一种新能源飞机的分层级能量管理方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种新能源飞机的分层级能量管理方法及系统，所述分层级能量管理方法包括：S1：预设功率分配的初始策略；S2：执行初始策略并下发至发电单元；S3：获取发电单元的实时状态；S4：预设功率需求约束条件，根据发电单元的实时状态，建立功率分配数学模型；S5：根据功率分配数学模型，重新制定功率分配的优化策略；S6：以优化策略替换初始策略，重复S2直至S5中的优化策略为最优策，本发明专利技术可以将燃料电池的氢气消耗量达到最小并且锂电池容量损耗最低。低。低。

【技术实现步骤摘要】
一种新能源飞机的分层级能量管理方法及系统


[0001]本专利技术涉及飞机能量系统控制
，尤其涉及一种新能源飞机的分层级能量管理方法及系统。

技术介绍

[0002]多电飞机利用燃料电池、锂电池和光伏等新型能源获取电能后，通过电动机带动螺旋桨、涵道风扇或其他装置产生前进动力，有效减小对化石燃料的依赖，代表了未来飞机技术的发展方向。现阶段锂电池的低能量密度特性导致纯锂电池飞机不具备长航程能力，而燃料电池较低的功率密度特性也无法满足飞机在飞行状态下大范围功率变化和快速动态响应需求，因此多电飞机一般采用锂电池、燃料电池和光伏发电的混合组合供电方式。
[0003]随着多电飞机供电组合方式和电力系统部件的增加，其能量管理问题的控制复杂程度也随之增加。现有的多电飞机能量管理方法多是从单一的锂电池最长使用寿命或者燃料电池最少氢气消耗量做为优化目标，导致系统能量管理优化设计不够全面；并且能量管理没有兼顾到对各发电单元状态的全面感知和控制，管理精细度不足。这种能量管理方法对越来越复杂的飞机多电能源系统是不利的。
[0004]因此，有必要研究一种新能源飞机的分层级能量管理方法及系统来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种新能源飞机的分层级能量管理方法及系统，基于粒子群优化理论，可以将燃料电池的氢气消耗量达到最小并且锂电池容量损耗最低。
[0006]一方面，本专利技术提供一种新能源飞机的分层级能量管理方法，用于包括锂电池、燃料电池和光伏电池的复合发电系统，所述分层级能量管理方法包括以下步骤：
[0007]S1：预设功率分配的初始策略；
[0008]S2：执行初始策略并下发至发电单元；
[0009]S3：获取发电单元的实时状态；
[0010]S4：预设功率需求约束条件，根据发电单元的实时状态，建立功率分配数学模型；
[0011]S5：根据功率分配数学模型，重新制定功率分配的优化策略；
[0012]S6：以优化策略替换初始策略，重复S2直至S5中的优化策略为最优策略。
[0013]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S4中预设功率需求约束条件具体为满足安全运行和负载功率需求的约束条件。
[0014]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S6中最优策略为功率分配结果中燃料电池的氢气消耗量最小和锂电池容量损耗最低。
[0015]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S3中发电单元的实时状态包括电流、电压和功率。
[0016]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S2具体
包括：
[0017]当执行策略为电流源工作模式时，直接接收功率分配指令，并输出所要求的功率；
[0018]当执行策略为电压源工作模式时，根据汇集在直流母线总功率与当前负载所需求的总功率的缺额输出对应的功率。
[0019]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S4中功率分配数学模型为基于粒子群优化理论的能量分配模型。
[0020]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S5中重新制定功率分配的优化策略具体为：以燃料电池的氢气消耗量最小和锂电池容量损耗最低为优化目标，建立粒子群多目标优化函数：
[0021][0022][0023][0024]其中，为燃料电池单元的氢燃料消耗量，D
Li
为锂电池容量损耗系数，为氢气低热值，为燃料电池系统输出功率，为燃料电池系统输出效率，M为循环充放电周期次数，ΔD
Li
为锂电池容量损耗系数增量。
[0025]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种新能源飞机的分层级能量管理系统，所述分层级能量管理系统包括：
