一种飞机电力系统平均值模型及大扰动稳定域构建方法技术方案

本发明专利技术公开了一种飞机电力系统平均值模型及大扰动稳定域构建方法，包括以下步骤：建立飞机电力系统平均值模型，所述飞机电力系统平均值模型的等效电路包括依次串联形成闭合回路的电源、直流侧电感、直流侧电阻、二极管、直流侧滤波器电感、直流侧滤波器电阻和负载，所述负载两端并联有直流侧滤波器电容；构建稳定域，基于飞机电力系统平均值模型，确定系统的混合势函数，构造系统的李雅普诺夫型能量函数，结合混合势函数稳定性定理计算出系统的临界能量，确定系统的稳定域。本发明专利技术为多电飞机电力系统建模与稳定性分析提供了分析工具，同时能够为系统参数设计与优化提供了评估方法，适用于多电飞机电力系统分析以及电力电子建模领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种方法，更具体的说，是涉及一种飞机电力系统平均值模型及大扰动稳定域构建方法。
技术介绍
当前，世界各国都面临着巨大的能源消耗与环境污染压力，多电飞机由于其效率高、环保效益好的优点，成为国际航空界的研究热点。多电飞机采用电力系统部分取代飞机上原有的液压、气压和机械驱动系统，其二次能源将更多的使用电能。随着多电飞机技术的发展，飞机上电能需求的急剧上升给飞机电力系统的设计带来了巨大挑战。飞机电力系统是飞机上电能产生、传输、转换和消耗等部分的总称，包括飞机电源系统、配电系统和机载用电设备三部分。电力电子技术的发展是推动“多电飞机”以及飞机电力系统技术进步的重要力量之一。飞机电力系统中广泛采用各类电力电子变换器实现能量形式的转换与控制，如自耦变压整流器(AC/DC)、Buck/Boost(DC/DC)变换器等环节。另外，多电飞机上采用了大量电力电子驱动的用电设备，如飞机操纵系统中的机电作动器等。由于飞机上电能需求的不断增加，飞机电力系统变得愈加复杂；飞机上电力电子驱动的用电设备由于控制器的快速响应特性而表现为恒功率负载，其负阻抗特性给系统的稳定性带来了严重危害。因此，飞机电力系统的稳定性分析成为重要的研究课题，主要包括飞机电力系统建模与仿真，小扰动以及大扰动稳定性分析等方面。飞机电力系统建模方法包括状态空间平均法、dq变换法、平均值方法。状态空间平均模型广泛应用于直流系统以及单相交流系统中电力电子变换器的分析，适合于飞机电力系统的快速仿真，但用于系统稳定性分析时模型较为复杂。dq变换法能够建立电力电子变换器的时变变压器模型，适用于仿真分析和系统小扰动稳定性分析，国外已初步形成实用性质的分析工具。平均值模型能够建立单相或三相整流器的直流电源模型，其模型相对简单，但仍具有较高的精度，不仅适用于快速仿真分析，也适用于大扰动稳定性分析，但尚未获得广泛应用。飞机电力系统稳定性分析目前主要集中在小扰动稳定性分析领域，但是小扰动稳定性具有一定的局限性，无法对系统的稳定域范围进行定量计算，仅能提供系统平衡点附近的稳定性分析。飞机电力系统大扰动稳定性分析目前只考虑了直流系统部分，尚未有同时考虑交直流系统相互作用的分析工具。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中多电飞机电力系统尚未有同时考虑交直流系统相互作用且适合系统大扰动稳定性分析的模型，缺乏合理的系统的大扰动分析方法和工具，提供一种飞机电力系统平均值模型及大扰动稳定域构建方法，为多电飞机电力系统建模与稳定性分析提供了分析工具，同时能够为系统参数设计与优化提供了评估方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。本专利技术的一种飞机电力系统平均值模型及大扰动稳定域构建方法，包括以下步骤：(1)建立飞机电力系统平均值模型：所述飞机电力系统平均值模型的等效电路包括依次串联形成闭合回路的电源、直流侧电感、直流侧电阻、二极管、直流侧滤波器电感、直流侧滤波器电阻和负载，所述负载两端并联有直流侧滤波器电容；(2)构建稳定域：基于步骤(1)的飞机电力系统平均值模型，确定系统的混合势函数，构造系统的李雅普诺夫型能量函数，结合混合势函数稳定性定理计算出系统的临界能量，确定系统的稳定域。