一种新型直流固态功率控制器行为模型

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1、航空学报ActaAeronautJcaetAstronauticaSinicaJan．252012V01．33No．1129．137ISSN1000．6893ON11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000—6893(2012)01—0129—09一种新型直流固态功率控制器行为模型阮立刚，王莉*南京航空航天大学电气工程系江苏省新能源发电与电能变换重点实验室，江苏南京210016摘要：提出一种适用于大型飞机电气系统数字仿真的直流(DC)固态功率控制器(SSPC)的行为模型。利用受控电压源控制SSPC两

2、端电压按照线性规律变化以模拟SSPC的慢开通和慢关断特性。分析了该行为模型在稳态导通和稳态关断时的工作状态．考虑了实际直流SSPC的漏电流．对该模型进行了改进。分析该模型带各种负载的开通关断过程。在Saber软件中实现该行为模型，并通过仿真和实验验证其与各种性质负载的兼容性。快速性测试结果表明，相比基于真实结构和器件模型，该行为模型能够显著提高仿真速度和收敛性能。关键词：飞机电气系统；行为模型；仿真；固态功率控制器；负载兼容性中图分类号：V242．3；TM56文献标识码：A目前大型飞机正朝着多电化和全电化的方向发展[1_3]，其配电系统朝着分布式的固态自动配电的方向发

3、展。和常规配电以及遥控配电相比，固态自动配电在减轻配电系统重量、提高综合控制能力，保证电能质量，提高系统冗余容错能力以及系统可靠性方面具有很大优势[4缶]。固态功率控制器(SolidStatePowerController，SSPC)作为固态自动配电系统中核心部件和终端的执行部件，具有接通断开负载、故障保护和隔离、状态反馈和自检等功能[7-9]。大型飞机供配电系统结构和控制的规模、复杂程度相比以往有了很大的提高，电气系统容量大大增加，系统中使用大量的电力电子装置，带来了电能质量的问题，包括：谐波畸变、电流浪涌、电压尖峰等瞬态变化过程，这可能对设备的性能产生不利的影响。

4、许多问题在系统集成之前是不容易发现的，在集成完成之后再对设计进行更改需要付出很大的代价。因此大型飞机电气系统设计、研制和维护更加依赖于先进的系统集成仿真技术。目前大型飞机电气系统的集成仿真成为了国内外研究的热点[1“11]，包括关键部件如发电机及控制器、变压整流器、静止变流器、SSPC等的建模。为了分析SSPC对系统性能的影响，评估系统中出现过流或者短路故障时，SSPC如何对故障进行保护和隔离，国内外学者对SSPC的数字仿真模型展开了研究[1仉12。5。。文献[10-]通过对国际空间站电力系统中直流SSPC的小信号建模，发现当负载为功率变换器等恒功率负载时，MoSFE

5、T的极间电容可能会导致整个系统不稳定。文献[12]建立了一种考虑环境温度和导线温度的模型，能够根据负载的电流、环境温度和导线的温度决定过载时的跳闸保护时间。文献1-133利用Saber软件的层次建模功能，对SSPC的实现电路进行封装，建立了器件级模型，与实际的SSPC性能有很好的一致性。文献[103、文献[12]和文献C13]的建模方法基于实际结构和器件，其优收稿日期：2011-02-22；退修El期：2011-03-19；录用日期：2011-09．29：网络出版时间：20”-10·1415：05网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1

6、929．V．20111014．1505．001htmIDOI：CNKI：11-1929／V．20111014．1505．001基金项目：航空科学基金(20091952022)12010年南京航空航天大学研究生创新基地(实验室)开放基金*通讯作者．Tel．‘025-84893497E·malllliwang@nuaa．edu．∞鳓焉格式IRuanLG．WangL．Anovelbehavioralmodelofsolidstatepowercontroller．ActaAeronaut／caetAstronaut／caSin／ca-2012．33t

7、)

8、129-137．阮

9、立戳。王韵．一种新型l漉固态功串控静J器行为模型．航空学报．2012。33(1)t129．137．130航空学报Jan．252012V01．33No．1点是能够准确地模拟实际的电气性能，并且对SSPC的电路设计有比较好的指导作用。但是其缺点也是显而易见的：由于在大型飞机配电系统中SSPC的数量可以达到数百个，如果都采用基于实际结构和器件的模型，那么必然会花费大量仿真时间，甚至导致仿真不收敛而失败。因此基于实际结构和器件的模型并不适用于大型飞机电力系统的仿真。文献[143和文献[15]提出了一种行为建模方法，不依赖于实际电路结构和器件，仿真速度快，适用