电推进系统变母线电压控制方法研究

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电推进系统作为电动飞机的动力系统,其效率在有限的电池下决定着飞机的航行时长,成为了研究热点。但电推进系统在实际工作中工况较为复杂,复杂的工况将导致系统的转速、转矩等呈宽范围波动,进而在固定母线电压的电推进系统下造成大范围的效率波动。同时电推进系统是以锂电池、氢燃料电池等电能作为供能手段,相比于锂电池,氢燃料电池能量密度更大,可使飞机航程更远。因此以氢燃料电池作为供能方式的氢动力电推进系统更符合电动飞机高效率和高功率密度的需求,有更大的应用前景。但氢燃料电池存在输出电压低的问题,无法满足电推进系统的电压需求,通常采用升压电路将电池输出电压抬升至系统所需电压。本文针对上述问题提出一种变母线电压控制方法,该方法可根据系统当前工况的不同去计算系统损耗较小的母线电压参考值,并通过升压电路改变系统母线电压,从而提升在宽工况下电推进系统的效率。其主要研究内容如下:首先,根据氢动力电推进系统和变母线电压控制的需求,在电路结构中增加Boost电路部分,从而解决氢燃料电池输出电压低无法满足系统电压的问题,并为变母线电压控制提供实现手段。其次,在上述电路拓扑结构下,以系统损耗为研究切入点,通过分析系统损耗产生机理,建立系统损耗模型;研究母线电压及工况对系统各部分损耗间的关系,建立母线电压及工况与系统损耗间关系数学模型;并搭建仿真模型验证母线电压及工况对系统损耗的作用规律。而后,根据系统损耗与母线电压和工况间关系数学模型,在考虑参数变化和空间谐波效应的情况下,提出一种电推进系统变母线电压控制方法。在此基础下搭建电推进系统变母线电压控制仿真模型并进行仿真研究,在宽范围内选取多个工作点作为系统给定,在这些工作点下进行变母线电压控制方法和定母线电压方法对比仿真分析。最后,设计并搭建了电推进系统变母线电压控制方法实验平台,并在此实验平台下进行实验验证,根据实验平台额定参数在宽范围内选取多个工作点作为系统给定,进行对比实验分析。仿真及实验结果都验证了本文所提方法的有效性和可行性,变母线电压控制方法相较于传统固定母线电压方法具有高效率、低电流纹波和谐波的性能优势。
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