所述步骤(1)中所述电源为交流电源在直流侧的等效电压源，按公式计算，其中，Vm为交流电压幅值。所述步骤(1)中所述直流侧电感为自耦变压整流器原副边漏感和线路电感在直流侧的等效电感，按公式Leq＝2Lp+Ls计算，其中，Lp为自耦变压整流器原副边漏感，Ls为线路电感。所述步骤(1)中所述直流侧电阻为考虑整流器换相重叠角等因素影响的直流侧等效电阻，按公式计算，其中，n＝6.464。所述步骤(2)中系统的混合势函数为：式中，Rf为飞机电力系统平均值模型等效电路中直流侧电阻和直流侧滤波器电阻之和，if为飞机电力系统平均值模型等效电路中的电感电流，vs为飞机电力系统平均值模型等效电路中的直流侧滤波器电容电压，pcpl飞机电力系统平均值模型等效电路中负载的功率值。所述步骤(2)中系统的李雅普诺夫型能量函数为：式中，Lf＝Leq+Ldc，Rf＝Req+Rdc，Ldc为飞机电力系统平均值模型等效电路中的直流侧滤波器电感，Rdc为飞机电力系统平均值模型等效电路中的直流侧滤波器电阻；Cdc为飞机电力系统平均值模型等效电路中的直流侧滤波器电容。所述步骤(2)中系统的临界能量为：P*(if,vs)＝max{P*(if,vsmin)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞机电力系统平均值模型及大扰动稳定域构建方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立飞机电力系统平均值模型：所述飞机电力系统平均值模型的等效电路包括依次串联形成闭合回路的电源、直流侧电感、直流侧电阻、二极管、直流侧滤波器电感、直流侧滤波器电阻和负载，所述负载两端并联有直流侧滤波器电容；(2)构建稳定域：基于步骤(1)的飞机电力系统平均值模型，确定系统的混合势函数，构造系统的李雅普诺夫型能量函数，结合混合势函数稳定性定理计算出系统的临界能量，确定系统的稳定域。

【技术特征摘要】
1.一种飞机电力系统平均值模型及大扰动稳定域构建方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立飞机电力系统平均值模型：所述飞机电力系统平均值模型的等效电路包括依次串联形成闭合回路的电源、直流侧电感、直流侧电阻、二极管、直流侧滤波器电感、直流侧滤波器电阻和负载，所述负载两端并联有直流侧滤波器电容；(2)构建稳定域：基于步骤(1)的飞机电力系统平均值模型，确定系统的混合势函数，构造系统的李雅普诺夫型能量函数，结合混合势函数稳定性定理计算出系统的临界能量，确定系统的稳定域。2.根据权利要求1所述的一种飞机电力系统平均值模型及大扰动稳定域构建方法，其特征在于，所述步骤(1)中所述电源为交流电源在直流侧的等效电压源，按公式计算，其中，Vm为交流电压幅值。3.根据权利要求1所述的一种飞机电力系统平均值模型及大扰动稳定域构建方法，其特征在于，所述步骤(1)中所述直流侧电感为自耦变压整流器原副边漏感和线路电感在直流侧的等效电感，按公式Leq＝2Lp+Ls计算，其中，Lp为自耦变压整流器原副边漏感，Ls为线路电感。4.根据权利要求1所述的一种飞机电力系统平均值模型及大扰动稳定域构建方法，其特征在于，所述步骤(1)中所述直流侧电阻为考虑整流器换相重叠角等因素影响的直流侧等效电阻，按公式计算，其中，n＝6.464。5.根据权利要求1所述的一种飞机电力系统平均值模型及大扰动稳定域构建方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：车延博，刘校坤，郁舒雁，刘国鉴，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12