk.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2022</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>02</day><month>08</month><year>2022</year></pub-date><volume>65</volume><issue>4</issue><fpage>331</fpage><lpage>340</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Шашихин В.Н., Горячева Ю.М., Будник С.В., 2022</copyright-statement><copyright-year>2022</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Шашихин В.Н., Горячева Ю.М., Будник С.В.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Shashikhin V.N., Goryacheva J.M., Budnik S.V.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://energy.bntu.by/jour/article/view/2179">https://energy.bntu.by/jour/article/view/2179</self-uri><abstract><p>В статье рассмотрено подавление хаотических колебаний в малых энергосистемах, возникающих в аварийных режимах и приводящих к явлению коллапса напряжений, что соответствует процессу падения напряжения в сети, которое может сопровождаться полным отключением области поражения. Представлен разработанный метод, позволяющий изменить спектр характеристических показателей Ляпунова и преобразовать хаотические колебания в малой энергосистеме к регулярным динамическим режимам. Метод синтеза управляющих воздействий основан на теореме о топологической эквивалентности гиперболических нелинейных систем и их линеаризованных моделей и использовании численного интегрирования нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих поведение энергосистем, с целью построения фазового портрета и вычисления характеристических показателей Ляпунова. Результаты работы заключаются в синтезе обратной связи, обеспечивающей формирование спектра характеристических показателей Ляпунова с отрицательными значениями. Подавление хаотических режимов происходит путем формирования в замкнутой системе спектра отрицательных характеристических показателей Ляпунова. Параметры регулятора в цепи обратной связи определяются методом модального управления на основе решения матричного алгебраического уравнения Сильвестра. Рассмотрено решение задачи перехода от хаотического режима к регулярному движению в системе малой энергетики. Для проверки работоспособности предлагаемого метода подавления хаоса вычислен спектр характеристических показателей Ляпунова и построены траектории в фазовом пространстве исходной нелинейной системы и системы с управляющим воздействием. В энергосистемах с хаотической динамикой синтезированная обратная связь позволяет подавить хаотические колебания и перейти к регулярным режимам, тем самым предупреждая возникновение аварийных режимов.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>The paper considers the suppression of chaotic oscillations in small energy systems that occur in emergency modes and lead to the phenomenon of voltage collapse, which corresponds to the process of voltage drop in the network, which can be accompanied by a complete shutdown of the affected area. The paper also presents a method that has been developed and that allows changing the spectrum of Lyapunov’s characteristic indicators and converting chaotic oscillations in a small power system to regular dynamic modes. The method of synthesis of control actions is based on the theorem of topological equivalence of hyperbolic nonlinear systems and their linearized models as well as on and the use of numerical integration of nonlinear differential equations describing the behavior of power systems in order to construct a phase portrait and calculate Lyapunov’s characteristic exponents. The results of the work consist in the synthesis of feedback, which ensures the formation of a spectrum of Lyapunov’s characteristic indicators with negative values. The suppression of chaotic regimes occurs by forming a spectrum of negative Lyapunov’s characteristic indicators in a closed system. The parameters of the regulator in the feedback circuit are determined using the modal control method based on the solution of the matrix algebraic Sylvester equation. The solution of the problem of transition from a chaotic regime to a regular movement in a small power system is considered. To test the operability of the proposed method of chaos suppression, the spectrum of Lyapunov’s characteristic indicators is calculated and trajectories in the phase space of the initial nonlinear system and the system with control action are constructed. For energy systems with chaotic dynamics, synthesized feedback makes it possible to suppress chaotic fluctuations and switch to regular modes, thereby preventing the occurrence of emergency modes.