一種民用飛機(jī)多電系統(tǒng)負(fù)載的模擬方法
【專利摘要】本發(fā)明主要屬于民用飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種民用飛機(jī)多電系統(tǒng)負(fù)載的模擬方法。所述模擬方法包括如下步驟：第一，將所述多電系統(tǒng)負(fù)載分為三類：第一類線性負(fù)載、第二類電機(jī)類非線性負(fù)載、第三類電力電子類非線性負(fù)載，對每一類負(fù)載建立模擬電路；第二，根據(jù)不同負(fù)載類型來搭建電氣系統(tǒng)的仿真模型，為電氣系統(tǒng)電源品質(zhì)仿真提供真實(shí)準(zhǔn)確的負(fù)載特性；第三，搭建通用的負(fù)載功率平臺：通過大功率電力電子模塊以及控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)非線性負(fù)載的動態(tài)模擬。本發(fā)明的模擬方法完成了數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，可以用于飛機(jī)電氣系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)階段、初步設(shè)計(jì)階段和詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，也可以用于型號銅鳥臺。
【專利說明】
一種民用飛機(jī)多電系統(tǒng)負(fù)載的模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明主要屬于民用飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種民用飛機(jī)多電系統(tǒng)負(fù)載的模擬方法。
【背景技術(shù)】
[0002]飛機(jī)電力系統(tǒng)是店里系統(tǒng)與用電設(shè)備的總稱，是飛機(jī)的重要組成部分之一，其能夠正常工作對飛機(jī)安全和正常飛行都起到至關(guān)重要的作用，特別是隨著飛機(jī)向多電、全電方向發(fā)展，其安全性得到越來越多關(guān)注。
[0003]飛機(jī)電力系統(tǒng)由供電系統(tǒng)和用電設(shè)備組成，其作用是向飛機(jī)上的所有用電設(shè)備(如飛空系統(tǒng)、航空電子系統(tǒng)、火控系統(tǒng)等)提供電能，以保證飛機(jī)的安全飛行和完成運(yùn)輸?shù)热蝿?wù)。隨著大型飛機(jī)向多電方向飛速發(fā)展，現(xiàn)代飛機(jī)電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制也越來越復(fù)雜，飛機(jī)上的各種電子設(shè)備日益增多，用電量不斷增加，用電負(fù)載特性也日趨復(fù)雜化，除了常規(guī)的線性負(fù)載外，多電飛機(jī)中加入了更多、更復(fù)雜的整流非線性負(fù)載。因此，只有準(zhǔn)確地對負(fù)載特性進(jìn)行模擬，才能搭建真實(shí)的多電系統(tǒng)負(fù)載，從而準(zhǔn)確地模擬負(fù)載對電氣系統(tǒng)的影響。
[0004]在現(xiàn)有技術(shù)中，民用飛機(jī)多電系統(tǒng)負(fù)載是指飛機(jī)機(jī)載系統(tǒng)所有以電能作為主要能源供給的系統(tǒng):包括環(huán)控(脈沖整流負(fù)載)，防冰(阻性)，燃油(異步電機(jī))，液壓(異步電機(jī))，照明(阻性)，等。在飛機(jī)的研制過程中，機(jī)載系統(tǒng)的地面驗(yàn)證主要是通過銅鳥臺的搭建，并模擬飛機(jī)用電負(fù)載，從而驗(yàn)證整個電氣系統(tǒng)的特性，而現(xiàn)有銅鳥的飛機(jī)用電負(fù)載以阻性模擬負(fù)載為主，不能夠準(zhǔn)確地對多電飛機(jī)中加入的更多、更復(fù)雜的整流非線性負(fù)載進(jìn)行模擬。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述問題，本發(fā)明提供一種民用飛機(jī)多電系統(tǒng)負(fù)載的模擬方法，以實(shí)現(xiàn)對負(fù)載特性進(jìn)行準(zhǔn)確地模擬、搭建真實(shí)的多電系統(tǒng)負(fù)載，并準(zhǔn)確地模擬負(fù)載對電氣系統(tǒng)的影響，使飛機(jī)電氣系統(tǒng)的地面試驗(yàn)接近真實(shí)，有效縮短研制流程。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種民用飛機(jī)多電系統(tǒng)負(fù)載的模擬方法，所述模擬方法包括如下步驟:
[0008]第一，將所述多電系統(tǒng)負(fù)載分為三類:第一類線性負(fù)載、第二類電機(jī)類非線性負(fù)載、第三類電力電子類非線性負(fù)載，對每一類負(fù)載建立模擬電路；
[0009]第二，根據(jù)不同負(fù)載類型來搭建電氣系統(tǒng)的仿真模型，為電氣系統(tǒng)電源品質(zhì)仿真提供真實(shí)準(zhǔn)確的負(fù)載特性；
[0010]第三，搭建通用的負(fù)載功率平臺:通過大功率電力電子模塊以及控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)非線性負(fù)載的動態(tài)模擬。
