航空12脉波逆变器的广义状态空间平均建模方法技术

本发明专利技术公开了一种航空12脉波逆变器的广义状态空间平均建模方法，平均建模方法包括以下步骤：获取飞机电力系统12脉波逆变器的虚拟线电压、虚拟线电流以及开关函数；以虚拟线电流、虚拟线电压为分析变量获取广义状态空间平均分析变量，同时获取开关函数的等效函数；通过广义状态空间平均分析变量、开关函数的等效函数、以及广义状态空间平均理论获取航空12脉波逆变电路的广义状态空间平均模型。本发明专利技术不仅考虑了不变分量同时也考虑高阶分量，不仅适用于飞机电力系统小扰动稳定性分析，同时也适用于大扰动稳定性分析。相比于状态空间平均模型，在系统出现大扰动时模型的准确性由原来的约6％提高到现有的约3％，准确性提高了将近一倍。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及航空航天、电气工程
，特别是涉及航空电力系统中DC-AC逆变电路在起动、阶跃、故障等大信号扰动建模分析领域，同时，本专利技术同样适用风于力发电机、光伏发电的并网逆变器出现大扰动时的稳定性建模分析。
技术介绍
随着飞机制造业的发展，多电飞机以其重量轻、节能、少维护等优点成为未来飞机电力系统发展的趋势。在飞机电力系统供电方式中，变频电源系统相对于恒频电源系统不需要恒速传动装置和二次变换装置，容易实现启动和发电，显著降低了飞机重量。因此，最新民用客机波音787和空客380采用的即是变频电源技术。在新的供配电方式中，飞机供电采用变频电源技术，配电系统采用以直流主汇流条270V为主的配电方式，这种供配电方式可大大提升飞机的能源利用率、减少维护成本，是未来飞机电力系统的发展趋势。相比于交流配电系统，直流配电方式为主的飞机电力系统中，原有的交流负荷将由直流主汇流条通过逆变器输送电能。此种供配电方式下，机载逆变器所承担负荷容量将随之大大增加。以直流配电方式为主的飞机电力系统拓扑结构如图1所示。在飞机起飞、降落、巡航等工况切换，大功率负荷投切以及故障等大信号干扰发生时，连接在直流主汇流条和交流负载之间的逆变器，将不可避免的受到更严重的冲击。这将直接关系到各类恒频交流负载能否正常工作。多电飞机逆变器是飞机电力系统的重要部分，其容量大、工作频率高、开关频繁。由于在直流配电方式下，机载逆变器所连接的负载多是交流恒功率负载，这些恒功率负载具有动态性和非线性。这使得飞机电力系统出现大扰动时，机载逆变器的稳定性不可避免的变得更加突出。目前，飞机电力系统逆变器的稳定性分析方法主要采用时域仿真和数学解析分析方法，其分析范围主要集中在小扰动稳定性分析方面。目前有研究在特定的航空电力系统条件下，利用时域仿真技术，对逆变器的暂态行为进行动态模拟分析；对航空电力系统的多重逆变器，利用其现有拓扑结构进行动态性能时域仿真分析。但是，时域仿真分析方法需要的时间较长，无法从根本上揭示运行机理，难以为系统的设计提供理论上的依据。因此，时域仿真的方法只适用于小容量简单系统分析，不能满足中大型复杂系统分析的需求。数学解析建模的方法则是通过理论分析寻求解析表达式来表征逆变器的特性，其中最具代表性的为状态空间平均法。已发表期刊论文中，有将状态空间平均方法分别运用到单相和三相逆变器分析中，建立了逆变器的小信号分析模型；对航空电力系统的机电作动器及旋转整流器分别搭建状态空间平均模型，进行小扰动稳定性分析。但是，状态空间平均方法在推导过程中是假设状态变量在开关周期内只有微小变化，无法满足快变和大信号扰动的动态分析，不适用机载逆变器的大信号扰动分析。
技术实现思路
本专利技术提供了一种航空12脉波逆变器的广义状态空间平均建模方法，并对飞机电力系统逆变电路进行分析，实现了飞机逆变电路大信号稳定性动态分析，详见下文描述：一种航空12脉波逆变器的广义状态空间平均建模方法，所述广义状态空间平均建模方法包括以下步骤：获取飞机电力系统12脉波逆变器的虚拟线电压、虚拟线电流以及开关函数；以虚拟线电流、虚拟线电压为分析变量获取广义状态空间平均分析变量，同时获取开关函数的等效函数；通过所述广义状态空间平均分析变量、所述开关函数的等效函数、以及广义状态空间平均理论获取航空12脉波逆变电路的广义状态空间平均模型。其中，所述开关函数为：sui＝1、sui＝0分别代表第i相上桥臂导通和关断；sdi＝1、sdi＝0分别代表第i相下桥臂导通和关断，且满足sui+sdi＝1。其中，所述以虚拟线电流、虚拟线电压为分析变量获取广义状态空间平均分析变量具体为：选取虚拟线电压的直流分量、虚拟线电流的直流分量；虚拟线电压的一阶分量；虚拟线电流的一阶分量；虚拟线电压的二阶分量；虚拟线电流的二阶分量；……虚拟线电流压的n阶分量；虚拟线电流的n阶分量；将上述直流分量，以及n阶分量作为广义状态空间平均分析变量。进一步地，所述广义状态空间平均建模方法还包括：通过所述广义状态空间平均模型进行飞机电力系统小扰动稳定性分析。进一步地，所述广义状态空间平均建模方法还包括：通过所述广义状态空间平均模型进行飞机电力系统大信号扰动稳定性分析。其中，所述通过所述广义状态空间平均模型进行飞机电力系统大信号扰动稳定性分析具体为：通过所述广义状态空间平均模型求解广义状态空间平均变量，分析预想事故集下的大扰动稳定范围。其中，所述通过所述广义状态空间平均模型求解广义状态空间平均变量，分析预想事故集下的大扰动稳定范围具体为：通过所述广义状态空间平均模型在飞机电力系统出现较大功率变换时，求解广义状态空间平均变量，分析得出主汇流条母线电压、电流、功率所受到的影响程度，进而分析预想事故集下的大扰动稳定范围。本专利技术提供的技术方案的有益效果是：1、根据实际仿真的需要，适当进行相应的结构简化，选取转态变量的傅里叶变化低阶次项，舍去其余高次项，实现在允许精度范围内提高稳定性分析的精度和速度。2、通过广义状态空间平均模型方法建立的模型进行分析，其不仅考虑了不变分量同时也考虑高阶分量，不仅适用于飞机电力系统小扰动稳定性分析，同时也适用于大扰动稳定性分析。相比于状态空间平均模型，在系统出现大扰动时模型的准确性由原来的约6％提高到现有的约3％，准确性提高了将近一倍。3、此模型在运用中将更加适用于飞机电力系统多变复杂的运行环境，同时为飞机电力系统稳定性分析提供理论依据，可以指导飞机电力系统中逆变器的设计、降低其维护费用。附图说明图1为现有技术提供的飞机直流输电系统的结构示意图；图2为航空12脉波逆变器的广义状态空间平均建模方法的流程图；图3为脉波电压型逆变电路图；图4为SPWM信号与交流侧电压波形的示意图；图5为负载端口处电压Vab波形的示意图；图6为交流侧电流Iab波形的示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。实施例1一种航空12脉波逆变器的广义状态空间平均建模方法，参见图2，该广义状态空间平均建模方法包括以下步骤：101：获取飞机电力系统12脉波逆变器的虚拟线电压、虚拟线电流以及开关函数；102：以虚拟线电流、虚拟线电压为分析变量获取广义状态空间平均分析变量，同时获取开关函数的等效函数；103：通过广义状态空间平均分析变量、开关函数的等效函数、以及广义状态本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种航空12脉波逆变器的广义状态空间平均建模方法，其特征在于，所述广义状态空间平均建模方法包括以下步骤：获取飞机电力系统12脉波逆变器的虚拟线电压、虚拟线电流以及开关函数；以虚拟线电流、虚拟线电压为分析变量获取广义状态空间平均分析变量，同时获取开关函数的等效函数；通过所述广义状态空间平均分析变量、所述开关函数的等效函数、以及广义状态空间平均理论获取航空12脉波逆变电路的广义状态空间平均模型。

