多电飞机电力系统的静态模型与稳态潮流分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及多电飞机电力系统的稳态分析领域，具体涉及多电飞机静态建模与潮 流分布的计算分析方法。
【背景技术】
[0002] 飞机电力系统是电力系统与用电设备的总称，是飞机的重要组成部分之一，其能 否正常工作对飞机安全和正常运行都起到至关重要的作用，特别是随着飞机向多电、全电 方向发展，其安全性和可靠性得到越来越多关注。
[0003] 经对现有技术文献的检索发现，现行研究多电飞机电力系统的方向主要为：电机 与电源系统、配电技术、机电作动技术、功率电传、全电刹车系统和多机电系统的综合管理 等几个方面，其中电机与电源系统方面的研究也多着重于故障诊断、配电技术和负载稳定 性。
[0004] 检索文献发现，从飞机电网可靠性和故障诊断方面，有边向南、周宇英、马齐爽在 北京航空航天大学学报发表的文献"多电飞机电气系统可靠性网络拓扑分析法"中提出了 一种定量分析多电飞机电气系统的拓扑方法及一种适用于多电飞机电力系统可靠性评估 的算法，但只是从网络拓扑上进行了分析并提出可靠性指标，并且也只给出了一个初略的 拓扑框架，不能从实际运行工况方面进行研究分析；冯玉莲、刁学敏在《硅谷》杂志上发表的 "多电飞机电气系统及电源品质要求的发展"文献中，基于多电飞机新的电源系统结构、新 的负载要求和电力电子设备在航空上的应用，对飞机电源品质进行了研究，但也只是基于 普通电力系统和飞机电力系统的特殊要求，给出了一系列电源品质方面的要求，并没有深 入研究；西北工业大学的姚静在其硕士论文"多电飞机电气系统的故障诊断研究"中讨论了 专家系统理论和人工神经网络理论在多电飞机电气系统故障诊断中的应用，介绍并分析了 多电飞机电力系统的结构及特点，但都是从各个单独的模块进行故障诊断分析，也并没有 从飞机整体电力系统的方面进行稳态研究。
[0005] 综合以上这些类别的文献，可以发现，现行多电飞机电力系统研究方法中主要存 在以下不足：
[0006] 不能反映飞机电力系统的整体运行情况。多电飞机电力系统组成部件众多、系统 构成复杂，各个组成部件和系统构成无法保证完全的可靠运行，因此现行大部分研究主要 是分开讨论飞机电力系统局部的运行情况，且多以故障研究为主，而目前尚未发现以多电 飞机电力系统整体来进行稳态分析的报道。
[0007]没有结合飞机的实际接线，不能真实的反映飞机的电力网络运行情况。现行多电 飞机电力系统的研究方法只是单独从电源系统，或是配电系统来进行研究，而并没有考虑 到完整的飞机电力网络实际接线。
[0008]没有考虑飞机不同工况下的运行情况。飞机电力系统的总电力能力有限，不能满 足飞机上所有电力设备同时满负载工作的要求，因此需要根据飞行各个阶段的工况需求， 结合机上电力设备的电气负载要求，通过开关操作控制飞机电力设备的总负载。为此，需要 进行变工况状态下的多电飞机电力系统安全性分析。
【发明内容】
[0009] 本发明针对上述现有技术的问题，提供了一种多电飞机电力系统的静态模型与稳 态潮流分析方法，从多电飞机电力系统整体结构考虑，对多电飞机系统中的主要元件进行 等值电路建模，再根据特定机型的实际接线来绘制潮流模型接线图，利用改进后的交替迭 代法，通过MATLAB编程计算特定机型多电飞机不同工况下的潮流情况。
[0010] 为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
[0011] -种多电飞机电力系统的静态模型，包括发电机模型、变流器模型、输电线路模 型、负荷模型、滤波器和无功补偿模型及储能装置模型构成的潮流模型接线图，其中：
[0012] 所述发电机模型，是对多电飞机电源系统的等值；
[0013] 所述变流器模型，是对多电飞机电力系统中整流器和逆变器的等值；
[0014] 所述输电线路模型，是对多电飞机电力系统中电力线路的等值；
[0015] 所述负荷模型，是对多电飞机电力系统中运行负载的等值；
[0016] 所述滤波器和无功补偿模型，是对多电飞机电力系统中整流器交流侧、逆变器交 流侧以及直流线路上的滤波器和无功补偿器的等值；
[0017] 所述储能装置模型，是对多电飞机备用电源的等值。
[0018] 所述输电线路模型采用等值电阻模型。
[0019] 所述滤波器和无功补偿模型采用电阻、电感、电容组成的对地支路来等值。
[0020] 所述储能装置模型等值为直流电源。
