基于Dymola及Modelica语言的飞机三级发电机的建模与仿真

飞机发电系统为机载用电设备正常工作提供条件,现今,飞机发电系统多采用三级式无刷交流同步发电机,由主发电机,交流励磁机和永磁发电机组成。为了飞机三级发电机仿真模型的建立,本文在介绍了同步发电机的结构和数学方程的基础上,在适用于各种物理系统建模的Dymola软件平台中对三级同步发电机进行建模,并结合调压器及相关电气负载得到三级发电机的部分动态仿真结果,仿真结果能够很好地显示三级发电机对不同负载的响应,与理论结果一致,证明了模型的正确性,为飞机电源系统的设计提供了参考。     

飞机同步发电机的建模仿真方法研究

飞机上的交流电源多采用三级式无刷交流同步发电机,它由永磁副励磁机、交流励磁机和主发电机组成。针对飞机发电系统的稳态响应以及动态性能的仿真需求,和制造商提供的数据不能直接带入同步发电机数学模型的问题,通过研究同步发电机的运行原理,提出了在dq0坐标系下建立飞机同步发电机的动态数学模型的方法,通过对仿真模型所需参数与制造商提供的数据的具体意义与相互关系的研究,提出了由制造商所提供的数据向仿真模型所需参数的换算方法。利用SABER仿真软件建立飞机三级同步发电机的动态数学模型,填入由制造商所提供的数据计算出的仿真模型所需参数,结合调压器模型得到三级发电机的部分动态仿真结果,结果与理论分析具有很好的一致性,为飞机电源系统的设计提供了一个有效的工具。     

分布式发电系统的自动发电控制研究

将自动发电控制(Automatic Generation Control,AGC)引入分布式发电系统,可以提高分布式电源的利用效率和经济性。在传统自动发电控制理论的基础上,建立了分布式电源和储能单元的发电总费用模型,提出了分布式发电系统AGC的功率分配方案。针对功率极限情况下分布式电源的功率输出问题,设计了相应的闭锁环节,使得控制区域内发电机的输出功率能够正确跟踪负荷的变化。通过对IEEE33算例系统的求解,验证了文中所提出算法的正确性和合理性。仿真结果表明,分布式发电系统的AGC,既可以提高分布式发电系统的经济性,又可以降低系统在孤岛运行时平衡节点发电机的压力。     

基于静态发电机的分布式能源建模研究

在传统建模方法基础上,提出了一种基于静态发电机并综合反映静态和动态性能的分布式能源建模方法。在DIgSILENT仿真环境下,利用提出的建模方法建立了以光伏发电系统为代表的间歇式发电单元仿真模型和以电池储能系统为代表的可调节发电单元的仿真模型,在此基础上详细研究及分析了模型的原理与结构,并验证了模型的有效性、良好的静态和动态特性以及较高的系统仿真效率。     

风机/同步机混合微电网并网运行研究

将分布式发电系统以微网的形式接入大电网并网运行是电网未来的发展方向.基于PSCAD/EMTDC电力系统仿真分析软件,建立了包含风力发电机和小型永磁同步发电机的微电网模型,研究了微电网在不同模式下,配电网和各微电源的运行状况,以及其转换过程的对电网的影响.结果表明,这种微电源配置可以满足并网运行条件下微电网各种模式的运行...     

计及分布式电源接入的配电网状态估计

为适应分布式电源接入量测配置较少配电网的需要,基于风电和光伏发电系统的功率预测,提出将分布式电源预测有功功率和“虚拟”无功功率作为伪测量建立带等式约束条件的加权最小二乘状态估计模型。模型中计及异步风力发电机的无功-电压特性对雅克比矩阵进行修正,利用光伏发电系统零无功注入等式约束修正估计结果。基于奇异值分解求解建立的模型以保证状态估计的数值稳定性。通过对IEEE33节点算例的仿真计算,结果表明所建的模型将分布式电源自身特性与加权最小二乘状态估计有效融合,能够更准确反映分布式电源出力状态,从而在不增加量测装置     

旋转整流器无刷同步发电机起动交流励磁仿真分析

旋转整流器式无刷同步电机具有功率因数可调、效率高等优点，在航空电源系统中得到广泛的应用。为了适应未来飞机电源系统发展的要求，航空发电机需要具有起动/发电双功能。本文给出无刷同步电机的新型单相交流励磁方案，在励磁机直流励磁绕组通入单相交流电，在气隙中建立脉振磁场，使励磁机转子电枢绕组中产生感应电势，经过旋转整流器整流，为主发电机提供励磁电流，解决零速下主发电机励磁问题。文中建立了考虑励磁机铁损耗的仿真模型，并运用仿真手段详细地分析励磁机的单相交流励磁的频率和幅值对主发电机励磁电流幅值的影响，最后给出发电机起动过程中，励磁机单相交流励磁的控制规律。     