[0011]進(jìn)一步地，所述第一類線性負(fù)載包括照明系統(tǒng)、廚房用電以及電防除冰。
[0012]進(jìn)一步地，所述第一類線性負(fù)載是根據(jù)實(shí)際消耗功率的大小，計(jì)算出等效電阻來模擬。
[0013]進(jìn)一步地，所述第二類電機(jī)類非線性負(fù)載包括燃油液化系統(tǒng)。
[0014]進(jìn)一步地，所述第二類電機(jī)類非線性負(fù)載是由電阻電感組成的濾波電路以及異步電機(jī)來模擬。
[0015]進(jìn)一步地，所述第三類電力電子類非線性負(fù)載包括電環(huán)境控制系統(tǒng)負(fù)載、水廢水系統(tǒng)負(fù)載和DC/DC變換類負(fù)載。
[0016]進(jìn)一步地，所述電環(huán)境控制系統(tǒng)負(fù)載是由六脈沖整流電路、十二脈沖整流電路或者十八脈沖整流電路來模擬。
[0017]進(jìn)一步地，所述水廢水系統(tǒng)負(fù)載是由PWM或有源AC/DC變換來模擬。
[0018]—種民用飛機(jī)多電系統(tǒng)的仿真模型，所述仿真模型用于所述一種民用飛機(jī)多電系統(tǒng)負(fù)載的模擬方法，所述多電系統(tǒng)的仿真模型是根據(jù)三種不同類型的負(fù)載搭建而成，所述三種不同類型的負(fù)載包括:第一類線性負(fù)載、第二類電機(jī)類非線性負(fù)載以及第三類電力電子類非線性負(fù)載，每一類負(fù)載均有對應(yīng)的電路模型，所述多電系統(tǒng)的仿真模型用于為電氣系統(tǒng)電源品質(zhì)仿真提供真實(shí)準(zhǔn)確的負(fù)載特性。
[0019]進(jìn)一步地，所述第一類線性負(fù)載包括照明系統(tǒng)、廚房用電以及電防除冰;所述第二類電機(jī)類非線性負(fù)載包括燃油液化系統(tǒng);所述第三類電力電子類非線性負(fù)載包括電環(huán)境控制系統(tǒng)負(fù)載、水廢水系統(tǒng)負(fù)載和DC/DC變換類負(fù)載。
[0020]本發(fā)明的有益技術(shù)效果:
[0021](1)本發(fā)明的模擬方法完成了數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，是不針對具體型號的負(fù)載實(shí)現(xiàn)方法，同時也是不針對具體型號的銅鳥臺的設(shè)計(jì)。
[0022](2)可以用于飛機(jī)電氣系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)階段、初步設(shè)計(jì)階段和詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，也可以用于型號銅鳥臺。
[0023](3)模擬負(fù)載的功率實(shí)現(xiàn)可以為型號研制節(jié)約成本，縮短研制流程，同時可以為適航驗(yàn)證提供快捷準(zhǔn)確的飛機(jī)機(jī)載系統(tǒng)集成實(shí)驗(yàn)，同時支持故障注入以及功率回饋的實(shí)現(xiàn)。【附圖說明】[〇〇24]圖1是三相無源負(fù)載電路模型示意圖；[〇〇25]圖2是三相交流電機(jī)負(fù)載模型示意圖；
[0026]圖3是六脈沖整流負(fù)載模型示意圖；
[0027]圖4是十二脈沖整流負(fù)載模型示意圖；
[0028]圖5是十八脈沖整流負(fù)載模型示意圖；[〇〇29]圖6是三相P麗整流負(fù)載模型示意圖；[〇〇3〇]圖7是單相P麗整流負(fù)載模型示意圖；[〇〇31]圖8是DC/DC變換類負(fù)載模型示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0032]以下將參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例、特征和方面。在這里專用的詞“示例性”意為“用作例子、實(shí)施例或說明性”。這里作為“示例性”所說明的任何實(shí)施例不必解釋為優(yōu)于或好于其它實(shí)施例。[〇〇33]另外，為了更好的說明本發(fā)明，在下文的【具體實(shí)施方式】中給出了眾多的具體細(xì)節(jié)。 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，沒有某些具體細(xì)節(jié)，本發(fā)明同樣可以實(shí)施。在一些實(shí)例中，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法、手段未作詳細(xì)描述，以便于凸顯本發(fā)明的主旨。
[0034]實(shí)施例1
[0035]本發(fā)明的負(fù)載模擬方法分為如下步驟:
[0036]第一，對飛機(jī)的多電系統(tǒng)負(fù)載進(jìn)行分類:[〇〇37]1、第一類線性負(fù)載:
[0038]飛機(jī)上的第一類線性負(fù)載包括照明系統(tǒng)、廚房用電以及電防除冰，可以用電阻來模擬。第一類線性負(fù)載是根據(jù)實(shí)際消耗功率的大小，來計(jì)算出等效電阻。模型可以用三相無源負(fù)載模型(如圖1所示)來代替，所述三相無源負(fù)載模型為由多組電感和電阻組成的濾波網(wǎng)絡(luò)。在三相無源負(fù)載模型(圖1)中，參數(shù)選取和注意事項(xiàng)如下:[〇〇39]1)電阻R是根據(jù)實(shí)際負(fù)載功率大小計(jì)算出的等效電阻，假定額定相電壓有效值為V，額定功率為P，則有:R = 3V2/P;[〇〇4〇] 2)電感L是等效電感，可以根據(jù)負(fù)載功率因數(shù)決定其數(shù)值，如果數(shù)值很小，也可以省略；
