基于电压参考信号补偿直流供电系统稳定性的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于电压参考信号补偿直流供电系统稳定性的方法和装置，该装置包括：包括三级式同步电机、整流器和整流器控制单元；三级式同步电机与整流器连接，三级式同步电机发出的交流电通过整流器后变为直流电加载在负载两端，为负载供电；整流器控制单元与所述整流器连接，整流器控制单元包括补偿信号模块，所述补偿信号模块包括串联的高通滤波器和放大器。本发明专利技术实施例提供的一种提高直流供电系统稳定的装置，通过将直流母线电压通过高通滤波器和放大器获得直流母线电压补偿值，并将该补偿值加载在原直流母线电压PI控制环中，以稳定直流供电系统，可以做到在直流供电系统负载突增时保持供电系统稳定，不会发生失稳现象。

A Method and Device for Compensating the Stability of DC Power Supply System Based on Voltage Reference Signal

The invention discloses a method and device for compensating stability of DC power supply system based on voltage reference signal. The device includes three-stage synchronous motor, rectifier and rectifier control unit; three-stage synchronous motor is connected with rectifier, and the AC generated by three-stage synchronous motor is transformed into direct current loaded on both ends of load through rectifier to supply power for load; The controller control unit is connected with the rectifier, and the rectifier control unit includes a compensation signal module, which includes a series high-pass filter and an amplifier. The embodiment of the present invention provides a device for improving the stability of DC power supply system. By using high-pass filter and amplifier to obtain DC bus voltage compensation value, and loading the compensation value into the original DC bus voltage PI control loop, the DC power supply system can be stabilized, so as to maintain the stability of the power supply system when the load of the DC power supply system increases abruptly. Instability occurs.