基于电压角度控制的稳压发电系统研究

在车辆集成起动/发电一体机系统中,发电机系统作为用电设备的供电电源对发电品质的需求越来越高.本文针对车辆起动/发电一体机供电电源系统,既要满足发动机怠速到最高车速的宽转速范围内的稳压发电又要满足用电设备投切的大功率范围内的稳压发电需求,提出了一种基于电压角度控制的永磁同步发电机稳压发电控制策略,通过建立发电机系统的小信号数学模型,分析了系统的稳定性.仿真与实验结果表明该方法满足车用ISG发电系统的需求,验证了该方法的正确性与有效性.     

燃料电池和微型燃气轮机的动态模型综述

文章介绍了分散式发电的概况,给出了用于稳定性分析的联网燃料电池降阶模型,包括电压控制和功率控制回路.分散式电源用微型燃气轮机主要包括四部分:燃气透平、永磁发电机、三相整流桥及直流到交流功率逆变器,文章根据这四部分的动态特性和相互关系,建立了适用于暂态特性分析和电力系统仿真分析的微型燃气轮机动态模型.     

新型永磁风力发电机控制策略的仿真研究

直驱式永磁同步发电系统以其噪声小、可靠性高等优点在风力发电系统中越来越得到重视。对一种采用新型永磁同步发电机的直驱式永磁同步发电系统进行了仿真研究,建立了新型永磁风力发电机组的MATLAB模型,提出了一种基于萤火虫群算法的优化功率分配方法。该方法以减小发电机损耗为目标,能够较大地提高发电机组的效率。仿真结果表明,采用优化功率分配方法的发电机由于能够减小损耗,可以输出更多的有功功率,具有更高的发电效率。研究结果可为新型永磁同步发电机发电效率的提高提供参考。     

基于模糊反步自适应算法的飞机发电控制研究

随着多电化和全电化趋势的发展,飞机电气与电子设备大量增加,恒频系统已不能满足飞机用电需求。飞机供电体制需要由恒频系统向变频系统转变,而变频发电机是变频系统中尤为重要的设备。传统的PID控制采用固定参数,无法很好地在宽变频发电系统中工作,因此提出了基于模糊反步自适应控制算法的控制参数修正方法以提高调压系统适应性。结合三级式发电系统数学模型,设计了调压系统中不确定参数的自适应律分析方法,并建立了基于该算法的调压系统仿真模型。通过仿真验证了模糊反步自适应控制可以有效抑制工作条件变化对调压系统造成的影响,增强调压系统的稳定性和调节性能,为飞机发电机控制器的设计提供理论支持。     

A wide-speed-range hybrid variable-reluctance/permanent-magnet generator for future embedded aircraft generation systems

This paper presents recent research into the use of an embedded generation system as an alternative to the emergency ram air turbine on aircraft, the proposal being to utilize the windmill effect of the low-pressure turbine of the main aircraft engine for emergency power generation. A novel topology of a high specific output ac permanent-magnet generator is described that has been designed to be driven directly from the low-pressure turbine via an integral fixed-ratio gearbox, the requirement being to generate a regulated 270-V dc 0-20-kW emergency supply over a 12:1 3000-36000-r/min generator shaft speed range. The methodologies behind the machine design and operation are described together with test results taken from a prototype generator system.     

基于Simulink的多电飞机电气系统运行特性研究

针对多电飞机电气系统结构日益复杂,其稳定性也愈加重要的现状,研究了电气系统中主电源、应急电源和负载模型的控制方法以及相互之间的影响。首先,详细介绍了基于SVPWM的双闭环控制下永磁同步发电机和电动机的运行策略;其次,分析了28V航空蓄电池适配的双向DC/DC变换器的设计方法,并基于半桥拓扑设计和改进了电压电流双闭环控制方法;接着以恒功率负载为切入点,使用李雅普诺夫第一法和变换器的小信号模型分析,分别讨论了在不同运行状况下的系统稳定性。在Matlab/Simulink平台上搭建了电气系统仿真模型,仿真结果表明:恒功率负载对多电飞机电气系统的稳定性有较大的影响,而并网电气系统的抗干扰能力较强,且在运行状况切换时动态响应快,从而验证了模型的可靠性。     

