航空高压直流供电系统双向瞬态干扰抑制方法

doi:10.7527/S1000-6893.2024.30930

电子电气工程与控制

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航空高压直流供电系统双向瞬态干扰抑制方法

张博一¹, 郭宏¹, 徐金全¹(), 薛龙献², 马中兵², 陈俊祥²

^1.北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京 100191
^2.中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所，成都 610091

收稿日期:2024-07-11 修回日期:2024-08-07 接受日期:2024-09-23 出版日期:2024-09-27 发布日期:2024-09-25
通讯作者: 徐金全 E-mail:xujinquan@buaa.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(52177028)

Bidirectional transient interference suppression methodology in aviation HVDC electric power system

Boyi ZHANG¹, Hong GUO¹, Jinquan XU¹(), Longxian XUE², Zhongbing MA², Junxiang CHEN²

^1.School of Automation Science and Electrical Engineering，Beihang University，Beijing 100191，China
^2.Chengdu Aircraft Design and Research Institute of AVIC，Chengdu 610091，China

Received:2024-07-11 Revised:2024-08-07 Accepted:2024-09-23 Online:2024-09-27 Published:2024-09-25
Contact: Jinquan XU E-mail:xujinquan@buaa.edu.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(52177028)

摘要/Abstract

摘要：

针对雷达/定向能武器瞬时大功率瞬态用电需求和四象限电力作动器双向电能流动带来的机载供电稳定性难题，提出了一种基于高压储能和双向能量变换的航空高压直流电网大功率双向瞬态干扰抑制方法，有效地抑制了由于传统机载发电机系统响应慢带来的电网电压波动。首先，提出了一种基于高压蓄电池和双向功率变换的双向能量控制拓扑，利用高压蓄电池的瞬时充放电削峰填谷，实现瞬时双向电能的变换与控制。其次，提出了一种基于电网电压-负载电流和蓄电池荷电状态的综合能量管理策略，实现系统负载扰动的快速检测和供电模式的快速配置。再次，提出了一种基于微分跟踪器和负载电流前馈的稳压控制方案，改善双向功率变换器的稳压性能。实验结果表明，所提出的基于高压储能和双向能量变换方法能够有效抑制大功率双向瞬态电能冲击带来的电网电压波动，提升机载高压直流电源系统的鲁棒性和供电品质。

关键词: 高压直流供电系统, 双向瞬态干扰, 蓄电池控制, Buck-Boost双向DC-DC变换器, 能量管理, 稳压控制

Abstract:

In this paper， a suppression methodology based on the high voltage energy storage system and bidirectional energy conversion is proposed to solve the stability problem caused by the transient power demand of the radar/direct energy weapon and the bidirectional power flow of four-quadrant electric actuator. Firstly， a bidirectional energy control topology based on high-voltage battery and bidirectional power conversion is proposed， which uses the instantaneous charging and discharging of high-voltage battery to cut peaks and fill valleys to achieve bidirectional transient power control. Secondly， a comprehensive power supply management strategy based on bus voltage-load current and battery SOC is proposed to realize rapid detection of system load disturbance and fast configuration of power supply mode. Thirdly， a voltage stabilizing control method based on differential tracker and load current feedforward is proposed to improve the voltage performance of the converter under various loads. The simulation and experimental results show that the proposed method can effectively suppress the voltage fluctuation caused by high-power bidirectional transient load disturbance， and improve the robustness and quality of aerospace HVDC power supply system.

Key words: high voltage DC (HVDC) power supply system, bidirectional transient interference, battery control, Buck-Boost DC-DC converter, energy management, voltage regulation

中图分类号:

V242.2⁺31

张博一, 郭宏, 徐金全, 薛龙献, 马中兵, 陈俊祥. 航空高压直流供电系统双向瞬态干扰抑制方法[J]. 航空学报, 2025, 46(7): 330930.

Boyi ZHANG, Hong GUO, Jinquan XU, Longxian XUE, Zhongbing MA, Junxiang CHEN. Bidirectional transient interference suppression methodology in aviation HVDC electric power system[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2025, 46(7): 330930.

图/表 24

图 1

图 2

表 1

图 3

表 2

图 4

表 3

图 5

图 6

表 4

能量管理状态机转移条件

转移条件	通用条件	转移条件（电压/V、电压微分/（V·s^-1）、荷电状态/%、负载电流/A）
T01	① DC-DC通道正常&& ② 发电机正常	$u b u s < 260 V \| \| u b u s < 265 V & & u ˙ b u s < - 1 500 V · s - 1$
T10		$u b u s > 267$ $V$
T02		$u b u s > 280 V \| \| u b u s > 275 V & & u ˙ b u s > 1 500 V · s - 1$
T20		$u b u s < 273 V$
T03		$S O C < 70 %$
T30		$S O C > 80 %$
T04		$S O C > 90 % & & i l o a d > 10 A$
T40		$S O C < 80 % \| \| i l o a d < 8 A \| \| u b u s > 275 V \| \| u b u s < 265 V$
T15		$S O C < 70 %$
T51		$S O C > 80 %$
T35		$u b u s < 260 V \| \| u b u s < 265 V & & u ˙ b u s < - 1 500 V · s - 1$
T53		$u b u s > 267 V$
T26		$S O C < 70 %$
T62		$S O C > 80 %$
T36		$u b u s > 280 V \| \| u b u s > 275 V & & u ˙ b u s > 1 500 V · s - 1$
T63		$u b u s < 273 V$
T07	发电机故障	应急供电指令
T08	DC-DC通道故障	$u b u s > 280 V$ 开通IGBT $u b u s < 275 V$ 关断IGBT

表 4

图 7

图 8

图 9

图 10

图 11

图 12

图 13

图 14

图 15

图 16

图 17

图 18

图 19

图 20

参考文献 25

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

参数	数值
脉冲功率/kW	25
脉冲负载电流上升时间/ms	1
脉冲负载最长持续时间/ms	500
脉冲负载最短持续时间/ms	10
回馈功率/kW	10
回馈电流上升时间/ms	2
回馈过程持续时间/ms	15
应急供电功率/kW	25
应急供电时间/min	15

参数	数值
输入电压/V	200~350
输出电压/V	250~280
额定功率/kW	25
电感/μH	45
滤波电容/μF	200

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Bidirectional transient interference suppression methodology in aviation HVDC electric power system

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