[0041]3)等效負(fù)載采用的是星形連接，而實(shí)際負(fù)載有可能是三角形連接。不過作為等效負(fù)載，只要合理選取R值，完全可以等效取代三角形連接；
[0042]4)如果需要仿真負(fù)載變化的情況，可以把圖1中電阻R改為可變電阻，通過外部指令進(jìn)行調(diào)節(jié)。[〇〇43]2、第二類電機(jī)類非線性負(fù)載:
[0044]電機(jī)負(fù)載是指電動機(jī)作為負(fù)載直接接入電網(wǎng)，不經(jīng)過電機(jī)控制器進(jìn)行控制。這種負(fù)載在傳統(tǒng)飛機(jī)上非常常見，但是在多電寬體飛機(jī)上，由于交流發(fā)電系統(tǒng)為變頻系統(tǒng)，交流電動機(jī)直接接入電網(wǎng)對其性能有較大影響，因此一般都需要接入電機(jī)控制器。不過如果采用了 VSCF (變速恒頻)轉(zhuǎn)換設(shè)備，交流電機(jī)負(fù)載仍有可能接在VSCF設(shè)備后面。
[0045]本實(shí)施例所述第二類電機(jī)類非線性負(fù)載包括燃油液化系統(tǒng)，燃油液化系統(tǒng)多采用異步電機(jī)，因此對電源而言是不同功率大小的異步機(jī)負(fù)載。通過電阻電感組成的濾波電路以及異步電機(jī)來模擬第二類電機(jī)類非線性負(fù)載;用于模擬的模型主要包括以電阻電感為主的濾波網(wǎng)絡(luò)以及異步電機(jī)(異步機(jī))，模型中電機(jī)參數(shù)可以根據(jù)實(shí)際的電機(jī)參數(shù)來設(shè)定，負(fù)荷的機(jī)械負(fù)載可以根據(jù)電機(jī)的額定功率和額定轉(zhuǎn)速來確定。[〇〇46]以下以三相交流電機(jī)負(fù)載仿真模型為例進(jìn)行進(jìn)一步說明(如圖2所示)，在三相交流電機(jī)負(fù)載仿真模型中，參數(shù)選取和注意事項(xiàng)如下:
[0047]1)電阻R和電感L是電機(jī)與電網(wǎng)之間的濾波設(shè)備，根據(jù)實(shí)際設(shè)備的連接決定是否有濾波器以及濾波器的數(shù)值；
[0048]2)電機(jī)模型M的具體參數(shù)參照實(shí)際選用電機(jī)的參數(shù)，包括定子電阻Rs，定子漏感 Ls，轉(zhuǎn)子電阻Rr，轉(zhuǎn)子漏感Lr，勵磁電感Lm，極對數(shù)P，轉(zhuǎn)動慣量J等；
[0049]3)機(jī)械負(fù)載通過恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載Mload施加，其數(shù)值根據(jù)電機(jī)M的額定輸出功率和額定轉(zhuǎn)速確定，假定額定輸出功率為P，額定轉(zhuǎn)速為w，則負(fù)載轉(zhuǎn)矩Mload = P/w;
[0050]4)如果需要仿真負(fù)載變化的情況，可以把圖2中負(fù)載轉(zhuǎn)矩Mload改為可變轉(zhuǎn)矩，通過外部指令進(jìn)行調(diào)節(jié)。[0051 ]3、第三類電力電子類非線性負(fù)載:[〇〇52]所述第三類電力電子類非線性負(fù)載包括電環(huán)境控制系統(tǒng)負(fù)載、水廢水系統(tǒng)負(fù)載和DC/DC變換類負(fù)載。
[0053]3.1電環(huán)境控制系統(tǒng)負(fù)載
[0054]所述電環(huán)境控制系統(tǒng)負(fù)載是由六脈沖整流電路、十二脈沖整流電路或者十八脈沖整流電路來模擬。
[0055]電環(huán)境控制系統(tǒng)負(fù)載可以用通常的AC/DC變換器來代替，其中整流變換器主要包括六脈沖整流、十二脈沖整流以及十八脈沖整流;模型分別為六脈沖整流仿真模型(如圖3所示)、十二脈沖整流負(fù)載仿真模型(如圖4所示)、十八脈沖整流仿真模型(如圖5所示)；
[0056]在六脈沖整流仿真模型中，參數(shù)選取和注意事項(xiàng)如下:
[0057]I)六脈沖整流器內(nèi)部電路用的是無損網(wǎng)絡(luò)，即Lac，Cdc都沒有電阻分量，且整流橋BI導(dǎo)通壓降為0，所有內(nèi)部損耗都折合到負(fù)載電阻Rload上；
[0058]2)負(fù)載電阻Rload根據(jù)輸入功率選取，這樣就考慮了所有內(nèi)部損耗情況，假定輸入功率為Pin，額定輸出時直流電壓為Vdc，則有Rload = Vdc2/Pin;
[0059]3)直流電容Cdc的取值與交流側(cè)電流關(guān)系不是非常大，按照一般原則，確保直流側(cè)電壓紋波峰峰值小于其額定值的I %即可，具體數(shù)值通過把這個模型接入一個理想三相電壓源后進(jìn)行仿真得出；
[0060]4)交流側(cè)濾波電感Lac的取值根據(jù)功率因數(shù)的要求確定，把這個模型接入一個理想三相電壓源，調(diào)整Lac的值，使額定負(fù)載下的功率因數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求，如果設(shè)計(jì)要求未定，則暫定為0.85滯后；
