多電飛機電力系統結構最佳化與穩定性分析

《多電飛機電力系統結構最佳化與穩定性分析》是依託重慶大學，由陳家偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：多電飛機電力系統結構最佳化與穩定性分析
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：陳家偉
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

多電飛機電力系統容量的增加及其大量依靠電力電子變換裝置進行配電的特點為其電力系統的穩定運行帶來了挑戰，研究多電飛機電力系統穩定性的分析與設計方法，是現階段航空工業急需面對和解決的關鍵問題。本申請項目對多電飛機電力系統的穩定性問題展開深入研究，主要包括：①最佳化多電飛機電力系統的結構，研究擴展廣義電力系統結構的方法；②研究廣義電力系統的高精度降階模型的建立方法；③研究電力系統子系統間的相互作用機理，通過分析電力系統參數與系統穩定性的關係，提出參數最佳化設計準則；④研究電力系統與發動機內在聯繫模型的建立方法，並基於該模型分析兩者間相互作用的機理，提出可避免有害相互作用的功率控制策略。本項目研究最終將形成一套適用於多電飛機電力系統的參數最佳化設計準則和功率控制策略，研究所得有助於完善多電飛機電力系統穩定性分析與設計的理論與方法，對發展多電飛機技術具有重要的理論價值和廣闊的套用前景。

結題摘要

隨著民用航空工業的快速發展，燃油消耗量快速增加，飛機廢氣（CO2、NOx等）及噪音排放量大大增加，對環境的影響日趨嚴重。為了解決這一問題，民航工業開始大力推行多電飛機技術（More Electric Aircraft，MEA）。MEA技術提出更多的使用高效的電能來代替飛機其他形式能量，如氣壓能、液壓能和機械能，從而提高系統效率，降低油耗，實現節能減排的目的。隨著MEA機載設備的複雜度與電氣化程度提高，需要對飛機配電結構進行最佳化，減小系統的體積重量。同時MEA中更多地使用電力電子變換器及電機驅動系統，其恆功率負載特性使電力系統的穩定性面臨著巨大挑戰。本項目對現代飛機的電力系統結構進行了全面的分析，在總結出最佳化結構的基礎上對其穩定性問題展開了深入研究，並對飛機電力系統的參數提出最佳化設計準則，主要工作及取得結果概括如下： ① 通過現狀調研，指出MEA是現代航空工業的發展趨勢，並通過研究現狀指出穩定性分析對未來MEA發展的重要性。 ② 選取了四種具有代表性的現代飛機電力系統結構作為本項目結構最佳化選取對象，首先從整體系統減重方面對四種結構進行了完備的分析與比較，初步篩選出有益飛機減重的系統結構；之後，對初選結構進行了穩定性分析，得出了在減重與穩定性方面均最優的電力系統結構作為本項目的研究對象。 ③ 確立了系統中源、荷及功率變換環節的具體類型，建立了各部件高精度動態模型，並通過聯立各部件模型建立起MEA電力系統模型。基於模型研究了電力系統中子系統相互作用對系統穩定性的影響，並通過大信號穩定性分析，得出系統參數最佳化設計準則。此外，通過參數敏感度分析，得出了控制參數對系統穩定性的影響規律，提出了控制參數的最佳化設計準則。為了解決部分系統參數限制問題（即不能通過最佳化設計這些參數來保證系統穩定性），本項目提出了一種基於虛擬電容的穩定性補償方法，保證了系統的全局穩定性。 ④ 在Matlab/Simulink中建立了功率等級為200kW的MEA電力系統仿真模型，通過仿真分析驗證了本項目研究所選取的電力系統結構的穩定性分析與系統參數設計理論的正確性。