【技术特征摘要】
1.一种航空12脉波逆变器的广义状态空间平均建模方法，其特征在于，所述广义状
态空间平均建模方法包括以下步骤：
获取飞机电力系统12脉波逆变器的虚拟线电压、虚拟线电流以及开关函数；
以虚拟线电流、虚拟线电压为分析变量获取广义状态空间平均分析变量，同时获取开
关函数的等效函数；
通过所述广义状态空间平均分析变量、所述开关函数的等效函数、以及广义状态空间
平均理论获取航空12脉波逆变电路的广义状态空间平均模型。
2.根据权利要求1所述的一种航空12脉波逆变器的广义状态空间平均建模方法，其
特征在于，所述开关函数为：
sui＝1、sui＝0分别代表第i相上桥臂导通和关断；sdi＝1、sdi＝0分别代表第i相下桥臂
导通和关断，且满足sui+sdi＝1。
3.根据权利要求1所述的一种航空12脉波逆变器的广义状态空间平均建模方法，其
特征在于，所述以虚拟线电流、虚拟线电压为分析变量获取广义状态空间平均分析变量具
体为：
选取虚拟线电压的直流分量、虚拟线电流的直流分量；虚拟线电压的一阶分量；虚拟
线电流的一阶分量；虚拟线电压的二阶分量；虚拟线电流的二阶分量；……虚拟线电流
压的n阶分量；虚拟线电流的n阶分量；
将上述直流分量，以及n阶分量作为广义状态空...

【专利技术属性】
技术研发人员：车延博，刘国鉴，刘校坤，郁舒雁，尹兆京，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12