[0021] 所述静态模型结合飞机实际接线构成飞机电力系统潮流计算模型，基于陆地电力 系统的交直流潮流计算方法，同时考虑直流母线带有直流负荷的特点，采用改进网络方程 中的直流方程，以适合多电飞机电力系统的潮流计算分析，通过MATLAB编程计算不同工况 下飞机电力系统潮流分布情况。
[0022] 计算不同工况下潮流分布时，采取调节发电机端电压、调节换流变压器变比以及 调节换流器控制角三种方法结合的方式来确定控制策略，并选取运行时间最长的航行工况 作为初始〇档。
[0023] 所述发电机模型在不考虑系统故障进而不考虑备用电源影响的情况下，在多电飞 机电源设计冗余度普遍较大时，将发电机作为平衡节点，定电压幅值和初始相位。
[0024] 根据飞机电源系统特性确定变流器的控制方式，逆变器选择定控制角和定输出功 率控制方式，整流器选择定控制角和定变比控制方式。
[0025] 在潮流计算中，将整流器和逆变器作为PQ节点，在多电飞机电力系统中，逆变器 右侧直接接负荷，为无源系统，此时，需要在逆变器的直流侧加装一个大电容，采用电压源 型逆变器，利用大电容产生的无功功率来提供逆变器和负荷所需的无功，在潮流计算中，将 大电容认为是逆变器的一部分，理想地输出无功功率。
[0026] 所述负荷模型中所有负载在潮流分析中均等值为PQ节点，其大小根据不同时段 的载入配置确定。
[0027] 与现有技术相比，本发明有如下有益效果：
[0028] 通过等值的静态建模，能够根据多电飞机的具体接线情况，列出多电飞机电力系 统的潮流计算模型；将陆地电力系统的分析方法引入到多电飞机电力系统的稳态分析上， 利用潮流计算的方法，可以更直观的了解飞机运行工况变化的情况下飞机电力系统各重要 节点的稳定或变化情况；利用MATLAB编程实现潮流计算过程，方便快捷，可以很明确的观 察各工况下多电飞机电力系统的潮流分布情况；潮流计算作为研究电力系统稳态运行的基 本运算，是电力系统稳定计算和故障分析的基础，通过潮流分布研究可以完成飞机网络规 划、无功补偿方案、故障分析等各类工作。
【附图说明】
[0029] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：
[0030] 图1是本发明对多电飞机电力系统进行研究的分析方法层次图；
[0031]图2是本发明实施例各部件静态模型及潮流计算模型接线图；
[0032] 图3是本发明实施例潮流计算流程图。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术 人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明 的保护范围。
[0034] 本发明包括多电飞机电力系统静态建模和稳态潮流分析两个部分。静态建模即由 发电机模型、变流器模型、输电线路模型、负荷模型、滤波器和无功补偿模型及储能装置模 型构成的潮流模型接线图。稳态潮流分析即为多电飞机不同运行工况下的潮流分布研究， 根据多电飞机电力系统特点采用改进后交替迭代法。
[0035] 发电机模型，是对多电飞机电源系统的等值，在不考虑系统故障情况下，可以不考 虑备用电源的影响，因此，在多电飞机电源设计冗余度普遍较大的情况下，将发电机作为平 衡节点，定电压幅值和初始相位。
[0036] 变流器模型，是对多电飞机电力系统中整流器和逆变器的等值。整流器从交流系 统吸收有功功率和无功功率，逆变器向交流系统释放有功功率、吸收无功功率，因此在潮流 计算中，将整流器和逆变器作为PQ节点。在多电飞机电力系统中，逆变器右侧直接接负荷， 为无源系统，此时，需要在逆变器的直流侧加装一个大电容，采用电压源型逆变器，利用大 电容产生的无功功率来提供逆变器和负荷所需的无功。在潮流计算中，将大电容认为是逆 变器的一部分，理想地输出无功功率。
[0037] 输电线路模型，是对多电飞机电力系统中电力线路的等值。多电飞机配电网采用 分布式配电技术，线路模型相对较为简单，采用三相四线制电力方式，以机体为中性线。飞 机上的各类负载通过电缆连接，与一般输电线路相比，飞机电缆长度短，可忽略η型等效 模型中的容抗，直接用一个串联阻抗来等值，采用实验测得民用飞机电缆实际运行状态的 模型参数。
[0038]负荷模型，是对多电飞机电力系统中运行负荷的等值，交流负载功率因数统一假 设为〇. 85。所有负载在潮流分析中均等值为PQ节点，其大小根据不同时段的载入配置确 定。
[0039]滤波器和无功补偿模型，是对多电飞机电力系统中整流器交流侧、逆变器交流侧