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系统并网技术 ★ 5.0

一种增强多电飞机高压直流电源系统稳定性的主动阻尼控制策略

An Active Damping Control Strategy to Enhance the Stability of High Voltage DC Power Supply System for More Electric Aircraft

作者 Yiming Yao · Zhuoran Zhang · Yankun Wang · Yiwei Yang · Heng Shi · Jincai Li
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2025年3月
技术分类 系统并网技术
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 多电飞机 恒功率负载 有源阻尼控制策略 系统稳定性 高压直流电源系统
语言:

中文摘要

随着电动机和电力电子变流器在多电飞机(MEA)的电力系统(EPS)中集成度的不断提高,恒功率负载(CPL)的占比持续上升。这给机载电力系统的稳定性带来了重大挑战。本文针对采用绕线转子同步发电机的高压直流供电系统提出了一种有源阻尼控制策略。首先,利用小信号建模推导了系统的输出阻抗。基于阻抗准则,分析了恒功率负载功率和控制参数对系统稳定性的影响。随后,对各种有源阻尼位置和配置的效果进行了分析和比较,最终选择虚拟电阻 - 电容串联作为最优有源阻尼方案。最后,推导并完善了有源阻尼控制策略的实现方法。实验结果证实了所提方法在增强系统稳定性方面的有效性。

English Abstract

With the increasing integration of motors and power electronic converters into the electric power system (EPS) of the more electric aircraft (MEA), the proportion of constant power load (CPL) continues to rise. This poses significant challenges to the stability of onboard EPS. In this article, an active damping control strategy is proposed for the high-voltage dc power supply system utilizing a wound rotor synchronous generator. First, the output impedance of the system is derived using small-signal modeling. Based on the impedance criterion, the impacts of CPL power and control parameters on system stability are analyzed. Subsequently, the effects of various active damping positions and configurations are analyzed and compared, with the virtual resistance-capacitance series ultimately selected as the optimal active damping scheme. Finally, the implementation of the active damping control strategy is derived and refined. Experimental results confirm the effectiveness of the proposed method in enhancing system stability.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这篇论文提出的主动阻尼控制策略具有重要的技术参考价值。虽然研究聚焦于航空领域的高压直流供电系统,但其核心问题——恒功率负载(CPL)导致的系统稳定性挑战,与我们在光伏储能系统中面临的技术难题高度相似。

在我们的储能变流器和微电网解决方案中,大量功率电子设备呈现恒功率特性,其负阻抗特性容易引发直流母线振荡,威胁系统稳定运行。论文采用的小信号建模方法和阻抗判据分析思路,可直接应用于我们1500V高压储能系统的稳定性设计。特别是虚拟阻容串联的主动阻尼方案,相比传统物理阻尼,无需增加硬件成本和功率损耗,仅通过控制算法优化即可提升系统阻尼特性,这与我们追求高效率、低成本的产品理念完全契合。

该技术的成熟度较高,论文已通过实验验证,可快速转化应用。对于阳光电源而言,技术机遇在于:一是可增强我们大功率储能系统在弱电网环境下的并网稳定性;二是为多机并联、直流耦合等复杂拓扑提供稳定性保障;三是提升产品在数据中心、轨道交通等恒功率负载密集场景的适应性。

技术挑战主要体现在参数整定的复杂性和多工况适应性上。不同功率等级、不同负载条件下的阻尼参数需要精细化设计,这要求我们建立完善的仿真平台和现场测试体系。建议将此技术纳入下一代储能变流器的控制策略研发路线图,结合我们在新能源领域的应用场景进行深度优化和验证。