【技术实现步骤摘要】
基于电压参考信号补偿直流供电系统稳定性的方法和装置
本专利技术涉及航空电气系统领域，尤其是涉及一种基于电压参考信号补偿直流供电系统稳定性的方法和装置。
技术介绍
目前，科技在不断进步，飞机上不断增加机载电气设备。为使得这些机载电气设备安全使用，飞机供电系统中采用大量的电子电力变换器和电机驱动设备，导致多电飞机的电气负载容量、类型、电网复杂度均较传统飞机电力系统增多。因此，现有的多电飞机存在如下的缺点：(1)在多电飞机里，电环控、电作动、电防除冰等大量新增电气负载，从本质上来讲属于电力电子变换器控制的电机或电力电子变换器控制的阻性负载。单台电力电子变换器PWM负载可按照出厂设计标准正常运行，多台同时运行时由于设备间相互耦合，影响系统整体性能，严重时可导致振荡甚至失稳发生。(2)传统飞机在电力系统设计时仅考虑设备的电压、电流、容量、电能质量等性能指标，为了防止振荡失稳现象发生，会采用冗余量较大的发电机和变换器作为一次、二次电源，这使得多电飞机电力系统的设备余量过大，导致设备重量体积较大，功率密度较小。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种提高直流供电系统稳定性的方法，通过将直流母线电压通过高通滤波器和放大器获得直流母线电压补偿值，并将该补偿值加载在原直流母线电压PI控制环中，以稳定直流供电系统，可以做到在直流供电系统负载突增时保持供电系统稳定，不会发生失稳现象。为解决上述问题，本专利技术的第一方面提供了一种基于电压参考信号补偿直流供电系统稳定性的装置，包括三级式同步电机、整流器和整流器控制单元；三级式同步电机与整流器连接，三级式同步电机发出的交流电通过整流器后变为直流电加载在负载两端，为负载供电；整流器控制单元与整流器连接，整流器控制单元包括补偿信号模块，补偿信号模块包括串联的高通滤波器和放大器。进一步地，整流器控制单元包括5个PI控制环，分别为d轴电流环、q轴电流环、励磁电流环、直流电压环和交流电压环；所述补偿信号模块连接到直流母线电流环中交流电流参考信号的位置。进一步地，调整后的源侧阻抗ΔZsdcv与直流母线电压udc的关系为：其中，ks3＝3(ks2(vsd+ωisq(Ld+Lmdks1))+(vsq+isq(Rs+SLq)))，Gdc(s)是直流母线电压的传递函数，Gi(s)是主发电机定子侧电流的传递函数，Gv(S)是主发电机转子侧交流电压的传递函数，Gif(S)是主发电机转子侧励磁电流的传递函数，Rs为定子绕组电阻。进一步地，进一步地，参考信号模块的阻尼公式为：为其中kdcv为放大器的补偿系数，S为关于频率的复变量，ωdcv为高通滤波器的截止频率，产生的补偿信号为直流母线采样电压乘以上述阻尼公式。本专利技术的另一方面，提供了一种基于电压参考信号补偿直流供电系统稳定性的方法，包括：三级式同步电机提供交流电压；整流器将三级式同步电机输出的交流电压整流为直流电压；整流器控制单元通过串联的高通滤波器和放大器产生的补偿信号对所述整流器进行控制，使得直流电压的稳定性增强。进一步地，整流器控制单元包括5个PI控制环，分别为d轴电流环、q轴电流环、励磁电流环、直流电压环和交流电压环；补偿信号模块连接到直流母线电流环中交流电流参考信号的位置。进一步地，调整后的源侧阻抗ΔZsdcv与直流母线电压udc的关系为：其中，ks3＝3(ks2(vsd+ωisq(Ld+Lmdks1))+(vsq+isq(Rs+SLq)))，Gdc(s)是直流母线电压的传递函数，Gi(s)是主发电机定子侧电流的传递函数，Gv(S)是主发电机转子侧交流电压的传递函数，Gif(S)是主发电机转子侧励磁电流的传递函数，Rs为定子绕组电阻。进一步地，其中，进一步地，补偿信号模块的阻尼公式为：为其中kdcv为放大器的补偿系数，S为关于频率的复变量，ωdcv为高通滤波器的截止频率，产生的补偿信号为直流母线采样电压乘以上述阻尼公式。本专利技术实施例提供的一种提高直流供电系统稳定性的装置及方法，通过将直流母线电压通过高通滤波器和放大器获得直流母线电压补偿值，并将该补偿值加载在原直流母线电压PI控制环中，以稳定直流供电系统，可以做到在直流供电系统负载突增时保持供电系统稳定，不会发生失稳现象。附图说明图1是现有技术中三级式同步电机的结构示意图；图2是现有技术中直流供电系统的结构示意图；图3是现有技术中直流供电系统中整流器控制的局部示意图；图4是本专利技术实施例提供的基于电压参考信号补偿直流供电系统稳定性的装置结构示意图；图5是本专利技术实施例提供的基于电压参考信号补偿直流供电系统稳定性的方法流程示意图；图6是引入直流母线电压补偿信号后直流供电系统的控制示意图；图7a是根据本专利技术一实施方式提供的未补偿时直流母线电压波形图；图7b是根据本专利技术一实施方式提供的未补偿时主发电机q轴电流波形图；图8a是根据本专利技术又一实施方式提供的补偿后直流母线电压波形图；图8b是根据本专利技术又一实施方式提供的补偿后主发电机q轴电流波形图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。图1是现有技术中三级式同步电机的结构示意图。图2是现有技术中直流供电系统的结构示意图。如图1所示，三级式同步电机从左到右包括副励磁机、主励磁机、旋转整流器和主发电机。其中副励磁机为永磁电机。上述三级式同步电机的工作原理是，副励磁机通过旋转产生三相交流电(A、B、C)，该三相交流电经过整流器后变为直流电，提供给主励磁机并作为主励磁机的励磁电流，主励磁机旋转后产生磁场作为主发电机的磁场，从而主发电机旋转产生三相交流电，三相交流电经过整流器的整流后可以作为直流电源。如图2所示，直流供电系统三级式同步电机与整流器连接，三级式同步电机发出的交流电通过整流器后变为直流电加载在负载两端，为负载供电。其中，三级式同步电机包括副励磁机、主励磁机和主发电机。副励磁机是永磁同步电机、主励磁机为旋转电枢式电励磁同步电机，主发电机是旋转磁极式电励磁同步电机。上述三级式同步电机中，通过副励磁机为主励磁机提供电流，通过主励磁机为主发电机提供磁场。发电时，副励磁机、主励磁机和主发电机同时同轴旋转以实现发电。可选的，在三级式同步电机中，主发电机还可以叫做主起动机或主发动机。三级式同步电机为现有技术，其发电原理此处不再赘述。图3是现有技术中直流供电系统中整流器控制的局部示意图。图3所示的直流供电系统中整流器可采用PWM整流器，从主发电机输出的三相交流电通过整流器的控制一方面将三相交流电转为直流电，另一方面经过整流器的调整，可以控制发电机输出电压的和电流稳定性。在PWM整流器中,首先会将三相交流电从三相旋转坐标系经过派克变换转换为d轴和q轴下的两相旋转坐标系，通过PID控制并调节d轴和q轴中的多个参数，并将d轴和q轴坐标系下的参数经过反派克变换回给整理器，以控制发电机的输出电流。其中，两项旋转dq坐标系具体是以主发电机中转子凸级方向为d轴，超前d轴90°方向为q轴，建立的坐标系。如图3所示，上述局部控制的示意图中，多电飞机中主发电机一般采用同步电机的isd＝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电压参考信号补偿直流供电系统稳定性的装置，其特征在于，包括三级式同步电机、整流器和整流器控制单元；所述三级式同步电机与整流器连接，三级式同步电机发出的交流电通过整流器后变为直流电加载在负载两端，为负载供电；所述整流器控制单元与所述整流器连接，所述整流器控制单元包括补偿信号模块，所述补偿信号模块包括串联的高通滤波器和放大器。

