基于广义状态空间平均模型的飞机电力系统稳定性分析

As the key component of the more electric aircraft electric aircraft, the aircraft power system safe and stable operation is an important guarantee for safeguarding aircraft's normal work. In this project, the generalized state space averaging technique will be introduced into the field of aircraft power system stability analysis. And used it as a platform, the following key issues was researched when considering the demand on the basis of the stability analysis of aircraft power system which contains different dynamic features: 1) A complete set of mathematical models corresponding to the aircraft system and sub-system has been developed to obtain the key dynamic features of the system main profiles by applying the generalized state space averaging technique, and the small signal stability and large signal stability of the aircraft power system was analyzed. 2) Influence of the load characteristics and capacity, circuit parameters, control parameters on the stability of the aircraft power system was analyzed, and the security domain of stable operation was established. Results of the project will contribute to the online safety monitoring of aircraft power system, also it can be a guiding in aircraft power system design.

作为多电飞机的核心，飞机电力系统的安全稳定运行是飞机正常工作的重要保障。本课题以广义状态空间平均模型为基础，在考虑飞机电力系统不同运行状态动态特性的稳定分析需求基础上，拟重点研究和解决该领域的如下关键问题：1）建立飞机电力系统的广义状态空间平均模型，实现不同动态特性条件下飞机电力系统的小扰动稳定性分析及大扰动稳定分析；2）分析负荷性质、负荷容量、电路参数、控制参数等因素对飞机电力系统稳定性影响，建立其安全稳定运行域。研究成果将有助于飞机电力系统的在线安全监测，同时对飞机电力系统的设计有一定的指导作用。

现代飞机正在向多电、全电方向发展，作为多电飞机的核心，飞机电力系统的安全稳定运行是飞机正常工作的重要保障。由于飞机电力系统多发电机并联、多变换器交联、电气负载性质多样，其复杂的暂态过程往往涉及到大量的非线性现象，使得飞机电力系统的稳定性分析具有特殊性及复杂性。.本项目基于飞机电力系统不同工况下的动态特性，采用广义状态空间平均法进行飞机电力系统建模及稳定性分析，开展的研究工作包括：1）研究飞机电力系统各组成部分（飞机电源系统、配电系统、用电设备）广义状态空间平均建模方法，建立相应的广义状态平均模型；2）以建立的广义状态空间平均模型为基础，分析飞机电力系统的小扰动、大扰动稳定性，确定负阻抗特性、系统电路参数、控制参数对飞机电力系统稳定性的影响。在上述研究基础上，本项目获得了如下成果：1）建立了一种基于飞机电力系统动态特性的通用广义状态空间平均建模方法，并基于该方法建立了发电机、变压整流器、机电作动器在内的广义状态空间平均模型。2）提出一种基于广义状态空间平均的飞机电力系统小扰动稳定性分析方法，实现飞机电力系统不同动态下的小扰动稳定性分析，并对影响小扰动稳定性的各项因素进行了分析。3）基于广义状态空间平均模型，结合混合势函数理论和李雅普诺夫稳定性定理对飞机电力系统的大扰动稳定性进行了分析。4）针对飞机电力系统小扰动、大扰动的分析结果，提出了提高稳定性的改进措施，将采用三阶滑膜优化模型的双向Buck-Boost电路引入到飞机电力系统中。.本项目关于飞机电力系统建模及稳定性分析的研究成果，可以实现飞机电力系统在正常和故障条件下快速、准确的稳定性判定，并能确定飞机电力系统各构成环节电路及控制参数对系统小扰动、大扰动的影响程度，最终对大飞机制造中电力系统的设计和改进提供建议。