基于功能性建模的多電飛機(jī)電力系統(tǒng)建模方法及其模型技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種基于功能性建模的多電飛機(jī)電力系統(tǒng)建模方法及其模型，包括：變速變頻發(fā)電機(jī)模塊、匯流條聯(lián)結(jié)斷路器模塊、匯流條控制單元模塊、電能變換裝置模塊以及線路模塊、負(fù)載模塊。本發(fā)明專利技術(shù)注重于功能性建模方法，無需要分析各個部件的實(shí)際具體結(jié)構(gòu)，建模速度快，模型簡單，精度高，適用于多電飛機(jī)變速變頻電力系統(tǒng)的綜合建模，能有效反映多電飛機(jī)變速變頻電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況并實(shí)現(xiàn)故障分析。

Modeling method and model of power system for multi electric aircraft based on functional modeling

The invention provides a multi functional electrical modeling modeling method and model of aircraft power system based on variable frequency generator module, including: bus connection breaker module, bus control module, power converter module and circuit module and load module. The present invention focuses on the functional modeling method, without the need for practical structure analysis of each component, fast modeling speed, high precision, simple model, integrated modeling for more electric aircraft speed and frequency of power system operation, can effectively reflect the frequency of power system of more electric aircraft transmission and fault analysis.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
基于功能性建模的多電飛機(jī)電力系統(tǒng)建模方法及其模型
本專利技術(shù)涉及多電飛機(jī)電力系統(tǒng)建模仿真
，具體地，涉及基于功能性建模的多電飛機(jī)電力系統(tǒng)建模方法及其模型。
技術(shù)介紹
傳統(tǒng)飛機(jī)的電源系統(tǒng)一般采用恒速恒頻發(fā)電機(jī)，利用其頻率一致的特性采取并聯(lián)供電的方式來提升系統(tǒng)可靠性。多電飛機(jī)電力系統(tǒng)為提升系統(tǒng)發(fā)電容量，多采用變速變頻電源系統(tǒng)，主發(fā)電機(jī)為變頻發(fā)電機(jī)，無法并聯(lián)運(yùn)行，各自工作在獨(dú)立狀態(tài)下，只能通過互為備用的冗余供電方式來保證系統(tǒng)整體可靠性。為了實(shí)現(xiàn)飛機(jī)電源之間的備用供電方式，多電飛機(jī)電力系統(tǒng)通過匯流條控制單元來實(shí)現(xiàn)不同狀態(tài)下的電源切換。匯流條控制單元會根據(jù)飛機(jī)不同的狀態(tài)來控制斷路器的關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)故障狀態(tài)下的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和電源切換，保證重要設(shè)備的供電需求。因此變頻和冗余供電是多電飛機(jī)相對于傳統(tǒng)飛機(jī)的一個重要特點(diǎn)。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)現(xiàn)有的飛機(jī)電力系統(tǒng)建模仿真研究多集中于傳統(tǒng)飛機(jī)的低壓直流或恒速恒頻交流系統(tǒng)，而沒有上升到多電飛機(jī)的高度；國外學(xué)者開展了部分對多電飛機(jī)電力系統(tǒng)的仿真研究，但多基于電力系統(tǒng)部件，沒有考慮多電飛機(jī)電力系統(tǒng)的整體運(yùn)行特點(diǎn)。現(xiàn)行多電飛機(jī)電力系統(tǒng)建模仿真研究領(lǐng)域中主要存在以下不足：構(gòu)建的仿真模型均為單一線路模型，不能反映多電飛機(jī)電力系統(tǒng)的整體運(yùn)行情況。多電飛機(jī)電力系統(tǒng)具有多電源結(jié)構(gòu)，電源之間的互相配合是多電飛機(jī)實(shí)現(xiàn)供電冗余度的基礎(chǔ)，為研究多電飛機(jī)電力系統(tǒng)的整體運(yùn)行情況，必須考慮多電飛機(jī)各發(fā)電機(jī)之間的協(xié)同工作情況。