[0061]5)實(shí)際設(shè)備中在交流側(cè)接口處還有防雷器、EMI濾波器等器件，這些已經(jīng)超出了系統(tǒng)級仿真的范疇，因此可以予以忽略；
[0062]6)如果需要仿真負(fù)載變化的情況，可以把圖3中負(fù)載電阻Rload改為可變電阻，通過外部指令進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0063]十二脈沖整流也是一個常用的AC/DC變換方法，其結(jié)構(gòu)比六脈沖復(fù)雜，電流波形比較好，適用于功率較大，對輸入電流的波形有一定要求的設(shè)備。其電路模型如圖4所示。
[0064]在十二脈沖整流仿真模型中，參數(shù)選取和注意事項(xiàng)如下:
[0065]I)十二脈沖整流器內(nèi)部電路用的是無損網(wǎng)絡(luò)，S卩Lac，Ml，M2，Ldc，Cdc，以及Tl都沒有電阻分量，且整流橋BI和B2導(dǎo)通壓降為0，所有內(nèi)部損耗都折合到負(fù)載電阻Rload上；
[0066]2)十二脈沖整流器最關(guān)鍵的部件是十二脈沖變壓器，這可以是隔離變壓器，也可以是自耦變壓器，如果是隔離變壓器，則交直流之間有電氣隔離，直流側(cè)對交流側(cè)的共模電壓基本沒有影響，但內(nèi)部損耗較大;如果是自耦變壓器，則交直流之間沒有電氣隔離，直流側(cè)對交流側(cè)的共模電壓有影響，不過內(nèi)部損耗小。在對電氣系統(tǒng)的性能進(jìn)行仿真時，兩種變壓器都可以采用。考慮到自耦變壓器給交流側(cè)帶來更多的共模影響，采用自耦變壓器有助于對共模問題的分析，且有助于今后制定設(shè)備在交流共模電壓方面的標(biāo)準(zhǔn)，因此在仿真中采用自耦變壓器結(jié)構(gòu)，即圖4中陰影部分Tl。變壓器基本按照理想元件建模，忽略漏感(其實(shí)是把漏感的效果折合到Lac中)，認(rèn)為勵磁電感無窮大。各繞組匝比如圖4所示；
[0067]3)負(fù)載電阻根據(jù)輸入功率選取，這樣就考慮了所有內(nèi)部損耗情況，假定輸入功率為Pin，額定輸出時直流電壓為Vdc，則有Rload = Vdc2/Pin;
[0068]4)直流電容Cdc的取值與交流側(cè)電流關(guān)系不是非常大，按照一般原則，確保直流側(cè)電壓紋波峰峰值小于其額定值的I %即可，具體數(shù)值通過把這個模型接入一個理想三相電壓源后進(jìn)行仿真得出；
[0069]5)直流側(cè)濾波電感Ldc是為了對直流電流進(jìn)行濾波，按照一般原則，保證電感上電流紋波峰峰值小于額定值得5%即可；
[0070]6)直流側(cè)互感器Ml和M2是均流電感，作用是保證兩個整流橋輸出電流基本一致，其電感量設(shè)定為讓兩個整流橋的電流差異在5%以內(nèi)；
[0071 ] 7)交流側(cè)濾波電感Lac的取值根據(jù)輸入電流THD的要求確定，把這個模型接入一個理想三相電壓源，調(diào)整Lac的值，使額定負(fù)載下的THD滿足設(shè)計(jì)要求，如果設(shè)計(jì)要求未定，則暫定為12% (對于十二脈沖整流器，不加交流濾波電感時，THD約為15%);
[0072]8)實(shí)際設(shè)備中在交流側(cè)接口處還有防雷器、EMI濾波器等器件，這些已經(jīng)超出了系統(tǒng)級仿真的范疇，因此可以予以忽略；
[0073]9)如果需要仿真負(fù)載變化的情況，可以把圖4中負(fù)載電阻Rload改為可變電阻，通過外部指令進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0074]十八脈沖整流是另一個常用的AC/DC變換方法，其結(jié)構(gòu)比十二脈沖復(fù)雜，電流波形更好，適用于大功率，且對輸入電流的波形要求很高的設(shè)備。其電路模型如圖5所示。
[0075]在十八脈沖整流仿真模型中，參數(shù)選取和注意事項(xiàng)如下:
[0076]I)十八脈沖整流器內(nèi)部電路用的是無損網(wǎng)絡(luò)，S卩LaC，Ldc，Cdc，以及Tl都沒有電阻分量，且整流橋B1、B2和B3導(dǎo)通壓降為0，所有內(nèi)部損耗都折合到負(fù)載電阻Rload上；
[0077]2)十八脈沖整流器最關(guān)鍵的部件是十八脈沖變壓器，即圖5中陰影部分Tl。這一般是一個自耦變壓器，基本按照理想元件建模，忽略漏感(其實(shí)是把漏感的效果折合到Lac中)，認(rèn)為勵磁電感無窮大。各繞組匝比如圖5所示；
[0078]3)負(fù)載電阻根據(jù)輸入功率選取，這樣就考慮了所有內(nèi)部損耗情況。假定輸入功率為Pin，額定輸出時直流電壓為Vdc，則有Rload = Vdc2/Pin;
[0079]4)直流電容Cdc的取值與交流側(cè)電流關(guān)系不是非常大，按照一般原則，確保直流側(cè)電壓紋波峰峰值小于其額定值的I %即可，具體數(shù)值通過把這個模型接入一個理想三相電壓源后進(jìn)行仿真得出；
[0080]5)直流側(cè)濾波電感Ldc是為了對直流電流進(jìn)行濾波，按照一般原則，保證電感上電流紋波峰峰值小于額定值得5%即可；
[0081 ] 6)交流側(cè)濾波電感Lac的取值根據(jù)輸入電流THD的要求確定，把這個模型接入一個理想三相電壓源，調(diào)整Lac的值，使額定負(fù)載下的THD滿足設(shè)計(jì)要求，如果設(shè)計(jì)要求未定，則暫定為8% (對于十八脈沖整流器，不加交流濾波電感時，THD約為10%);
