[发明专利]一种基于超级电容储能的航空电源系统的能量管理策略

说明书

本发明公开了一种基于超级电容储能的航空高压直流电源系统的负载能量管理策略，所述方法在超级电容储能端和高压直流母线中间增加一个双向DC/DC模块，双向DC/DC变换器原边和副边的电压相位差称为移相角，通过控制所述移相角的大小，实现双向DC/DC变换器两侧功率流向的控制；原边开关管的占空比可调，副边开关管固定占空比为0.5，振荡器输出的载波和通过移相控制器后输出的载波分别作为原边和副边的开关管驱动信号载波，通过调节移相控制器来实现移相角大小的调节。

技术领域

本发明涉及一种基于超级电容储能的航空高压直流电源系统的负载能量管 理策略，具体涉及一种基于电流源半桥的双向DC/DC变换器的功率流向控制方 法，属于电力电子技术领域。

背景技术

随着多电飞机的发展，飞机电源系统也不断更新换代，目前，高压直流电源 系统已在多电飞机中得到了广泛应用。尤其随着国家电网电能替代方案的开展和 实施，空港和飞行器陆基供电逐渐成为相关技术领域的研究热点。主要形式为采 用地面电源和地面空调设备为停靠机场的飞机提供舱内空调、电源的能源供应， 从而可以关闭飞机辅助动力系统，起到节能减排的效果。而飞机内的多电负载具 有非线性功率突变特性和能量回馈特性，工作中易产生功率冲击，因此系统中需 要有大功率密度的储能装置，所述装置还需在尽可能短的时间里吸收功率冲击带 来的瞬时能量及负载回馈给电网的能量，要具有快速充放电及能量密度大的优 点。超级电容(SC)是一种介于传统电容器和充电电池之间、具有特殊性能的 电源，又名电化学电容，双电层电容器。它具备传统电容器的快速充放电能力，还拥有普通电容器无法比拟的高耐压、大容量、高介电常数。综合以上因素考虑， 高压直流汇流条的储能系统选用超级电容作为储能元件，因为超级电容端电压随 容量变化的波动较大，而负载侧要求稳定的端电压，因此将超级电容通过双向 DC/DC变换器接入汇流条，构成高压直流汇流条超级电容储能系统。

当多电负载波动时，直流汇流条电压也会产生波动和突变，对电源系统稳定 性造成影响。同时，超级电容储能系统的荷电状态应维持在中间值，可充可放。 因此需对双向DC/DC变换器的功率流向进行严格控制，由此实现高压直流汇流 条电压值保持恒定，超级电容储能系统灵活充放电。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于超级电容储能高压直流电源系 统的负载能量管理策略，实现双向DC/DC变换器原副两边功率流向和大小的灵 活控制。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于超级电容储能的航空电源系统的能量管理策略，包括如下步骤：

步骤1，在超级电容储能端和高压直流母线中间增加一个双向DC/DC模块， 所述双向DC/DC变换器采用隔离型拓扑结构，变压器原边为超级电容侧，副边 为高压直流母线侧。超级电容侧并联一个缓冲电容Cc,用于实现原副两边的电压 匹配。

步骤2，原边开关管占空比D₁可调，副边开关管占空比D₂为固定值0.5。

步骤3，双向DC/DC变换器的功率流向控制由变压器原边开关管占空比D₁和原副两边的电压u_ab、u_cd的移相角φ大小决定。

步骤4，控制回路一共有三个闭环控制回路，分别为电压匹配环、汇流条母 线电压外环和超级电容电流内环。

步骤5，振荡器产生的三角波和经180°移相后的三角波与电压匹配环经PI 调节器的输出交截，为原边S_2down、S_2up、S_1down、S_1up四个开关管提供控制信号。