建模時需要分析多電飛機(jī)電力系統(tǒng)中各設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)，建立的模型復(fù)雜，運(yùn)行時間長。而多電飛機(jī)電力系統(tǒng)設(shè)備眾多，這種仿真分析方法會導(dǎo)致整體仿真模型結(jié)構(gòu)巨大，難以實(shí)現(xiàn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本專利技術(shù)的目的是提供一種基于功能性建模的多電飛機(jī)電力系統(tǒng)建模方法及其模型。根據(jù)本專利技術(shù)提供的基于功能性建模的多電飛機(jī)電力系統(tǒng)模型，包括：變速變頻發(fā)電機(jī)模塊、匯流條聯(lián)結(jié)斷路器模塊、匯流條控制單元模塊、電能變換裝置模塊以及線路模塊、負(fù)載模塊；其中：所述變速變頻發(fā)電機(jī)模塊用于對多電飛機(jī)電力系統(tǒng)中的變速變頻航空發(fā)電機(jī)進(jìn)行仿真建模；所述匯流條聯(lián)結(jié)斷路器模塊用于對多電飛機(jī)電力系統(tǒng)中的母線聯(lián)結(jié)開關(guān)和保護(hù)開關(guān)裝置進(jìn)行仿真建模；所述匯流條控制單元模塊用于對多電飛機(jī)電力系統(tǒng)中對各匯流條聯(lián)結(jié)斷路器加以開斷控制、實(shí)現(xiàn)故障下電源切換的控制單元進(jìn)行仿真建模；所述電能變換裝置模塊用于對多電飛機(jī)電力系統(tǒng)中的變壓整流器進(jìn)行仿真建模；所述線路模塊用于對多電飛機(jī)電力系統(tǒng)中的飛機(jī)電纜進(jìn)行建模；所述負(fù)載模塊用于對多電飛機(jī)電力系統(tǒng)中的用電設(shè)備進(jìn)行建模。優(yōu)選地，所述變速變頻發(fā)電機(jī)模塊包括：可編程信號源、同步發(fā)電機(jī)仿真模塊以及電壓穩(wěn)定控制調(diào)節(jié)單元，利用可編程信號源模擬多電飛機(jī)電力系統(tǒng)中變速變頻航空發(fā)電機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速，并通過同步發(fā)電機(jī)仿真模塊和電壓穩(wěn)定控制調(diào)節(jié)單元模擬三級式無刷交流發(fā)電機(jī)。優(yōu)選地，所述可編程信號源利用變速變頻航空發(fā)電機(jī)的輸出電壓頻率與輸入轉(zhuǎn)速成比例關(guān)系的原理，將變速變頻航空發(fā)電機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速設(shè)置為在設(shè)定區(qū)域內(nèi)的變化信號，實(shí)現(xiàn)變速變頻發(fā)電機(jī)的變頻輸出。優(yōu)選地，所述電壓穩(wěn)定控制調(diào)節(jié)單元為帶勵磁電流軟反饋的電壓調(diào)節(jié)器，具體地，用于完成電壓檢測、電壓反饋、電壓比較以及形成脈沖信號，實(shí)現(xiàn)變速變頻航空發(fā)電機(jī)的輸出電壓穩(wěn)定控制。優(yōu)選地，所述匯流條聯(lián)結(jié)斷路器模塊用具有延時功能的可控開關(guān)模型進(jìn)行模擬，利用控制狀態(tài)信號實(shí)現(xiàn)對匯流條聯(lián)結(jié)斷路器的控制，即實(shí)現(xiàn)對匯流條的聯(lián)結(jié)、開斷操作。優(yōu)選地，所述匯流條控制單元模塊利用邏輯元件模擬出各匯流條聯(lián)結(jié)斷路器與變速變頻發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)之間的邏輯關(guān)系，根據(jù)發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)信號，制定出相應(yīng)的電源切換控制策略，并發(fā)送至匯流條聯(lián)結(jié)斷路器的輸出控制狀態(tài)信號，控制各匯流條聯(lián)結(jié)斷路器的開斷。優(yōu)選地，所述電能變換裝置模塊采用12脈沖整流器結(jié)構(gòu)，包括：輸入濾波器、移相變壓器、二極管整流電路以及輸出濾波器；所述線路模塊采用三相RLC電路模擬；所述負(fù)載模塊包括：交流負(fù)載模型和直流負(fù)載模型，其中交流負(fù)載模型采用三相RLC電路模擬，直流負(fù)載模型采用單相R電路模擬。優(yōu)選地，所述相應(yīng)的電源切換控制策略是指：多電飛機(jī)電力系統(tǒng)為變速變頻系統(tǒng)，采用多個發(fā)電機(jī)冗余供電，當(dāng)其中任一個發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障時，將失電負(fù)荷轉(zhuǎn)移至能夠正常運(yùn)行的發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)供電，供電電源的切換即通過匯流條控制單元模塊控制各匯流條聯(lián)結(jié)斷路器的開斷。