基于功能性建模的多电飞机电力系统建模方法及其模型技术方案

本发明专利技术提供了一种基于功能性建模的多电飞机电力系统建模方法及其模型，包括：变速变频发电机模块、汇流条联结断路器模块、汇流条控制单元模块、电能变换装置模块以及线路模块、负载模块。本发明专利技术注重于功能性建模方法，无需要分析各个部件的实际具体结构，建模速度快，模型简单，精度高，适用于多电飞机变速变频电力系统的综合建模，能有效反映多电飞机变速变频电力系统的运行情况并实现故障分析。

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.

【技术实现步骤摘要】
基于功能性建模的多电飞机电力系统建模方法及其模型
本专利技术涉及多电飞机电力系统建模仿真
，具体地，涉及基于功能性建模的多电飞机电力系统建模方法及其模型。
技术介绍
传统飞机的电源系统一般采用恒速恒频发电机，利用其频率一致的特性采取并联供电的方式来提升系统可靠性。多电飞机电力系统为提升系统发电容量，多采用变速变频电源系统，主发电机为变频发电机，无法并联运行，各自工作在独立状态下，只能通过互为备用的冗余供电方式来保证系统整体可靠性。为了实现飞机电源之间的备用供电方式，多电飞机电力系统通过汇流条控制单元来实现不同状态下的电源切换。汇流条控制单元会根据飞机不同的状态来控制断路器的关断，实现故障状态下的网络重构和电源切换，保证重要设备的供电需求。因此变频和冗余供电是多电飞机相对于传统飞机的一个重要特点。经对现有技术文献的检索发现，国内现有的飞机电力系统建模仿真研究多集中于传统飞机的低压直流或恒速恒频交流系统，而没有上升到多电飞机的高度；国外学者开展了部分对多电飞机电力系统的仿真研究，但多基于电力系统部件，没有考虑多电飞机电力系统的整体运行特点。现行多电飞机电力系统建模仿真研究领域中主要存在以下不足：构建的仿真模型均为单一线路模型，不能反映多电飞机电力系统的整体运行情况。多电飞机电力系统具有多电源结构，电源之间的互相配合是多电飞机实现供电冗余度的基础，为研究多电飞机电力系统的整体运行情况，必须考虑多电飞机各发电机之间的协同工作情况。建模时需要分析多电飞机电力系统中各设备的具体结构，建立的模型复杂，运行时间长。而多电飞机电力系统设备众多，这种仿真分析方法会导致整体仿真模型结构巨大，难以实现。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于功能性建模的多电飞机电力系统建模方法及其模型。根据本专利技术提供的基于功能性建模的多电飞机电力系统模型，包括：变速变频发电机模块、汇流条联结断路器模块、汇流条控制单元模块、电能变换装置模块以及线路模块、负载模块；其中：所述变速变频发电机模块用于对多电飞机电力系统中的变速变频航空发电机进行仿真建模；所述汇流条联结断路器模块用于对多电飞机电力系统中的母线联结开关和保护开关装置进行仿真建模；所述汇流条控制单元模块用于对多电飞机电力系统中对各汇流条联结断路器加以开断控制、实现故障下电源切换的控制单元进行仿真建模；所述电能变换装置模块用于对多电飞机电力系统中的变压整流器进行仿真建模；所述线路模块用于对多电飞机电力系统中的飞机电缆进行建模；所述负载模块用于对多电飞机电力系统中的用电设备进行建模。优选地，所述变速变频发电机模块包括：可编程信号源、同步发电机仿真模块以及电压稳定控制调节单元，利用可编程信号源模拟多电飞机电力系统中变速变频航空发电机的输入转速，并通过同步发电机仿真模块和电压稳定控制调节单元模拟三级式无刷交流发电机。优选地，所述可编程信号源利用变速变频航空发电机的输出电压频率与输入转速成比例关系的原理，将变速变频航空发电机的输入转速设置为在设定区域内的变化信号，实现变速变频发电机的变频输出。优选地，所述电压稳定控制调节单元为带励磁电流软反馈的电压调节器，具体地，用于完成电压检测、电压反馈、电压比较以及形成脉冲信号，实现变速变频航空发电机的输出电压稳定控制。优选地，所述汇流条联结断路器模块用具有延时功能的可控开关模型进行模拟，利用控制状态信号实现对汇流条联结断路器的控制，即实现对汇流条的联结、开断操作。优选地，所述汇流条控制单元模块利用逻辑元件模拟出各汇流条联结断路器与变速变频发电机的工作状态之间的逻辑关系，根据发电机的工作状态信号，制定出相应的电源切换控制策略，并发送至汇流条联结断路器的输出控制状态信号，控制各汇流条联结断路器的开断。优选地，所述电能变换装置模块采用12脉冲整流器结构，包括：输入滤波器、移相变压器、二极管整流电路以及输出滤波器；所述线路模块采用三相RLC电路模拟；所述负载模块包括：交流负载模型和直流负载模型，其中交流负载模型采用三相RLC电路模拟，直流负载模型采用单相R电路模拟。优选地，所述相应的电源切换控制策略是指：多电飞机电力系统为变速变频系统，采用多个发电机冗余供电，当其中任一个发电机出现故障时，将失电负荷转移至能够正常运行的发电机实现供电，供电电源的切换即通过汇流条控制单元模块控制各汇流条联结断路器的开断。根据本专利技术提供的基于功能性建模的多电飞机电力系统建模方法，包括如下步骤：变速变频发电机建模步骤：对多电飞机电源系统中的变速变频航空发电机进行仿真建模；汇流条联结断路器建模步骤：对多电飞机电力系统中的母线联结开关和保护开关装置进行仿真建模；汇流条控制单元建模步骤：对多电飞机电力系统中对各汇流条联结断路器加以开断控制、实现故障下电源切换的控制单元进行仿真建模；电能变换装置建模步骤：对多电飞机电力系统中的变压整流器进行仿真建模；线路建模步骤：对多电飞机电力系统中的飞机电缆进行建模；负载建模步骤：对多电飞机电力系统中的用电设备进行建模。优选地，所述变速变频发电机建模步骤包括：利用可编程信号源模拟多电飞机电源系统中变速变频航空发电机的输入转速，并通过同步发电机仿真模块和电压稳定控制调节单元模拟三级无刷发电机；其中：所述可编程信号源利用变速变频航空发电机的输出电压频率与输入转速成比例关系的原理，将变速变频航空发电机的输入转速设置为在设定区域内的变化信号，实现变速变频发电机的变频输出；所述电压稳定控制调节单元为带励磁电流软反馈的电压调节器，具体地，用于完成电压检测、电压反馈、电压比较以及形成脉冲信号，实现变速变频航空发电机的输出电压稳定控制。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术基于功能性建模方法，大大的减少了建模的工作量，同时保证了建模仿真的精度，不需要分析多电飞机电力系统各部件的具体结构，只需了解各个部件在多电飞机电力系统中的作用和功能，通过适当的仿真模型来实现这些部件的功能，不仅工作量小、建模速度快，而且模型结构简单、运行速度快。同时基于这一点，能够充分考虑多电飞机电力系统中多电源的影响，将多电飞机电力系统中所有的供电线路都进行整体建模，相对于现有的只考虑单一线路的建模方法来说，更加综合全面，并且能够实现整体的稳态分析和故障情况下电源切换仿真，适合于对多电飞机电力系统在进行安全性分析和故障诊断方面的分析。附图说明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，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为多电飞机电力系统结构示意图；图2为变速变频发电机仿真模型示意图；图3为电压稳定控制调节单元结构示意图；图4为汇流条联结断路器仿真模型示意图；图5为汇流条控制单元仿真模型示意图；图6为电能变换装置仿真模型示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。本专利技术提供的建模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各主要元件进行功能性建模，着重于实现个主要部件的功能，而不对其内部具体结构进行详细研究，以实现保证本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于功能性建模的多电飞机电力系统模型，其特征在于，包括：变速变频发电机模块、汇流条联结断路器模块、汇流条控制单元模块、电能变换装置模块以及线路模块、负载模块；其中：所述变速变频发电机模块用于对多电飞机电力系统中的变速变频航空发电机进行仿真建模；所述汇流条联结断路器模块用于对多电飞机电力系统中的母线联结开关和保护开关装置进行仿真建模；所述汇流条控制单元模块用于对多电飞机电力系统中对各汇流条联结断路器加以开断控制、实现故障下电源切换的控制单元进行仿真建模；所述电能变换装置模块用于对多电飞机电力系统中的变压整流器进行仿真建模；所述线路模块用于对多电飞机电力系统中的飞机电缆进行建模；所述负载模块用于对多电飞机电力系统中的用电设备进行建模。

