[发明专利]一种航空混合电推进系统的能量管理策略

说明书

本发明公开了一种航空混合电推进系统的能量管理策略，实现功率在发电系统和储电装置之间的合理分配。针对某具体的飞行任务，该策略包括步骤：1)将具体飞行任务负载需求功率按任务阶段离散化；2)根据系统模型构建发电系统输出功率与发动机单位时间油耗以及储电装置输出功率与等效单位时间油耗的关系模型；3)以各阶段功率分配比为变量，以完成该飞行任务的全局耗油量最低为目标，发电系统与储电装置输出功率范围为限制条件，通过遗传算法得出满足目标的各阶段的功率分配比。以该能量管理策略为控制要求的航空混合电推进系统能使飞行器在完成目标飞行任务的情况下有效降低耗油量。

技术领域

本发明涉及混合系统能量管理策略领域，具体涉及一种航空混合电推进系统的能量管理策略。

背景技术

航空混合电推进系统作为“双碳”目标下实现低碳航空的重要途径，凭借其高功率密度、高效率和低排放等特点受到了越来越多的关注。航空混合电推进系统架构如图1所示，系统工作时，由发电系统产生电能，经过电力变换装置后带动分布式推进系统提供动力，控制器可以控制发电系统的输出功率和储电装置的充放电情况，储电装置能调整发动机的负荷使其尽量在高效区工作，起到“削峰填谷”的作用。因此对于航空混合电推进系统而言，能量管理策略已经成为混合动力系统稳定运行、合理分配能量的关键，好的能量管理策略还能实现减少油耗的作用。

常见的能量管理策略可以分为基于规则策略和基于优化策略两类。基于规则的能量管理策略包括了有限状态机、功率跟随、模糊控制等控制策略。例如：周能辉等人在《汽车工程》第35卷第2期上的论文“插电式混合动力轿车整车控制策略的研究”利用混动汽车工作时的电量状态和功率需求来制定能量规则控制策略，通过试验验证了该控制策略可以在不同的工况下合理分配转矩，提高电机和发动机效率；金传琦在《交通节能与环保》的网络首发论文“新能源混合动力汽车能量管理策略研究”根据其工作模式提出一种基于规则策略的逻辑门限能量管理策略，实现工作模式的平稳切换及混动系统的动力分配。

然而基于规则的控制策略主要根据经验提前设定规则，可靠性及可行性较高，但无法保证系统能量管理中的效率以及运行环境变化带来的问题，对于混合推进系统的适应性较差。相较之下基于优化的能量管理策略主要是针对系统的耗油量、运行成本等目标进行优化，以得到系统的最优工作点。例如：马睿等人在《中国电机工程》的网络首发论文“计及飞行任务与能耗分析的航空燃料电池推进系统能量管理策略”提出了一种考虑多飞行任务模式与外部最大能耗的综合能量管理方法，在减少燃料电池系统所承受的应力同时，提升了系统输出的稳定性；授权公布号为CN113158499B的发明专利“一种纯电池动力船舶综合电力系统的能量管理策略及系统”提出的一种纯电池动力船舶综合电力系统的能量管理策略及系统，通过航线与已有船舶航行情况调研、航速与电池输出功率关系模型构建、剩余航程航行方案优化，提高电池动力船舶的航行经济性和应对突发事件的能力。

用于汽车、舰船等邻域混合动力系统的基于优化的能量管理策略已有很多文献发表，但面向航空混合电推进系统的基于全局优化的能量管理策略的文献还未见报道。现有技术多为基于规则策略的逻辑门限能量管理策略，针对具体飞行任务的适应性较差。以此，基于遗传算法优化的航空混合电推进系统的能量管理策略提供了一种更加节能、高效的解决方案。

发明内容

针对现有技术存在的以上缺陷，本发明提供了一种航空混合电推进系统的能量管理策略，能够根据具体飞行任务的各任务阶段负载功率需求，对航空混合电推进系统的发电系统和储电装置进行能量优化调控。

为实现上述目的，本发明所设计的一种航空混合电推进系统的能量管理策略，其特殊之处在于，所述方法包括如下步骤：

1)根据某次具体飞行任务负载需求功率与飞行时间的关系按飞行阶段离散化，将各个飞行阶段的负载所需功率视作定值；

2)根据航空混合电推进系统模型构建发电系统输出功率与发动机单位时间油耗以及储电装置输出功率与等效单位时间油耗的关系模型；