根據(jù)本專利技術(shù)提供的基于功能性建模的多電飛機(jī)電力系統(tǒng)建模方法，包括如下步驟：變速變頻發(fā)電機(jī)建模步驟：對多電飛機(jī)電源系統(tǒng)中的變速變頻航空發(fā)電機(jī)進(jìn)行仿真建模；匯流條聯(lián)結(jié)斷路器建模步驟：對多電飛機(jī)電力系統(tǒng)中的母線聯(lián)結(jié)開關(guān)和保護(hù)開關(guān)裝置進(jìn)行仿真建模；匯流條控制單元建模步驟：對多電飛機(jī)電力系統(tǒng)中對各匯流條聯(lián)結(jié)斷路器加以開斷控制、實(shí)現(xiàn)故障下電源切換的控制單元進(jìn)行仿真建模；電能變換裝置建模步驟：對多電飛機(jī)電力系統(tǒng)中的變壓整流器進(jìn)行仿真建模；線路建模步驟：對多電飛機(jī)電力系統(tǒng)中的飛機(jī)電纜進(jìn)行建模；負(fù)載建模步驟：對多電飛機(jī)電力系統(tǒng)中的用電設(shè)備進(jìn)行建模。優(yōu)選地，所述變速變頻發(fā)電機(jī)建模步驟包括：利用可編程信號源模擬多電飛機(jī)電源系統(tǒng)中變速變頻航空發(fā)電機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速，并通過同步發(fā)電機(jī)仿真模塊和電壓穩(wěn)定控制調(diào)節(jié)單元模擬三級無刷發(fā)電機(jī)；其中：所述可編程信號源利用變速變頻航空發(fā)電機(jī)的輸出電壓頻率與輸入轉(zhuǎn)速成比例關(guān)系的原理，將變速變頻航空發(fā)電機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速設(shè)置為在設(shè)定區(qū)域內(nèi)的變化信號，實(shí)現(xiàn)變速變頻發(fā)電機(jī)的變頻輸出；所述電壓穩(wěn)定控制調(diào)節(jié)單元為帶勵磁電流軟反饋的電壓調(diào)節(jié)器，具體地，用于完成電壓檢測、電壓反饋、電壓比較以及形成脈沖信號，實(shí)現(xiàn)變速變頻航空發(fā)電機(jī)的輸出電壓穩(wěn)定控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有如下的有益效果：本專利技術(shù)基于功能性建模方法，大大的減少了建模的工作量，同時保證了建模仿真的精度，不需要分析多電飛機(jī)電力系統(tǒng)各部件的具體結(jié)構(gòu)，只需了解各個部件在多電飛機(jī)電力系統(tǒng)中的作用和功能，通過適當(dāng)?shù)姆抡婺Ｐ蛠韺?shí)現(xiàn)這些部件的功能，不僅工作量小、建模速度快，而且模型結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行速度快。同時基于這一點(diǎn)，能夠充分考慮多電飛機(jī)電力系統(tǒng)中多電源的影響，將多電飛機(jī)電力系統(tǒng)中所有的供電線路都進(jìn)行整體建模，相對于現(xiàn)有的只考慮單一線路的建模方法來說，更加綜合全面，并且能夠?qū)崿F(xiàn)整體的穩(wěn)態(tài)分析和故障情況下電源切換仿真，適合于對多電飛機(jī)電力系統(tǒng)在進(jìn)行安全性分析和故障診斷方面的分析。附圖說明通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本專利技術(shù)的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯：圖1為多電飛機(jī)電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為變速變頻發(fā)電機(jī)仿真模型示意圖；圖3為電壓穩(wěn)定控制調(diào)節(jié)單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為匯流條聯(lián)結(jié)斷路器仿真模型示意圖；圖5為匯流條控制單元仿真模型示意圖；圖6為電能變換裝置仿真模型示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本專利技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本專利技術(shù)，但不以任何形式限制本專利技術(shù)。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本專利技術(shù)構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。這些都屬于本專利技術(shù)的保護(hù)范圍。本專利技術(shù)提供的建模方法從多電飛機(jī)電力系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)考慮，對多電飛機(jī)系統(tǒng)中的各主要元件進(jìn)行功能性建模，著重于實(shí)現(xiàn)個主要部件的功能，而不對其內(nèi)部具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)研究，以實(shí)現(xiàn)保證本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于功能性建模的多電飛機(jī)電力系統(tǒng)模型，其特征在于，包括：變速變頻發(fā)電機(jī)模塊、匯流條聯(lián)結(jié)斷路器模塊、匯流條控制單元模塊、電能變換裝置模塊以及線路模塊、負(fù)載模塊；其中：所述變速變頻發(fā)電機(jī)模塊用于對多電飛機(jī)電力系統(tǒng)中的變速變