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>бифуркация</kwd><kwd>хаос</kwd><kwd>стабилизация</kwd><kwd>малая энергосистема</kwd><kwd>управление</kwd><kwd>колебания</kwd><kwd>параметры</kwd><kwd>характеристические показатели Ляпунова</kwd><kwd>метод синтеза</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>bifurcation</kwd><kwd>chaos</kwd><kwd>stabilization</kwd><kwd>small energy system</kwd><kwd>control</kwd><kwd>oscillations</kwd><kwd>parameters</kwd><kwd>Lyapunov’s characteristic exponents</kwd><kwd>synthesis method</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бялобржеский, А. В. Искажающая электрическая мощность переменного тока в простейшей цепи с диодом / А. В. Бялобржеский, Д. Й. Родькин // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2019. Т. 62, № 5. С. 433–444. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-5-433-444.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bialobrzheskyi O. V., Rod’kin D. Y. (2019) Distorting Electrical Power of the Alternating Current in the Simplest Circuit with a Diode. Enеrgеtika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 62 (5), 433–444. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-5-433-444 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Фурсанов, М. И. О выборе оптимальных точек размыкания в городских электрических сетях в условиях SMART GRID / М. И. Фурсанов, А. А. Золотой // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2018. Т. 61, № 3. С. 207–219. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-61-3-207-219.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Fursanov M. I., Zolotoy А. А. (2018) On the Choice of the Optimal Points of Opening in City Power Grids in the Conditions of the SMART GRID. Enеrgеtika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 61 (3), 207–219. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-61-3-207-219 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Сафарян, В. С. Исследование режимов автономного синхронного генератора / В. С. Сафарян // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2017. Т. 60, № 5. С. 433–445. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2017-60-5-433-445.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Safaryan V. S. (2017) The Study of the Autonomous Synchronous Generator Modes. Enеrgеtika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 60 (5), 433–445. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2017-60-5-433-445 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Сафарян, В.С. Исследование переходных и стационарных режимов синхронной двухмашинной системы / В. С. Сафарян // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2017. Т. 60, № 3. С. 228–236. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2017-60-3-228-236.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Safaryan V. S. (2017) Study of Transient and Stationary Operation Modes of Synchronous System Consisting in Two Machines. Enеrgеtika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 60 (3), 228–236. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2017-60-3-228-236 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Chaos in a Simple Power System / H. D. Chiang [et al.] // IEEE Transactions on Power Systems. 1993. Vol. 8, Iss. 4. P. 1407–1417. https://doi.org/10.1109/59.260940.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Chiang H. D., Liu C. W., Varaiya P., Wu F. F., Lauby M. G. (1993) Chaos in a Simple Power System. IEEE Transactions on Power Systems, 8 (4), 1407–1417. https://doi.org/10.1109/59.260940.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Harb, A. M. Controlling Hopf Bifurcation and Chaos in a Small Power System / A. M. Harb, N. Abdel-Jabbar // Chaos, Solitons &amp; Fractals. 2003. Vol. 18, Iss. 5. P. 1055–1063. https://doi.org/10.1016/S0960-0779(03)00073-0.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Harb A. M., Abdel-Jabbar N. (2003) Controlling Hopf Bifurcation and Chaos in a Small Power System. Chaos, Solitons &amp; Fractals, 18 (5), 1055–1063. https://doi.org/10.1016/S0960-0779(03)00073-0.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Дружинина, М. В. Методы адаптивного управления нелинейными объектами по выходу / М. В. Дружинина, В. О. Никифоров, А. Л. Фрадков // Автоматика и телемеханика. 1996. № 2. С. 3–33.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Druzhinina М.V., Nikiforov V. O., Fradkov A. L. (1996) Methods of Adaptive Control of Nonlinear Objects by Output. Avtomatika i Telemekhanika = Automation and Remote Control, (2), 3–33 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Мирошник, И. В. Нелинейное и адаптивное управление сложными динамическими системами / И. В. Мирошник, В. О. Никифоров, А. Л. Фрадков. СПб.: Наука, 2000. 549 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Miroshnik I. V., Nikiforov V. O., Fradkov A. L. (2000) Nonlinear and Adaptive Control of Complex Dynamic Systems. Saint-Petersburg, Nauka Publ. 549 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ott, E. Controlling Chaos / E. Ott, C. Grebogi, J. A. Yorke // Physical Review Letters. 