Characterization of static bifurcations for n-dimensional flows in the frequency domain

In this paper n-dimensional flows （described by continuous-time system） with static bifurcations are considered with the aim of classification of different elementary bifurcations using the frequency domain formalism. Based on frequency domain approach, we prove some criterions for the saddle-node bifurcation, transcritical bifurcation and pitchfork bifurcation, and give an example to illustrate the efficiency of the result obtained.

Singularly perturbed bifurcation subsystem and its application in power systems

The singularly perturbed bifurcation subsystem is described, and the test conditions of subsystem persistence are deduced. By use of fast and slow reduced subsystem model, the result does not require performing nonlinear transformation. Moreover, it is shown and proved that the persistence of the periodic orbits for Hopf bifurcation in the reduced model through center manifold. Van der Pol oscillator circuit is given to illustrate the persistence of bifurcation subsystems with the full dynamic system.

Local Stability Analysis and Bifurcations of a Discrete-Time Host-Parasitoid Model

In this paper, we examine a discrete-time Host-Parasitoid model which is a non-dimensionalized Nicholson and Bailey model. Phase portraits are drawn for different ranges of parameters and display the complicated dynamics of this system. We conduct the bifurcation analysis with respect to intrinsic growth rate r and searching efficiency a. Many forms of complex dynamics such as chaos, periodic windows are observed. Transition route to chaos dynamics is established via period-doubling bifurcations. Conditions of occurrence of the period-doubling, Neimark-Sacker and saddle-node bifurcations are analyzed for b≠a where a,b are searching efficiency. We study stable and unstable manifolds for different equilibrium points and coexistence of different attractors for this non-dimensionalize system. Without the parasitoid, the host population follows the dynamics of the Ricker model.

Application of Bifurcation Analysis on Active Distribution Systems

This paper presents the application of bifurcation method on the steady state three-phase load-flow Jacobian method to study the voltage stability of unbalanced distribution systems. The eigenvalue analysis is used to study distribution system behavior under different operating conditions. Two-bus connected by asymmetrical line is used as the study system. The effects of both unbalance and extreme loading conditions are investigated. Also, the impact of distributed energy resources is studied. Different case studies and loading scenarios are presented to trace the eigenvalues of the Jacobian matrix. The results exhibit the existence of a new bifurcation point which may not be related to the voltage stability.

Periodical Bifurcation Analysis of a Type of Hematopoietic Stem Cell Model with Feedback Control

The delay feedback control brings forth interesting periodical oscillation bifurcation phenomena which reflect in Mackey-Glass white blood cell model. Hopf bifurcation is analyzed and the transversal condition of Hopf bifurcation is given. Both the period-doubling bifurcation and saddle-node bifurcation of periodical solutions are computed since the observed floquet multiplier overpass the unit circle by DDE-Biftool software in Matlab. The continuation of saddle-node bifurcation line or period-doubling curve is carried out as varying free parameters and time delays. Two different transition modes of saddle-node bifurcation are discovered which is verified by numerical simulation work with aids of DDE-Biftool.

考虑极限诱导分岔的静态电压稳定域

随着高比例可再生能源在电力系统中的广泛应用,可再生能源的波动性和随机性对电力系统静态电压稳定评估带来挑战,电力系统静态电压稳定域(static voltage stability region,SVSR)可以全面分析和监测电力系统电压稳定性,其关键是快速准确地构建稳定域边界。针对传统连续潮流法和非线性规划法计算量大的问题,提出一种基于SVSR边界拓扑性质的SVSR边界构建优化模型,根据边界连续且光滑的性质,由已知边界点通过预测-校正方法直接计算相邻边界点。在此模型基础上提出一种极限诱导分岔识别方法,构建考虑极限诱导分岔的SVSR边界。最后通过算例分析验证了所提方法的可行性和准确性。