[0026]功率分配层，预设发电单元的初始分配策略并根据发电单元的实时状态进行分配策略的优化；
[0027]装置控制层，执行初始分配策略和优化后的分配策略以及获取发电单元的实时状态；
[0028]发电单元，多电飞机的不同元器件。
[0029]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述功率分配层的分配策略优化过程具体包括：
[0030]依据各发电单元实时状态，在满足安全运行和负载功率需求约束条件下，以燃料电池的氢气消耗量最小和锂电池容量损耗最低为优化目标，建立功率分配数学模型，并制定最优的功率分配策略，下达给装置控制层。
[0031]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述装置控制层具体工作如下：
[0032]通过对发电单元的功率分配控制，维持直流母线电压的稳定和负载用电需求，装置控制层接收功率分配层发送的功率分配指令，并下发至对应的发电单元，同时上传各发电单元的实时状态至功率分配层。
[0033]与现有技术相比，本专利技术可以获得包括以下技术效果：
[0034]1)：在满足安全运行和负载功率需求的条件下，可实现燃料电池氢气消耗量更小，锂电池工作寿命更长；
[0035]2)：所提出分层级的能量管理方法兼顾到对各发电单元的状态感知，以及对多发电单元的输出功率的优化控制，可实现对多电飞机能源系统的精细化管理。
[0036]当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
【附图说明】
[0037]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0038]图1是本专利技术一个实施例提供的分层级能量管理系统结构图；
[0039]图2是本专利技术一个实施例提供的装置控制层的功率分配控制流程图；
[0040]图3是本专利技术一个实施例提供的粒子群优化算法的求解流程图。
【具体实施方式】
[0041]为了更好的理解本专利技术的技术方案，下面结合附图对本专利技术实施例进行详细描述。
[0042]应当明确，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0043]在本专利技术实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本专利技术。在本专利技术实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
[0044]在多电飞机动力架构中，发电系统可由锂电池、燃料电池、光伏电源等组成。该系统采用了直流母线架构，多能源发电单元经电能变换器接入直流母线实现功率汇集。飞机电力负载通过直本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新能源飞机的分层级能量管理方法，用于包括锂电池、燃料电池和光伏电池的复合发电系统，其特征在于，所述分层级能量管理方法包括以下步骤：S1：预设功率分配的初始策略；S2：执行初始策略并下发至发电单元；S3：获取发电单元的实时状态；S4：预设功率需求约束条件，根据发电单元的实时状态，建立功率分配数学模型；S5：根据功率分配数学模型，重新制定功率分配的优化策略；S6：以优化策略替换初始策略，重复S2直至S5中的优化策略为最优策略。2.根据权利要求1所述的分层级能量管理方法，其特征在于，所述S4中预设功率需求约束条件具体为满足安全运行和负载功率需求的约束条件。3.根据权利要求1所述的分层级能量管理方法，其特征在于，所述S6中最优策略为功率分配结果中燃料电池的氢气消耗量最小和锂电池容量损耗最低。4.根据权利要求1所述的分层级能量管理方法，其特征在于，所述S3中发电单元的实时状态包括电流、电压和功率。5.根据权利要求1所述的分层级能量管理方法，其特征在于，所述S2具体包括：当执行策略为电流源工作模式时，直接接收功率分配指令，并输出所要求的功率；当执行策略为电压源工作模式时，根据汇集在直流母线总功率与当前负载所需求的总功率的缺额输出对应的功率。6.根据权利要求5所述的分层级能量管理方法，其特征在于，所述S4中功率分配数学模型为基于粒子群优化理论的能量分配模型。7.根据权利要求1所述的分层级能量管理方法，其特征在于，所述S5中重新制定功率分配的优化策略具体为：以燃料电池的氢气...

【专利技术属性】
技术研发人员：武琳，董玮，王府井，
申请(专利权)人：中国商用飞机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：