[0082]7)實(shí)際設(shè)備中在交流側(cè)接口處還有防雷器、EMI濾波器等器件，這些已經(jīng)超出了系統(tǒng)級仿真的范疇，因此可以予以忽略；
[0083]8)如果需要仿真負(fù)載變化的情況，可以把圖5中負(fù)載電阻Rload改為可變電阻，通過外部指令進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0084]3.2水廢水系統(tǒng)負(fù)載
[0085]所述水廢水系統(tǒng)負(fù)載是由PffM或有源AC/DC變換來模擬。
[0086]Pmi整流是有源的AC/DC變換方法，其結(jié)構(gòu)比之前幾種方式都要復(fù)雜，電流波形最好，適用于對電流的波形非常高的設(shè)備。
[0087]下面以三相PffM整流負(fù)載為例，介紹三相PffM整流負(fù)載的電路模型，如圖6所示。
[0088] 在三相P麗整流負(fù)載的電路模型中，參數(shù)選取和注意事項(xiàng)如下:[〇〇89] 1)PWM整流器的模型分為功率電路和控制電路兩部分。功率電路用的是常規(guī)的三相三橋臂整流器;控制部分采用兩個控制環(huán)，一個是控制直流側(cè)電壓的外環(huán)，一個是控制交流側(cè)電流的內(nèi)環(huán)。從對于系統(tǒng)性能的影響方面，這個模型可以涵蓋其它各種功率電路拓?fù)浜涂刂品绞?。其它可能采取的拓?fù)浒娙葜悬c(diǎn)接交流零點(diǎn)拓?fù)洹⑷嗨臉虮壅髌?、三相三電平的維也納整流器等等，所有這些功率電路的不同，在系統(tǒng)層面的反應(yīng)就是諧波含量的多少不同，設(shè)備本身的效率不同。在仿真中，諧波含量可以通過濾波器設(shè)定;效率問題在電源品質(zhì)仿真中不關(guān)心，且可以折合為輸出功率。因此目前的常規(guī)三橋臂模型可以代表各類PWM整流器。控制環(huán)的方案一般是一個外環(huán)控制直流電壓，通過外環(huán)給出交流電流參考值，再通過一個內(nèi)環(huán)控制交流電流。這個方案的具體實(shí)現(xiàn)方法多種多樣。從系統(tǒng)層面看，控制環(huán)對系統(tǒng)的影響主要表現(xiàn)在動態(tài)特性，以及諧波含量。當(dāng)前模型中的控制外環(huán)采用的是半個工頻周期采樣一次的PI控制器，對直流側(cè)電壓進(jìn)行控制，其輸出是交流側(cè)電流的參考值;控制內(nèi)環(huán)采用的是滯回比較器方案，把交流側(cè)電流的紋波控制在給定的區(qū)間之內(nèi)。紋波大小的參考值Irip的給定方式是根據(jù)所需的交流電流THD確定，如果設(shè)計(jì)要求尚未確定，可以暫定為4%。即給不同的Irip進(jìn)行仿真，當(dāng)輸入電流的THD達(dá)到4%以內(nèi)時，S卩可確定Irip 的取值。滯回控制的好處是動態(tài)響應(yīng)速度快，算法簡單，控制穩(wěn)定，缺點(diǎn)是開關(guān)頻率是變化的，給濾波器的設(shè)計(jì)帶來麻煩。在系統(tǒng)級仿真中采取這個方案，可以提高計(jì)算速度，提高響應(yīng)速度。至于開關(guān)頻率不固定帶來的諧波頻譜寬的問題，通過濾波器統(tǒng)一解決。因此這個控制方式用于系統(tǒng)級仿真是可以接受的；
[0090] 2)PWM整流器內(nèi)部電路用的是無損網(wǎng)絡(luò)，S卩Lac和Cdc都沒有電阻分量，且組成橋的六個M0S管都沒有導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗，所有內(nèi)部損耗都折合到負(fù)載電阻Rload上；[〇〇91]3)負(fù)載電阻根據(jù)輸入功率選取，這樣就考慮了所有內(nèi)部損耗情況。假定輸入功率為Pin，額定輸出時直流電壓為Vdc，則有Rload = Vdc2/Pin。直流電壓Vdc的取值應(yīng)大于交流相電壓峰值的兩倍，對于115V系統(tǒng)，直流電壓參考值Vdc，ref可以取為360V;對于230V系統(tǒng)， 直流電壓參考值Vdc，ref可以取為720V;
[0092]4)直流電容Cdc的取值，按照一般原則，確保直流側(cè)電壓紋波峰峰值小于其額定值的1%即可，具體數(shù)值通過把這個模型接入一個理想三相電壓源后進(jìn)行仿真得出；[〇〇93]5)交流側(cè)濾波電感Lac的取值開關(guān)頻率的要求確定，一般情況下根據(jù)設(shè)備的功率等級確定開關(guān)頻率，如果是大功率電路(大于10kw)，一般要采用IGBT開關(guān)元件，這樣開關(guān)頻率就不能超過20kHz，如果在10kW以下，可以采用M0S管，開關(guān)頻率可以適當(dāng)提高。指定開關(guān)頻率后，把這個模型接入一個理想三相電壓源，調(diào)整Lac的值，使額定負(fù)載下的開關(guān)頻率的中心值(因?yàn)殚_關(guān)頻率不是固定值)大約為指定的開關(guān)頻率；[〇〇94]6)實(shí)際設(shè)備中在交流側(cè)接口處還有防雷器、EMI濾波器等器件，這些已經(jīng)超出了系統(tǒng)級仿真的范疇，因此可以予以忽略；