高速轴向电励磁双凸极电机设计与特性分析

现代多电飞机技术不断发展,对航空电源系统提出了更高的要求。依据航空起动发电机具有可靠性高、功率密度高、电源容量大的要求,设计了一种高速轴向电励磁双凸极电机（DSAEM）。对电机的基本结构和工作原理进行了描述,建立了电机的数学模型,并通过有限元仿真加以验证,详细分析了电机的磁场、电感、空载特性和负载特性。结果表明,高速轴向电励磁双凸极电机具有完全对称的三相磁链,可输出更稳定的电压,其电机绕组的空间利用率高、功率密度大、效率高,可满足航空电源的基本需求。     

变压器与柴油发电机混合供电系统阻抗建模分析

现有阻抗建模分析结果与实际曲线之间的拟合度较低,难以满足混合供电系统工作需求,因此提出变压器与柴油发电机混合供电系统阻抗建模分析。分析变压器与柴油发电机等主要发电设备工作特点和混合供电系统的工作原理;考虑到坐标旋转变换过程、端口阻抗以及恒功率负载多种影响因素,建立稳定性较高的变压器与柴油发电机混合供电系统阻抗模型;通过在线测量电网阻抗值,动态调整锁相环(PLL)的控制参数,在奈奎斯特曲线图的作用下,输出变压器与柴油发电机混合供电系统阻抗特性分析结果。实例测试结果表明,正序阻抗分析结果下,所提出方法得出的阻抗特性拟合度分别提升了20%、30%,负序阻抗分析结果的拟合度分别提升了11%、13%。     

基于MATLAB的航空用同步发电机故障暂态模型仿真

提出在MATLAB环境中对航空用同步发电机故障暂态进行仿真的方法。用SIMULINK建立起同步发电机模型，并将其与PSB模块联合使用，能方便灵活地建立起发电机故障暂态模型。该模型不仅可以对发电机故障的瞬态和稳态过程进行仿真，而且能够揭示发电机故障瞬态的运行特征及瞬态过程中各个故障量的变化规律。运行结果表明该模型切实可行。     

并网型双馈风电机组动态稳定性仿真

介绍了变速恒频双馈风电机组的基本结构，建立了双馈风电机组在d-q坐标系下的动态数学模型。应用Matlab/Simulink搭建了系统仿真模块，并对并网型双馈风电机组的动态稳定性做了仿真试验研究，结果表明：在风电系统中利用变速技术后可以提高风能的利用率，改善电力系统稳定性；变速双馈风电机组具有低电压穿越功能。     

基于MATLAB的航空用同步发电机故障暂态模型仿真

提出在MATLAB环境中对航空用同步发电机故障暂态进行仿真的方法。用SIMULINK建立起同步发电机模型,并将其与PSB模块联合使用,能方便灵活地建立起发电机故障暂态模型。该模型不仅可以对发电机故障的瞬态和稳态过程进行仿真,而且能够揭示发电机故障瞬态的运行特征及瞬态过程中各个故障量的变化规律。运行结果表明该模型切实可行。     

直驱风电系统三电平变流器的设计与仿真

多电平逆变器适合大容量、高压的场合,得到了越来越多的应用。本文对三电平逆变器SVPWM调制手段进行了深入研究,同时对三电平逆变器中点电位平衡的问题也进行了探讨。由于中点电位的不平衡是钳位式三电平逆变器运行过程中比较严重的问题,对此本文分析了大、中、小矢量对中点电位的影响,找到哪些矢量能够影响中点电位的波动,并得出通过对成对小矢量的作用时间分配能够控制中点电位的结论。最后通过对系统的仿真,验证了算法的可靠性。     

高可靠性飞机专用电源系统的建模与谐波分析

针对飞机飞行控制系统对专用电源的特殊要求,提出了一种适用于未来先进飞机的新型飞机专用电源系统的设计方案。该方案具有系统结构简单、可靠性高和转速范围宽等优点。文中利用MATLAB工具建立了该专用电源系统的仿真模型,仿真结果与理论分析一致。另外,还对滤波器的结构和参数对输出直流电压脉动和发电机相电流波形的影响及相电流谐波进行了仿真分析。仿真结果表明,在Boost-buck变换器之前增加滤波器,并不能改善系统直流输出电压的脉动,反而会造成发电机三相电流谐波含量增大,对发电机产生不利的影响。新型专用电源系统直流电压脉动幅值的控制是靠变换器自身调节实现的。