[發明專利]分布式電推進飛機混合儲能系統的功率分配方法及系統

有效

• 申請號: 202111424986.1
• 申請日: 2021-11-26
• 公開（公告）號: CN114094671B
• 公開（公告）日: 2023-02-21
• 發明（設計）人: 卜飛飛;李航;孫建翎;姚太克;張玄;雷瑞;張杰;孫鵬宇;肖一民;史健廷
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學;中國航發控制系統研究所
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J7/34
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 過顧佳

本發明涉及一種功率分配方法及系統，尤其是一種分布式電推進飛機混合儲能系統的功率分配方法及系統。在初次功率分配時，利用高階滑模控制器對電壓差值處理，以能得到能待提供或待吸收的功率，利用高階滑模控制器的特性，能夠有效降低抖振，消除穩態誤差；在功率二次分配時，對蓄電池以及超級電容的工作區間劃分，引入對超級電容的自動恢復控制，通過低通濾波法能得到蓄電池的參考功率以及超級電容的參考功率，優化HESS尺寸，延長ESD使用壽命；在功率三次分配時，通過最大功率動態限制，得到蓄電池的分配功率以及超級電容的分配功率，從而提高直流母線電壓在突加突卸負載時的抗干擾能力以及動態穩定性。

技術領域

本發明涉及一種功率分配方法及系統，尤其是一種分布式電推進飛機混合儲能系統的功率分配方法及系統。

背景技術

分布式電推進飛機是一種新型飛機，在分布式電推進飛機的機翼或機身上對稱分布若干推進器，所述推進器包括螺旋槳或風扇、以及用于驅動螺旋槳或風扇轉動的電機；通過推進器提供驅動力，有望進一步提高飛機動力系統的能量轉換效率，降低油耗。

分布式電推進飛機的電氣系統包括推進系統和飛機電源系統，分布式推進電機的負荷由發電機供給，達到能源綜合利用、統一管理的目的。然而，由于電力設備的大量增加和供電系統功率水平的不斷提高，發電機容量必須滿足負載的功率需求，這給航空發動機的設計帶來了新的挑戰。此外，由于運行過程中的運行條件越來越復雜，以電動機為代表的大功率負載，在啟動、突然加載和突然卸載的瞬間會對電源系統造成嚴重的瞬態功率沖擊。它會引起母線電壓的劇烈波動，使發電機組嚴重偏離其最佳工作狀態，影響系統的穩定性。

對于上述問題，最有效的方法是通過HESS(Hybrid energy storage system)的充放電特性來匹配負載功率波動。在眾多儲能設備(ESD，Energy storage device)中，電池具有能量密度高、自放電率低的特點。超級電容器具有長壽命周期和高功率密度的優點，可以快速提供更大的功率，并為電池提供緩沖。兩者優勢互補，可安全、緊湊、輕便地提供大功率、高能量密度的電能。它在響應負載功率變化以保持母線電壓穩定性和降低發電機容量需求方面發揮著重要作用。

因此，HESS的能量管理策略(EMS)就顯得尤為重要，主要集中在功率分配以提高母線電壓穩定性，優化HESS的尺寸和壽命。根據能量管理的分層控制策略，初級分配控制即對DC-DC變換器的控制主要為電壓電流雙閉環控制，大多采用PI控制，但由于其固有的滯后性，在較大擾動時，PI控制難以達到期望的輸出狀態。滑模變結構控制在很多情況下都能很好地適用于DC-DC變換器的控制，但當系統的運動軌跡達到滑模面后，難以嚴格的沿著滑模面向平衡點運動，而是在滑模面兩側來回穿越，從而產生抖振，對變換器造成比較大的損耗。

二級分配控制在初級控制環路中加入額外的控制結構，如功率分配，一般基于濾波算法。與動態規劃、模型預測控制和模糊邏輯相比，它簡單易實現，實時性更好，但在母線電壓動態穩定性方面還有待提高。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種分布式電推進飛機混合儲能系統的功率分配方法及系統，其能提高直流母線電壓在突加突卸負載時的抗干擾能力以及動態穩定性，進一步降低抖振，消除穩態誤差，優化HESS尺寸，延長ESD使用壽命。

按照本發明提供的技術方案，所述分布式電推進飛機混合儲能系統的功率分配方法，包括與分布式電推進飛機的直流母線適配連接的混合儲能系統，所述混合儲能系統包括蓄電池以及超級電容；對混合儲能系統進行功率分配時，包括功率初次分配步驟、功率二次分配步驟以及功率三次分配步驟，其中，

執行功率初次分配步驟時，確定直流母線的母線電壓實際值U_dc與母線電壓參考值間的電壓差值，并對所確定的電壓差值利用高階滑模控制器處理后得到混合儲能系統待提供或待吸收的功率P_HESS；