【技术特征摘要】
1.一种基于电压参考信号补偿直流供电系统稳定性的装置，其特征在于，包括三级式同步电机、整流器和整流器控制单元；所述三级式同步电机与整流器连接，三级式同步电机发出的交流电通过整流器后变为直流电加载在负载两端，为负载供电；所述整流器控制单元与所述整流器连接，所述整流器控制单元包括补偿信号模块，所述补偿信号模块包括串联的高通滤波器和放大器。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述整流器控制单元包括5个PI控制环，分别为d轴电流环、q轴电流环、励磁电流环、直流电压环和交流电压环；所述补偿信号模块连接到直流母线电流环中交流电流参考信号的位置。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，调整后的源侧阻抗ΔZsdcv与直流母线电压udc的关系为：Gdc(s)是直流母线电压的传递函数，Gi(s)是主发电机定子侧电流的传递函数，Gv(S)是主发电机转子侧交流电压的传递函数，Gif(S)是主发电机转子侧励磁电流的传递函数，Rs为定子绕组电阻，udc为直流母线电压的实际值，idc为直流母线电流的实际值，s为复频率变量，Rs为定子绕组电阻，Lq为定子q轴自感值，C为直流母线电压节点的电容值；其中，ks3＝3(ks2(vsd+ωisq(Ld+Lmdks1))+(vsq+isq(Rs+SLq)))，ks2为d轴电流与q轴电流变化值的比例系数，ks1为励磁电流与d轴电流变化值的比例系数；vsd为主发电机定子侧d轴电压，vsq为主发电机定子侧q轴电压，ω为三级式同步电机的同步转速，isq为定子测q轴电流实际值，Ld、Lmd、Lq分别为定子d轴自感值、定转子d轴方向的互感值和定子q轴自感值。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，ks1、ks2分别由下式计算：其中，Gv(S)...

【专利技术属性】
技术研发人员：马跃，回彦年，康元丽，章玄，许烈，王奎，
申请(专利权)人：中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心，中国商用飞机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11