[0095]7)如果需要仿真負(fù)載變化的情況，可以把圖6中負(fù)載電阻Rload改為可變電阻，通過外部指令進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0096]下面以單相PWM整流負(fù)載為例，介紹單相PWM整流負(fù)載的電路模型，如圖7所示。
[0097]在單相PWM整流負(fù)載的電路模型中，參數(shù)選取和注意事項(xiàng)如下:
[0098]1)單相PWM整流器的模型分為功率電路和控制電路兩部分。功率電路用的是常規(guī)的單相兩橋臂整流器;控制部分采用兩個控制環(huán)，一個是控制直流側(cè)電壓的外環(huán)，一個是控制交流側(cè)電流的內(nèi)環(huán)。與三相P麗整流器相同，從對于系統(tǒng)性能的影響方面，這個模型可以涵蓋其它各種功率電路拓?fù)浜涂刂品绞?。控制環(huán)的方案一般是一個外環(huán)控制直流電壓，通過外環(huán)給出交流電流參考值，再通過一個內(nèi)環(huán)控制交流電流。這個方案的具體實(shí)現(xiàn)方法多種多樣。從系統(tǒng)層面看，控制環(huán)對系統(tǒng)的影響主要表現(xiàn)在動態(tài)特性，以及諧波含量。當(dāng)前模型中的控制外環(huán)采用的是半個工頻周期采樣一次的PI控制器，對直流側(cè)電壓進(jìn)行控制，其輸出是交流側(cè)電流的參考值;控制內(nèi)環(huán)采用的是滯回比較器方案，把交流側(cè)電流的紋波控制在給定的區(qū)間之內(nèi)。紋波大小的參考值Ir ip的給定方式是根據(jù)所需的交流電流THD確定，如果設(shè)計(jì)要求尚未確定，可以暫定為4%。即給不同的Irip進(jìn)行仿真，當(dāng)輸入電流的THD達(dá)到4%以內(nèi)時，即可確定Irip的取值。滯回控制的好處是動態(tài)響應(yīng)速度快，算法簡單，控制穩(wěn)定，缺點(diǎn)是開關(guān)頻率是變化的，給濾波器的設(shè)計(jì)帶來麻煩。在系統(tǒng)級仿真中采取這個方案，可以提高計(jì)算速度，提高響應(yīng)速度。至于開關(guān)頻率不固定帶來的諧波頻譜寬的問題，通過濾波器統(tǒng)一解決。因此這個控制方式用于系統(tǒng)級仿真是可以接受的；
[0099]2)PWM整流器內(nèi)部電路用的是無損網(wǎng)絡(luò)，S卩Lac和Cdc都沒有電阻分量，且組成逆變橋的四個MOS管都沒有導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗，所有內(nèi)部損耗都折合到負(fù)載電阻Rload上；
[0100]3)負(fù)載電阻根據(jù)輸入功率選取，這樣就考慮了所有內(nèi)部損耗情況。假定輸入功率為Pin，額定輸出時直流電壓為Vdc，則有Rload = Vdc2/Pin。直流電壓Vdc的取值應(yīng)大于交流峰值，對于115V系統(tǒng)，直流電壓參考值Vdc，ref可取為200V;對于230V系統(tǒng)，直流電壓參考值￥如，代€可取為40(^;
[0101 ] 4)直流電容Cdc的取值，按照一般原則，確保直流側(cè)電壓紋波峰峰值小于其額定值的1%即可，具體數(shù)值通過把這個模型接入一個理想三相電壓源后進(jìn)行仿真得出；
[0102]5)交流側(cè)濾波電感Lac的取值開關(guān)頻率的要求確定，對于單相負(fù)載，一般采用MOS管作為開關(guān)元件，開關(guān)頻率可以設(shè)定為40kHz。指定開關(guān)頻率后，把這個模型接入一個理想三相電壓源，調(diào)整Lac的值，使額定負(fù)載下的開關(guān)頻率的中心值(因?yàn)殚_關(guān)頻率不是固定值)大約為指定的開關(guān)頻率；
[0103]6)實(shí)際設(shè)備中在交流側(cè)接口處還有防雷器、EMI濾波器等器件，這些已經(jīng)超出了系統(tǒng)級仿真的范疇，因此可以予以忽略；
[0104]7)如果需要仿真負(fù)載變化的情況，可以把圖7中負(fù)載電阻Rload改為可變電阻，通過外部指令進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0105]3.3DC/DC變換類負(fù)載
[0106]有很多不同的DC/DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對于電源品質(zhì)仿真而言，只要能夠體現(xiàn)出DC/DC變換器的恒功率負(fù)載特性以及輸入電流紋波特性，各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)其實(shí)是等效的，因此，只要統(tǒng)一采用一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行建模即可。本實(shí)施例選取雙管正激的拓?fù)溥M(jìn)行建模，如圖8所示。
[0107]在雙管正激的拓?fù)錇榇淼腄C/DC變換器中，參數(shù)選取和注意事項(xiàng)如下:
[0108]1)DC/DC變換器的模型分為功率電路和控制電路兩部分。功率電路用的是常規(guī)的雙管正激電路;控制部分直接電壓環(huán)控制。輸入電壓與設(shè)定電壓進(jìn)行比較，其差值經(jīng)一個PI控制器直接產(chǎn)生占空比信號，對開關(guān)元件進(jìn)行控制；