【技术特征摘要】
1.一种基于功能性建模的多电飞机电力系统模型，其特征在于，包括：变速变频发电机模块、汇流条联结断路器模块、汇流条控制单元模块、电能变换装置模块以及线路模块、负载模块；其中：所述变速变频发电机模块用于对多电飞机电力系统中的变速变频航空发电机进行仿真建模；所述汇流条联结断路器模块用于对多电飞机电力系统中的母线联结开关和保护开关装置进行仿真建模；所述汇流条控制单元模块用于对多电飞机电力系统中对各汇流条联结断路器加以开断控制、实现故障下电源切换的控制单元进行仿真建模；所述电能变换装置模块用于对多电飞机电力系统中的变压整流器进行仿真建模；所述线路模块用于对多电飞机电力系统中的飞机电缆进行建模；所述负载模块用于对多电飞机电力系统中的用电设备进行建模。2.根据权利要求1所述的基于功能性建模的多电飞机电力系统模型，其特征在于，所述变速变频发电机模块包括：可编程信号源、同步发电机仿真模块以及电压稳定控制调节单元，利用可编程信号源模拟多电飞机电力系统中变速变频航空发电机的输入转速，并通过同步发电机仿真模块和电压稳定控制调节单元模拟三级式无刷交流发电机。3.根据权利要求2所述的基于功能性建模的多电飞机电力系统模型，其特征在于，所述可编程信号源利用变速变频航空发电机的输出电压频率与输入转速成比例关系的原理，将变速变频航空发电机的输入转速设置为在设定区域内的变化信号，实现变速变频发电机的变频输出。4.根据权利要求2所述的基于功能性建模的多电飞机电力系统模型，其特征在于，所述电压稳定控制调节单元为带励磁电流软反馈的电压调节器，具体地，用于完成电压检测、电压反馈、电压比较以及形成脉冲信号，实现变速变频航空发电机的输出电压稳定控制。5.根据权利要求1所述的基于功能性建模的多电飞机电力系统模型，其特征在于，所述汇流条联结断路器模块用具有延时功能的可控开关模型进行模拟，利用控制状态信号实现对汇流条联结断路器的控制，即实现对汇流条的联结、开断操作。6.根据权利要求1所述的基于功能性建模的多电飞机电力系统模型，其特征在于，所述汇流条控制单元模块利用逻辑元件模拟出各汇流条联结断路器与变速变频发电机的工作状态之间的逻辑关系，根据发电机的工作状态信号，制定出相应的...

【专利技术属性】
技术研发人员：许克路，谢宁，王承民，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31