具有非线性收获的捕食-食饵模型的建立及分析

本文建立并分析了具有非线性收获函数的捕食-食饵模型。首先,讨论了平衡点的存在性,分析结果表明系统始终存在1个灭绝平衡点,且存在2个边界平衡点和1个正平衡点共存的现象;其次,对不同类型平衡点的稳定性进行了分析,发现了系统会出现鞍结点分支、Hopf分支等复杂的动力学行为。数值模拟结果表明,随着收获强度的改变,捕食者的规模会趋于灭绝、常数或者周期性震荡。这就表明在实际中可通过调节收获强度这一措施来实现控制捕食者数目的目的。本文的理论研究结果可进一步丰富有关具有非线性收获的捕食-食饵模型的研究,为合理收获策略的制定提供理论依据。

基于二次型迭代逼近法的电力系统电压鞍结分岔点识别

为实现负荷增长过程中电力系统鞍结分岔点(SNB)的快速准确识别,提出一种直接计算电力系统电压崩溃点的二次型迭代逼近方法,基于系统中PQ节点输出的PV曲线为近似二次型的特点,在节点功率平衡方程中引入负荷增长参数,运用复合函数求导法则就功率方程进行两次求导,理论推导节点电压对负荷参数的一阶、二阶导数表达式,由此确定PV曲线二项式,依靠顶点坐标确定电力系统鞍结分岔点的初始位置,经多次迭代收敛逼近电压崩溃点。所提方法避免了连续潮流法的多次潮流计算,可显著降低计算量。以IEEE 14,IEEE 118节点系统进行仿真验证,证明了该方法的有效性,相较增补P’Q节点法及戴维南等值法,二次型迭代逼近法具有较高的计算效率和鲁棒性。

轻微弯曲输流管道的非线性强迫振动特性

为了掌握轻微弯曲输流管道在外激励下的非线性振动特性,基于哈密顿原理建立了轻微弯曲输流管道的非线性振动方程,并使用伽辽金截断法将振动方程离散为非线性常微分方程组。利用增量谐波平衡法求解系统的非线性动力学响应,并使用Floquet理论研究系统响应的稳定性和分岔行为。研究结果表明,轻微弯曲输流管道在一些参数下同时具有软弹簧特性和硬弹簧特性。分析系统参数对响应的影响表明,随着管道弯曲程度增加,系统的响应特性由硬弹簧特性转变为软弹簧特性。可见,管道的初始弯曲是影响输流管道系统振动特性的重要因素,因此在输流管道的设计中必须考虑管道弯曲构型的影响。

基于谐波平衡法及Floquet理论的高速铁路10 kV供电系统铁磁谐振机理分析

高速铁路10 kV供电系统是含时变激励的非线性非自治系统,以至于该系统中必然存在丰富的复杂非线性现象。该文在考虑系统中磁饱和电感的非线性特性的基础上,构建系统数学模型,并基于谐波平衡法求解系统周期解的近似表达式,推导系统周期时变雅克比矩阵,以Floquet理论识别系统周期解的稳定性,揭示系统出现铁磁谐振时的物理机理,分析系统参数变化对系统产生铁磁谐振的影响,给出ATPDraw环境下的电路仿真结果。研究结果表明:系统铁磁谐振现象产生的机理是由于系统发生了鞍结分岔,且随着饱和相串、并联电容的变化,系统能够保持稳定运行的临界激励幅值Em会随之产生变化。另外,理论计算结果和ATPDraw仿真结果一致,表明采用谐波平衡法和Floquet理论可有效分析高速铁路10 kV供电系统中的铁磁谐振现象。

数据驱动的新能源电力系统静态电压安全评估方法研究

针对大规模新能源接入后电力系统电压安全问题突出、快速评估困难的问题,文中以电力系统广域相量测量系统(Wide Area Measurement System,WAMS)为数据平台,在具有完备数学基础的无功电压灵敏度及分叉理论的基础上,建立了基于自然摄动的电力系统静态电压评估指标体系,根据WAMS获取的自然激励下的同步无功及电压响应数据,采用最小二乘法拟合计算无功电压灵敏度,并引入加权平均值算法对一段时间内的灵敏度结果进行统计,以提高拟合后的无功电压灵敏度准确性和可靠性。在DIGSILENT/Power Factory仿真平台上搭建了含风电场的IEEE10机39节点系统,利用时域仿真生成同步响应数据,对比不同运行情况下的灵敏度拟合结果与实际无功裕度,验证了文中静态电压安全评估方法的有效性。