[0109]2)PWM整流器內(nèi)部電路用的是無損網(wǎng)絡(luò)，S卩Cin，Ll和Cout都沒有電阻分量，且所有MOS管和二極管都沒有導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗，變壓器沒有磁損和漏感;所有內(nèi)部損耗都折合到負(fù)載電阻Rload上；
[0110]3)負(fù)載電阻根據(jù)輸入功率選取，這樣就考慮了所有內(nèi)部損耗情況。假定輸入功率為Pin，額定輸出時直流電壓為Vdc，則有Rload = Vdc2/Pin。直流電壓Vdc的取值理論上可以為任意值，在此對于28V系統(tǒng)，把Vdc選為28V。為了確保在整個輸入電壓范圍內(nèi)都可以把輸出電壓控制在28V，變壓器的變比需要設(shè)定為1:3，這樣即使在輸入電壓低端，也可以確保輸出電壓維持在28V上；
[0111]4)直流輸出電容Cout的取值，按照一般原則，確保直流側(cè)電壓紋波峰峰值小于其額定值的I %即可，具體數(shù)值通過把這個模型接入一個直流電壓源后進(jìn)行仿真得出；把開關(guān)頻率設(shè)定為50kHz;
[0112]5)直流側(cè)電感LI的取值根據(jù)允許的電流紋波確定，按照一般原則，把LI的電流紋波設(shè)定為+/-1O %的輸出電流；
[0113]6)直流輸入電容Cin的取值，按照一般原則，確保直流輸入電流的紋波在+/-10%的額定輸入電流之內(nèi)；
[0114]7)實(shí)際設(shè)備中在交流側(cè)接口處還有防雷器、EMI濾波器等器件，這些已經(jīng)超出了系統(tǒng)級仿真的范疇，因此可以予以忽略；
[0115]8)如果需要仿真負(fù)載變化的情況，可以把圖11中負(fù)載電阻Rload改為可變電阻，通過外部指令進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0116]第二，對負(fù)載歸類后，根據(jù)不同負(fù)載類型來搭建電氣系統(tǒng)的仿真模型，為電氣系統(tǒng)電源品質(zhì)仿真提供真實(shí)準(zhǔn)確的負(fù)載特性。
[0117]第三，搭建通用的負(fù)載功率平臺:通過大功率電力電子模塊以及控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)非線性負(fù)載的動態(tài)模擬。
[0118]根據(jù)對電氣負(fù)載特性分類和不同負(fù)載模型的示意圖，實(shí)現(xiàn)非線性負(fù)載的動態(tài)模擬具體為:
[0119]I)線性負(fù)載通過可編程負(fù)載實(shí)現(xiàn)電氣特性模擬；
[0120]2)電機(jī)類非線性負(fù)載，通過控制平臺和電力電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)電機(jī)電氣特性參數(shù)的模擬；
[0121]3)電力電子類非線性負(fù)載，通過六脈沖整流器、十二脈沖整流器、十八脈沖整流器等實(shí)物電力電子設(shè)備以及非線性負(fù)載實(shí)現(xiàn)電氣特性的模擬。
[0122]本發(fā)明的模擬方法完成了數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，是不針對具體型號的負(fù)載實(shí)現(xiàn)方法，同時也是不針對具體型號的銅鳥臺的設(shè)計(jì)。可以用于飛機(jī)電氣系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)階段、初步設(shè)計(jì)階段和詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，也可以用于型號銅鳥臺。模擬負(fù)載的功率實(shí)現(xiàn)可以為型號研制節(jié)約成本，縮短研制流程。同時可以為適航驗(yàn)證提供快捷準(zhǔn)確的飛機(jī)機(jī)載系統(tǒng)集成實(shí)驗(yàn)，同時支持故障注入以及功率回饋的實(shí)現(xiàn)。
[0123]—種民用飛機(jī)多電系統(tǒng)的仿真模型，所述仿真模型用于所述一種民用飛機(jī)多電系統(tǒng)負(fù)載的模擬方法，所述多電系統(tǒng)的仿真模型是根據(jù)三種不同類型的負(fù)載搭建而成，所述三種不同類型的負(fù)載包括:第一類線性負(fù)載、第二類電機(jī)類非線性負(fù)載以及第三類電力電子類非線性負(fù)載，每一類負(fù)載均有對應(yīng)的電路模型，所述多電系統(tǒng)的仿真模型用于為電氣系統(tǒng)電源品質(zhì)仿真提供真實(shí)準(zhǔn)確的負(fù)載特性。
[0124]所述第一類線性負(fù)載包括照明系統(tǒng)、廚房用電以及電防除冰;所述第一類線性負(fù)載是根據(jù)實(shí)際消耗功率的大小，計(jì)算出等效電阻來模擬。
[0125]所述第二類電機(jī)類非線性負(fù)載包括燃油液化系統(tǒng);所述第二類電機(jī)類非線性負(fù)載是由電阻電感組成的濾波電路以及異步電機(jī)來模擬。
[0126]所述第三類電力電子類非線性負(fù)載包括電環(huán)境控制系統(tǒng)負(fù)載、水廢水系統(tǒng)負(fù)載和 DC/DC變換類負(fù)載。所述第三類電力電子類非線性負(fù)載包括電環(huán)境控制系統(tǒng)負(fù)載、水廢水系統(tǒng)負(fù)載和DC/DC變換類負(fù)載;所述電環(huán)境控制系統(tǒng)負(fù)載是由六脈沖整流電路、十二脈沖整流電路或者十八脈沖整流電路來模擬，所述水廢水系統(tǒng)負(fù)載是由PWM或有源AC/DC變換來模擬。
