一种基于超级电容储能的航空电源系统的能量管理策略技术方案

本发明专利技术公开了一种基于超级电容储能的航空高压直流电源系统的负载能量管理策略，所述方法在超级电容储能端和高压直流母线中间增加一个双向DC/DC模块，双向DC/DC变换器原边和副边的电压相位差称为移相角，通过控制所述移相角的大小，实现双向DC/DC变换器两侧功率流向的控制；原边开关管的占空比可调，副边开关管固定占空比为0.5，振荡器输出的载波和通过移相控制器后输出的载波分别作为原边和副边的开关管驱动信号载波，通过调节移相控制器来实现移相角大小的调节。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超级电容储能的航空电源系统的能量管理策略
本专利技术涉及一种基于超级电容储能的航空高压直流电源系统的负载能量管理策略，具体涉及一种基于电流源半桥的双向DC/DC变换器的功率流向控制方法，属于电力电子

技术介绍
随着多电飞机的发展，飞机电源系统也不断更新换代，目前，高压直流电源系统已在多电飞机中得到了广泛应用。尤其随着国家电网电能替代方案的开展和实施，空港和飞行器陆基供电逐渐成为相关
的研究热点。主要形式为采用地面电源和地面空调设备为停靠机场的飞机提供舱内空调、电源的能源供应，从而可以关闭飞机辅助动力系统，起到节能减排的效果。而飞机内的多电负载具有非线性功率突变特性和能量回馈特性，工作中易产生功率冲击，因此系统中需要有大功率密度的储能装置，所述装置还需在尽可能短的时间里吸收功率冲击带来的瞬时能量及负载回馈给电网的能量，要具有快速充放电及能量密度大的优点。超级电容(SC)是一种介于传统电容器和充电电池之间、具有特殊性能的电源，又名电化学电容，双电层电容器。它具备传统电容器的快速充放电能力，还拥有普通电容器无法比拟的高耐压、大容量、高介电常数。综合以上因素考虑，高压直流汇流条的储能系统选用超级电容作为储能元件，因为超级电容端电压随容量变化的波动较大，而负载侧要求稳定的端电压，因此将超级电容通过双向DC/DC变换器接入汇流条，构成高压直流汇流条超级电容储能系统。当多电负载波动时，直流汇流条电压也会产生波动和突变，对电源系统稳定性造成影响。同时，超级电容储能系统的荷电状态应维持在中间值，可充可放。因此需对双向DC/DC变换器的功率流向进行严格控制，由此实现高压直流汇流条电压值保持恒定，超级电容储能系统灵活充放电。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种基于超级电容储能高压直流电源系统的负载能量管理策略，实现双向DC/DC变换器原副两边功率流向和大小的灵活控制。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种基于超级电容储能的航空电源系统的能量管理策略，包括如下步骤：步骤1，在超级电容储能端和高压直流母线中间增加一个双向DC/DC模块，所述双向DC/DC变换器采用隔离型拓扑结构，变压器原边为超级电容侧，副边为高压直流母线侧。超级电容侧并联一个缓冲电容Cc,用于实现原副两边的电压匹配。步骤2，原边开关管占空比D1可调，副边开关管占空比D2为固定值0.5。步骤3，双向DC/DC变换器的功率流向控制由变压器原边开关管占空比D1和原副两边的电压uab、ucd的移相角φ大小决定。步骤4，控制回路一共有三个闭环控制回路，分别为电压匹配环、汇流条母线电压外环和超级电容电流内环。步骤5，振荡器产生的三角波和经180°移相后的三角波与电压匹配环经PI调节器的输出交截，为原边S2down、S2up、S1down、S1up四个开关管提供控制信号。步骤6，汇流条母线电压外环和超级电容电流内环构成的双环经PI调节器的输出，与振荡器的载波共同输入移相控制器，得到与载波相差移相角大小的一路三角波。所述三角波再与固定占空比为0.5的调制波交截，为副边S3down开关管提供控制信号，S3up的控制信号为S3down控制信号移相180°后得到。作为本专利技术的一种优选方案，步骤4所述电压匹配环的具体控制回路构成为：首先将副边电压等效折算到原边为Ubus/2N，作为电压匹配环的给定，所述给定值与通过检测电路得到的原边实际电压值Ucc作差，差值经过PI调节器后的输出值与振荡器输出的载波及所述载波移相180°后的三角波交截，为原边开关管提供控制信号。作为本专利技术的一种优选方案，步骤6所述汇流条母线电压外环和超级电容电流内环构成的双环控制回路，其具体构成为：汇流条母线电压参考值为外环给定值，与经采样得到的汇流条母线电压实际值作差后，经过PI调节器，输出为超级电容电流内环的电流给定值，与实际检测得到的超级电容流过的电流作差，经PI调节器后，输出为移相控制器应对振荡器输出载波的移相角度，与振荡器载波同时输入移相控制器，得到一路移相后的三角波，再与固定占空比为0.5的调制波交截，为副边开关管提供控制信号。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、本专利技术采用超级电容作为储能元件，相比于常用的锂电池等储能装置而言，超级电容具备快速充放电及能量密度大的优点，本专利技术对超级电容的电压、电流进行控制，高压直流母线电压的稳定性更好。2、本专利技术通过双向DC/DC变换器实现原副两边的电气隔离，控制参量解耦，参数调节独立、方便、简单。附图说明图1是本专利技术的高压直流电源系统的整体架构图。图2是本专利技术的双向DC/DC变换器功率传输原理图。图3是本专利技术的双向DC/DC变换器系统总体框图。图4是本专利技术的能量管理策略框图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本专利技术控制方法以一种基于超级电容储能的270V高压直流电源系统为实施例，双向DC/DC变换器采用基于电流源半桥的拓扑。所述高压直流电源系统的控制方法说明如下：(1)270V高压直流发电机为汇流条母线提供270V的稳定电压，当用电负载需求变化时，由于多电负载的非线性，汇流条电压也会随之变化，不能稳定在270V。于是，在所述电源系统中增加超级电容储能装置SC，并在超级电容侧和汇流条母线侧之间增加一个基于电流源半桥拓扑的双向DC/DC变换器，如图1所示。当多电负载用电需求增加时，为防止汇流条母线电压跌落，超级电容释放能量，功率从超级电容侧传输到汇流条母线侧。(2)双向DC/DC变换器的功率传输原理如图2所示，虽然变换器的输入、输出电压极性保持不变，但输入、输出电流方向可以改变。当I1<0、I2>0时，功率流为正向，从变换器左侧传输到右侧；当I1>0、I2<0时，功率流反向，从变换器右侧传输到左侧。(3)在超级电容储能端和高压直流母线中间增加一个双向DC/DC模块，所述双向DC/DC变换器采用基于电流源半桥的隔离型拓扑，如图3所示。变压器原边为超级电容侧，副边为高压直流母线侧。超级电容侧并联一个缓冲电容Cc,用于实现原副两边的电压匹配。(4)原边开关管占空比D1可调，副边开关管占空比D2为固定值0.5。(5)双向DC/DC变换器的功率流向控制由变压器原边开关管占空比D1和原副两边的电压uab、ucd的移相角φ大小决定。功率P与D1和φ的表达式如下：D1＜0.5时，D1＞0.5时，(6)控制回路一共有三个闭环控制回路，如图4所示，分别为电压匹配环、汇流条母线电压外环和超级电容电流内环。电压匹配环，具体控制回路构成为：首先将副边电压等效折算到原边为Ubus/2N，作为电压匹配环的给定，所述给本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超级电容储能的航空高压直流电源系统的负载能量管理策略，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1，在超级电容储能端和高压直流母线中间增加一个双向DC/DC模块，该双向DC/DC变换器采用隔离型拓扑，变压器原边为超级电容侧，副边为高压直流母线侧。超级电容侧并联一个缓冲电容Cc,用于实现原副两边的电压匹配。/n步骤2，原边开关管占空比D