电磁辐射下PR电路分岔分析与Hopf分岔控制

电磁辐射对各种非线性系统振荡电路有着重要的影响,但是目前还无法精确给出磁场对振荡电路的影响关系式.根据电学基本定律,通过引入磁控忆阻器建立了电磁辐射下PR振荡电路模型,基于理论分析与数值模拟相结合的方法,研究了新模型的平衡点分布与分岔动力学行为,结果表明,所建立的电路模型存在多值平衡区域,有着丰富的Hopf分岔行为,通过计算第一Lyapunov系数判别相应的分岔类型.同时基于Washout滤波器研究了Hopf分岔类型的控制,并与数值模拟相结合验证了上述的理论分析结果,从而揭示电磁辐射下PR振荡电路有着丰富的动力学行为.

Dynamic Analysis of an Algae-Bacteria Ecological Model

In the paper, under the framework of exploring the interaction between algae and bacteria, an algae-bacteria ecological model was established to analyze the interaction mechanism and growth coexistence mode between algicidal bacteria and algae. Firstly, mathematical work mainly provided some threshold conditions to ensure the occurrence of transcritical bifurcation and saddle-node bifurcation, which could provide certain theoretical support for selecting key ecological environmental factors and numerical simulations. Secondly, the numerical simulation work dynamically displayed the evolution process of the bifurcation dynamic behavior of the model (2.1) and the growth coexistence mode of algae and algicidal bacteria. Finally, it was worth summarizing that intrinsic growth rate and combined capture effort of algae population had a strong influence on the dynamic behavior of the model (2.1). Furthermore, it must also be noted that transcritical bifurcation and saddle-node bifurcation were the inherent driving forces behind the formation of steady-state growth coexistence mode between algicidal bacteria and algae. In summary, it was hoped that the results of this study would contribute to accelerating the study of the interaction mechanism between algicidal bacteria and algae.

应用分岔理论分析SVC对电力系统电压稳定性的影响

基于分岔理论的电力系统电压稳定分析对于深入理解电压失稳机理有重要意义,特别是对于灵活交流输电系统,如静止无功补偿器等,分岔理论能够有效分析系统的动态控制特性对电压稳定的影响。利用非线性动力系统的分岔理论,使用通用分岔分析软件AUTO2000对典型的含SVC系统和不含SVC系统进行电压稳定的分析,得出了系统在两种情况下的分岔点数值。研究发现,通过添加静止无功补偿器(SVC),可以延迟系统的Hopf分岔点和鞍结分岔点,增加负荷极限,从而提高了系统电压稳定性。之后又通过双参数分岔分析确定了两维分岔边界。结果表明,在使用SVC控制器提高系统电压稳定性时,要详细考虑其参数对系统中各种分岔的影响,综合优化控制器的设计和安装。

电压稳定极限点的快速判定及其灵敏度算法

利用负荷裕度最大化的最优潮流计算结果,区分了电压稳定极限点,即鞍结分岔点和极限诱导分岔点,并求出了负荷裕度对控制变量的灵敏度。这种方法在求解极限点时避免了使用连续潮流法,在计算灵敏度时避免了求解潮流雅可比矩阵零特征值对应的左特征向量,节省了时间,适用于在线分析。极限点的计算过程中考虑了有功出力的再调度,充分挖掘了系统的潜在裕度。系统算例验证了所提方法的实用性和灵敏度线性估计的准确性。

基于MATCONT的电力系统电压稳定分岔及控制仿真试验

介绍了电力系统ODE模型中引起电压失稳的常见分岔类型及分岔控制的基本概念;运用基于Matlab的数值分岔分析软件MATCONT对一个经典单机—动态负荷系统进行了分岔分析,验证了PQ动态负荷模型系统存在着鞍结分岔(SNB)现象,而RL动态负荷模型系统并无分岔现象产生。为延迟PQ动态负荷模型系统的鞍结分岔点,在原系统中引入了线性状态反馈控制和SVC控制两种分岔控制方法。MATCONT仿真结果显示,这两种控制方法均能够有效延迟鞍结分岔,从而提高系统的电压稳定性,并可通过选择合理的反馈控制器增益及SVC增益获得理想的分岔控制效果。

