[发明专利]基于统一大信号模型的机载电力系统稳定性分析方法

说明书

本发明涉及一种基于统一大信号模型的机载电力系统稳定性分析方法，包括：步骤一，建立飞机电力系统的统一大信号模型；步骤2，求解基于统一大信号模型下的飞机电力系统稳定性判据：采用混合势函数理论结合李雅普诺夫型能量函数求解得出统一大信号模型下的大信号稳定性判据，此稳定性判据同样也为飞机电力系统小信号的稳定性判据。

技术领域

本发明涉及航空电力系统稳定性分析领域，具体来说是提出一种统一的大信号模型，对飞机电力系统的小信号扰动稳定性和大信号扰动稳定性进行分析的方法。

背景技术

现代飞机为节约能源、降低成本及改善机载系统的性能越来越多地采用电能取代传统飞机上的液压、气压能源作为能源的供给形式。随着未来的飞机设计逐步融入多电的概念，将更加依赖电力系统来保证飞机的安全运行。

飞机电力系统主要负责电能的产生、变换、分配，并以恰当安全的方式传送到负载。多电飞机必须依靠大量的电力电子变换装置，如自耦变压整流器(ATRU)、Buck/Boost变换器等，为二次动力部件提供电动力驱动，给飞机的运行控制带来极大便利。但由于电力电子变换装置的动态性、非线性以及彼此之前的级联、并联等连接方式，使得飞机电力系统在获得高性能的同时，稳定性问题也变得更加突出。此外，多电飞机电力系统中，大部分负载设备由于控制器的快速响应特性表现为恒功率负载，其负阻抗特性给飞机电力系统稳定性带来严重危害。因此，对多电飞机电力系统进行稳定性分析具有重要的意义，主要包括飞机电力系统的建模与仿真、小信号以及大信号稳定性分析等方面。

飞机电力系统是一个强非线性系统，建模方法相对复杂，目前主要集中在状态空间平均(SSA)法、dq变换法、平均值(AVM)法等。SSA方法广泛用于各种直流和交流系统中电力变换器的建模，但当其应用于三相系统时，会产生复杂的高阶数学模型，不利于系统的稳定性分析；dq变换法能够建立电力电子变换器的时变变压器模型，广泛用于交流系统的建模分析；AVM被用于很多6脉冲和12脉冲二极管整流器建模，同时也被广泛用于带换向整流器发电机的建模，这些整流器可以作为恒定的直流电压源，其模型相对简单，且仍有较高的精度，不仅适用于快速仿真分析，也适用于系统的稳定性分析。

飞机电力系统稳定性分析包括小信号分析和大信号分析：小信号稳定性分析是指扰动造成的影响足够小，可实现对系统模型的线性化且不影响分析精度，如负荷随机增减、参数缓慢变化等引起的稳定性问题；大信号稳定性分析主要研究负载突变、短路故障、甩负荷和断线等大扰动对系统稳定性的影响。目前，对于飞机电力系统小信号稳定性分析，国内外学者已经进行了大量的研究工作，但小信号稳定性分析存在一定的局限性，仅限于对系统稳态工作点附近的稳定性情况进行研究，不适用于短路故障等大信号扰动的情况。此外，同时考虑飞机电力系统处于大、小信号扰动下的稳定性尚未有简单方便的分析工具。

发明内容

本发明借鉴平均值建模的方法，提出一种飞机电力系统的统一大信号模型建立方法，并基于此模型提供一种机载电力系统稳定性分析方法。本发明的技术方案如下：

一种基于统一大信号模型的机载电力系统稳定性分析方法，包括下列步骤：

步骤1：建立飞机电力系统的统一大信号模型

对于多电飞机电力系统，进行包括如下处理的简化，建立飞机电力系统的统一大信号模型：将发电机等效为理想电压源；自耦变压整流器采用平均值模型；电力电子驱动的机载用电设备视为恒功率负载，用恒流源表示；忽略高压交流母线电压的波动及交流阻性负载和调速电动机负载的影响。

步骤2：求解基于统一大信号模型下的飞机电力系统稳定性判据

分别采用李雅普诺夫线性化方法及混合势函数理论求解多电飞机电力系统的小信号和大信号稳定性判据，然后通过对比分析得出飞机电力系统统一的稳定性判据。基于建立的飞机电力系统统一的大信号模型，采用李雅普诺夫线性化方法得出系统的小信号稳定性判据为：