【技术特征摘要】
1.一种基于超级电容储能的航空高压直流电源系统的负载能量管理策略，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，在超级电容储能端和高压直流母线中间增加一个双向DC/DC模块，该双向DC/DC变换器采用隔离型拓扑，变压器原边为超级电容侧，副边为高压直流母线侧。超级电容侧并联一个缓冲电容Cc,用于实现原副两边的电压匹配。
步骤2，原边开关管占空比D1可调，副边开关管占空比D2为固定值0.5。
步骤3，双向DC/DC变换器的功率流向控制由变压器原边开关管占空比D1和原副两边的电压uab、ucd的移相角φ大小决定。功率P与D1和φ的表达式如下：
D1＜0.5时，



D1＞0.5时，






步骤4，控制回路一共有三个闭环控制回路，分别为电压匹配环、汇流条母线电压外环和超级电容电流内环。
步骤5，振荡器产生的三角波和经180°移相后的三角波与电压匹配环经PI调节器的输出交截，为原边S2down、S2up、S1down、S1up四个开关管提供控制信号。
步骤6，汇流条母线电压外环和超级电容电流内环构成的双环经PI调节器的输出，与振荡器的载波共同输入移相控制器，得到与载波相差移相角大小的一路三角波。该三角波再与固定占空比为0.5的调制波交截，为副边S3down开关管提供控制信号，S3up的控制信号为S3down控制信号移相180°后得到。


2.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈振宇，杨斌，腾宇，毛晓波，邵兴登，李哲，黄堃，刘澄，徐杰彦，王鹤，陈征，郝添翼，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司，南瑞集团有限公司，国网北京节能设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32