[0127]本發(fā)明提供的所述多電系統(tǒng)的仿真模型是根據(jù)三種不同類型的負(fù)載搭建而成，實(shí)現(xiàn)了對多電系統(tǒng)的負(fù)載特性進(jìn)行準(zhǔn)確地模擬、搭建獲得真實(shí)的多電系統(tǒng)的仿真模型，使飛機(jī)電氣系統(tǒng)的地面試驗(yàn)接近真實(shí)，有效縮短研制流程。
[0128]并且所述多電系統(tǒng)的仿真模型應(yīng)用于飛機(jī)電氣系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)階段、初步設(shè)計(jì)階段和詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，也可以用于不同型號銅鳥臺。
[0129]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種民用飛機(jī)多電系統(tǒng)負(fù)載的模擬方法，其特征在于，所述模擬方法包括如下步驟: 第一，將所述多電系統(tǒng)負(fù)載分為三類:第一類線性負(fù)載、第二類電機(jī)類非線性負(fù)載、第三類電力電子類非線性負(fù)載，對每一類負(fù)載建立模擬電路； 第二，根據(jù)不同負(fù)載類型來搭建電氣系統(tǒng)的仿真模型，為電氣系統(tǒng)電源品質(zhì)仿真提供真實(shí)準(zhǔn)確的負(fù)載特性； 第三，搭建通用的負(fù)載功率平臺:通過大功率電力電子模塊以及控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)非線性負(fù)載的動態(tài)模擬。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬方法，其特征在于，所述第一類線性負(fù)載包括照明系統(tǒng)、廚房用電以及電防除冰。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬方法，其特征在于，所述第一類線性負(fù)載是根據(jù)實(shí)際消耗功率的大小，計(jì)算出等效電阻來模擬。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬方法，其特征在于，所述第二類電機(jī)類非線性負(fù)載包括燃油液化系統(tǒng)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬方法，其特征在于，所述第二類電機(jī)類非線性負(fù)載是由電阻電感組成的濾波電路以及異步電機(jī)來模擬。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬方法，其特征在于，所述第三類電力電子類非線性負(fù)載包括電環(huán)境控制系統(tǒng)負(fù)載、水廢水系統(tǒng)負(fù)載和DC/DC變換類負(fù)載。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的模擬方法，其特征在于，所述電環(huán)境控制系統(tǒng)負(fù)載是由六脈沖整流電路、十二脈沖整流電路或者十八脈沖整流電路來模擬。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的模擬方法，其特征在于，所述水廢水系統(tǒng)負(fù)載是由PWM或有源AC/DC變換來模擬。9.一種民用飛機(jī)多電系統(tǒng)的仿真模型，所述仿真模型用于權(quán)利要求1-8之一所述一種民用飛機(jī)多電系統(tǒng)負(fù)載的模擬方法，其特征在于，所述多電系統(tǒng)的仿真模型是根據(jù)三種不同類型的負(fù)載搭建而成，所述三種不同類型的負(fù)載包括:第一類線性負(fù)載、第二類電機(jī)類非線性負(fù)載以及第三類電力電子類非線性負(fù)載，每一類負(fù)載均有對應(yīng)的電路模型，所述多電系統(tǒng)的仿真模型用于為電氣系統(tǒng)電源品質(zhì)仿真提供真實(shí)準(zhǔn)確的負(fù)載特性。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述一種民用飛機(jī)多電系統(tǒng)的仿真模型，其特征在于，所述第一類線性負(fù)載包括照明系統(tǒng)、廚房用電以及電防除冰;所述第二類電機(jī)類非線性負(fù)載包括燃油液化系統(tǒng);所述第三類電力電子類非線性負(fù)載包括電環(huán)境控制系統(tǒng)負(fù)載、水廢水系統(tǒng)負(fù)載和DC/DC變換類負(fù)載。
【文檔編號】G06F17/50GK105938509SQ201610334757
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年5月18日
【發(fā)明人】康元麗, 回彥年
【申請人】中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司北京民用飛機(jī)技術(shù)研究中心, 中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司