頻航空發(fā)電機(jī)進(jìn)行仿真建模；所述匯流條聯(lián)結(jié)斷路器模塊用于對多電飛機(jī)電力系統(tǒng)中的母線聯(lián)結(jié)開關(guān)和保護(hù)開關(guān)裝置進(jìn)行仿真建模；所述匯流條控制單元模塊用于對多電飛機(jī)電力系統(tǒng)中對各匯流條聯(lián)結(jié)斷路器加以開斷控制、實(shí)現(xiàn)故障下電源切換的控制單元進(jìn)行仿真建模；所述電能變換裝置模塊用于對多電飛機(jī)電力系統(tǒng)中的變壓整流器進(jìn)行仿真建模；所述線路模塊用于對多電飛機(jī)電力系統(tǒng)中的飛機(jī)電纜進(jìn)行建模；所述負(fù)載模塊用于對多電飛機(jī)電力系統(tǒng)中的用電設(shè)備進(jìn)行建模。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于功能性建模的多電飛機(jī)電力系統(tǒng)模型，其特征在于，包括：變速變頻發(fā)電機(jī)模塊、匯流條聯(lián)結(jié)斷路器模塊、匯流條控制單元模塊、電能變換裝置模塊以及線路模塊、負(fù)載模塊；其中：所述變速變頻發(fā)電機(jī)模塊用于對多電飛機(jī)電力系統(tǒng)中的變速變頻航空發(fā)電機(jī)進(jìn)行仿真建模；所述匯流條聯(lián)結(jié)斷路器模塊用于對多電飛機(jī)電力系統(tǒng)中的母線聯(lián)結(jié)開關(guān)和保護(hù)開關(guān)裝置進(jìn)行仿真建模；所述匯流條控制單元模塊用于對多電飛機(jī)電力系統(tǒng)中對各匯流條聯(lián)結(jié)斷路器加以開斷控制、實(shí)現(xiàn)故障下電源切換的控制單元進(jìn)行仿真建模；所述電能變換裝置模塊用于對多電飛機(jī)電力系統(tǒng)中的變壓整流器進(jìn)行仿真建模；所述線路模塊用于對多電飛機(jī)電力系統(tǒng)中的飛機(jī)電纜進(jìn)行建模；所述負(fù)載模塊用于對多電飛機(jī)電力系統(tǒng)中的用電設(shè)備進(jìn)行建模。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于功能性建模的多電飛機(jī)電力系統(tǒng)模型，其特征在于，所述變速變頻發(fā)電機(jī)模塊包括：可編程信號源、同步發(fā)電機(jī)仿真模塊以及電壓穩(wěn)定控制調(diào)節(jié)單元，利用可編程信號源模擬多電飛機(jī)電力系統(tǒng)中變速變頻航空發(fā)電機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速，并通過同步發(fā)電機(jī)仿真模塊和電壓穩(wěn)定控制調(diào)節(jié)單元模擬三級式無刷交流發(fā)電機(jī)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于功能性建模的多電飛機(jī)電力系統(tǒng)模型，其特征在于，所述可編程信號源利用變速變頻航空發(fā)電機(jī)的輸出電壓頻率與輸入轉(zhuǎn)速成比例關(guān)系的原理，將變速變頻航空發(fā)電機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速設(shè)置為在設(shè)定區(qū)域內(nèi)的變化信號，實(shí)現(xiàn)變速變頻發(fā)電機(jī)的變頻輸出。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于功能性建模的多電飛機(jī)電力系統(tǒng)模型，其特征在于，所述電壓穩(wěn)定控制調(diào)節(jié)單元為帶勵磁電流軟反饋的電壓調(diào)節(jié)器，具體地，用于完成電壓檢測、電壓反饋、電壓比較以及形成脈沖信號，實(shí)現(xiàn)變速變頻航空發(fā)電機(jī)的輸出電壓穩(wěn)定控制。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于功能性建模的多電飛機(jī)電力系統(tǒng)模型，其特征在于，所述匯流條聯(lián)結(jié)斷路器模塊用具有延時功能的可控開關(guān)模型進(jìn)行模擬，利用控制狀態(tài)信號實(shí)現(xiàn)對匯流條聯(lián)結(jié)斷路器的控制，即實(shí)現(xiàn)對匯流條的聯(lián)結(jié)、開斷操作。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于功能性建模的多電飛機(jī)電力系統(tǒng)模型，其特征在于，所述匯流條控制單元模塊利用邏輯元件模擬出各匯流條聯(lián)結(jié)斷路器與變速變頻發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)之間的邏輯關(guān)系，根據(jù)發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)信號，制定出相應(yīng)的...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：許克路，謝寧，王承民，
申請(專利權(quán))人：上海交通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：上海,31