1990. Vol. 64, Iss. 11. P. 1196–1199. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.64.1196.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Ott E., Grebogi C., Yorke J. A. (1990) Controlling Chaos. Physical Review Letters, 64 (11), 1196–1199. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.64.1196.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Pyragas, K. Continuous Control of Chaos by Self-Controlling Feedback / K. Pyragas // Physics Letters A. 1992. Vol. 170, Iss. 6. P. 421–428. https://doi.org/10.1016/0375-9601(92)90745-8.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Pyragas K. (1992) Continuous Control of Chaos by Self-Controlling Feedback. Physics Letters A, 170 (6), 421–428. https://doi.org/10.1016/0375-9601(92)90745-8.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Pyragas, K. Control of Chaos Via Extended Delay Feedback / K. Pyragas // Physics Letters A. 1995. Vol. 206, Iss. 5–6. P. 323–330. https://doi.org/10.1016/0375-9601(95)00654-L.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Pyragas K. (1995) Control of Chaos Via Extended Delay Feedback. Physics Letters A, 206 (5–6), 323–330. https://doi.org/10.1016/0375-9601(95)00654-L.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Владимирский, Э. И. Синергетические методы управления хаотическими системами / Э. И. Владимирский, Б. И. Исмайлов. Баку: ELM, 2011. 240 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Vladimirskii E. I., Ismailov B. I. (2011) Synergetic Methods of Chaotic Systems Control. Baku, ELM Publ. 240 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Магницкий, Н. А. Новые методы хаотической динамики / Н. А. Магницкий, С. В. Сидоров. М.: Едиториал, УРСС, 2004. 320 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Magnitskii N. A., Sidorov S. V. (2004) New Methods of Chaotic Dynamics. Moscow, Editorial, URSS. 320 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Budnik, S. V. Stabilization of Nonlinear Systems with Dynamic Chaos / S. V. Budnik, V. N. Sha-shihin // Automatic Control and Computer Sciences. 2021. Vol. 55. 213–221. https://doi.org/10.3103/S0146411621030032.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Budnik S. V., Shashihin V. N. (2021) Stabilization of Nonlinear Systems with Dynamic Chaos. Automatic Control and Computer Sciences, 55, 213–221. https://doi.org/10.3103/S0146411621030032.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Hirata, Y. Statistical Tests for Serial Dependence and Laminarity on Recurrence Plots / Y. Hirata, K. Aihara // International Journal of Bifurcation and Chaos. 2011. Vol. 21, Iss. 4. P. 1077–1084. https://doi.org/10.1142/S0218127411028908.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Hirata Y., Aihara K. (2011) Statistical Tests for Serial Dependence and Laminarity on Recurrence Plots. International Journal of Bifurcation and Chaos, 21 (4), 1077–1084. https://doi.org/10.1142/S0218127411028908.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Гробман, Д. Гомеоморфизм систем дифференциальных уравнений / Д. Гробман // ДАН СССР. 1959. Т. 128, № 5. С. 880–881.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Grobman D. (1959) Homeomorphism of Differential Equations Systems. Doklady Akademii Nauk SSSR = Proceedings of the USSR Academy of Sciences, 128 (5), 880–881 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit17"><label>17</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Шашихин, В. Н. Управление крупномасштабными динамическими системами / В. Н. Ша-шихин, С. В. Будник. СПб.: ПОЛИТЕХПРЕСС, 2020. 308 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Shashikhin V. N., Budnik S. V. (2020) Control of Large-Scale Dynamic Systems. Saint-Petersburg, POLITEKhPRESS Publ. 308 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit18"><label>18</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Будник, С. В. Управление хаотической динамикой нелинейных систем / С. В. Будник, В. Н. Шашихин // Системный анализ в проектировании и управлении: XXIV Междунар. науч. и учеб.-практ. конф. (SAEC–2019), 13–14 окт. 2020. СПб., 2020. С. 14–21.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Budnik S. V., Shashikhin V. N. (2020) Control of Chaotic Dynamics of Nonlinear Systems. Sistemnyi Analiz v Proektirovanii i Upravlenii: XXIV Mezhdunar. Nauch. i Ucheb.-Prakt. Konf. (SAEC–2019), 13–14 Okt. 2020 [System Analysis in Design and Management: XXIV International Scientific and Educational-Practical Conference (SAEC–2019), October 13–14, 2020]. Saint-Petersburg, 14–21 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