典型电力系统模型的双参数分岔分析

针对一个典型的电力系统模型，综合考虑了负荷节点的有功和无功负荷对电压稳定的影响，对模型进行了双参数分岔分析，求得了参数空间中的鞍节点分含（ＳＮＢ）曲线和霍普夫分岔（ＨＢ）曲线。结果表明，在有功负荷水平较低时，系统在达到ＳＮＢ点之前会首先遇到ＨＢ点，因此系统会出现振荡失稳；随有功负荷的增加，ＨＢ曲线将达到极限点；如果有功负荷继续增加，则 ＨＢ点将会消失，电压崩溃将发生在 ＳＮＢ点处。并且通过计算 Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数得到了系统在负荷 Ｐ—Ｑ平面上的稳定性。 ＳＮＢ曲线是系统轨迹稳定与发散区域的主要分界；在ＨＢ曲线所包含的区域内部，存在着复杂的特性，其中包含周期轨区域、混沌区域和轨迹发散等区域。因此，电压稳定分析应该充分考虑负荷模型的影响，而单纯考虑潮流方程解的存在性是不全面的； ＨＢ作为失稳的一种方式，其产生的物理机理和控制方法值得进一步研究。

基于分岔理论的含风电场电力系统静态电压稳定问题研究

为揭示含风电场电力系统静态电压稳定机理以及由于风电注入引起系统电压稳定性和解的结构变化过程,采用了分岔分析方法对风电场并入3节点简单电力系统进行了分析研究。以风电场注入有功功率为控制参数,进行了单参数电压稳定性分岔分析。在单参数分析的基础上引入无功补偿作为第二个控制参数,进行了双参数制约性分析和双参数分岔边界的确定。研究表明:在缺乏无功补偿的情况下,系统运行在较低的电压水平;当对系统进行有效电容补偿时,系统各节点的电压和鞍结分岔点的电压均得到有效提升,并且无功补偿增加了系统注入功率极限,有效扩展了鞍结分岔的边界;在高功率的风电注入情况下,系统会发生电压崩溃。

基于混合法的潮流可行域边界计算

电力系统潮流可行域对于静态电压稳定的研究非常重要,文中给出了一种计算其边界的“混合法”。混合法源自于“预测一校正”的思想,同时它将边界计算问题转化为一个以域外某点到边界面距离最小为目标函数的优化问题。这种转化使得所处理的问题维数与原型的“预测一校正”法相比得到了降低。除了能在二维空间实现可行域边界的可视化,混合法也可用来计算高维空间中与当前运行点相对应的最近边界点,同时可计及系统中设备的限值。针对实际中可能出现的“凹”的边界面拓扑结构,文中还相应提出了一种改进“混合法”来解决该问题。最后通过在两个不同系统上的仿真算例演示了混合法在计算电力系统潮流可行域边界时的灵活适用性及其有效性。

采用延拓法的风电系统稳定模型二维参数分岔边界的计算与研究

为了反映风电系统参数连续变化对其电压稳定性的影响和揭示风电系统电压稳定机制,针对目前的分岔理论研究了风电系统电压稳定性的局限性,对风电系统进行了两参数鞍结分岔边界的计算与研究。借助常规电力系统计算二维参数分岔边界的方法和思路,以风电注入有功功率Pinject、静止无功补偿(static var compensation,SVC)参数Bmax、放大倍数Kr为分岔控制参数,计算得到风电系统节点电压鞍结二维分岔边界。在此基础上深入分析,最后得出风电场注入有功和SVC参数共同作用下影响风电系统电压稳定性的规律:在SVC参数Bmax(或Kr)和风电注入有功功率Pinject的共同作用下,风电场机端(即补偿点)电压稳定性得以提高;增大SVC参数Bmax和Kr,都能有效扩展鞍结分岔边界,并且Bmax的作用更明显。