多电飞机电力系统动/静态安全性分析理论及方法研究

With the intended development of aircraft into more electric or all electric , security of aircraft electrical power system,closely related to the overall safety of airplane,is becoming increasingly important.Characterized by limited capacity,AC/DC hybrid,multi-converter interconnection, diversity of load properties, and multi-condition changes, aircraft electrical power system is facing great challenges on its security design and assessment.For reasonable and in-depth aircraft electric power system security analysis, this project analyses security of aircraft power system from dynamical and static perspectives respectively. In the aspect of dynamical security analysis, a combined method of state space averaging and dq transformation is adopted to establish the large signal model of aircraft electrical power system and with the combined help of generalized mixed potential theory and Lyapunov stability theorem, system large disturbance stability is analyzed to obtain the analytical ranges and the stable region of the typical operating point. In the aspect of static security analysis, the network topology structure equivalent figure will be established and the minimum cut set of the system will be obtained by the depth-first search algorithm, which will be combined with the system failure data to calculate the reliability index of the system.This research is expected to provide theoretical basis for design and optimization of aircraft electrical power system, to improve dynamic security of aircraft electrical power system, and to promote the development of China-made large aircraft project.

飞机电力系统的安全性直接关系到飞机整体的安全，并随着飞机向多电、全电方向发展愈加重要。飞机电力系统具有容量小、交直流混合、多变换器互联、负载性质多样、多工况变化等特征，对其安全性设计与全面评估提出了挑战。为进行合理、深入的飞机电力系统安全性分析，本项目分别从动态和静态的角度进行研究。在动态安全分析方面，采用状态空间平均和dq变换相结合的方法建立飞机电力系统大信号模型，结合拓展混合势函数理论和李雅普诺夫稳定性定理进行系统大扰动稳定性分析，得到系统典型运行点的稳定范围；在静态安全分析方面，建立飞机电力系统网络拓扑结构等效图，采用深度优先搜索算法求解系统最小割集，结合系统故障数据，计算系统可靠性指标。预期研究成果能够为飞机电力系统的设计与优化提供理论依据，有望提高飞机电力系统安全性水平，促进我国国产大飞机项目的发展。

现代飞机正在向多电、全电方向发展，作为多电飞机的核心，飞机电力系统的安全性是飞机正常工作的重要保障。由于飞机电力系统多发电机并联、多变换器互联、交直流混合、电气负载性质多样等特征，使得对飞机电力系统的安全性评估具有特殊性及复杂性。.本项目为合理、深入的分析飞机电力系统的安全性，分别从动态和静态的角度进行了研究。在动态安全性分析方面：1）提出了广义状态空间平均值和dq变换相结合的大信号建模方法，建立了飞机电力系统大信号模型；2）基于统一大信号模型，结合李雅普诺夫方法及混合势函数理论分别分析了系统的小信号和大信号稳定性，得出了统一的稳定性判据，确定了系统典型工况下的稳定运行范围。在静态安全性分析方面：1）提出了飞机电力系统网络拓扑结构图的等效原则以及建立方法，建立了飞机电力系统网络拓扑结构等效图；2）确立了飞机电力系统最小割集的求解算法，结合飞机电力系统故障数据求取了系统的可靠性指标，对系统进行了详细的可靠性评估；3）建立了基于静/动态故障树的飞机电源系统安全分析方法，得到了满足飞机适航标准的可靠性指标；4）提出了一种基于最小割集的飞机电力系统可靠性评估方法，解决了求解最小割集过程中存在的组合爆炸问题。.本项目关于飞机电力系统稳定性与可靠性分析的研究成果，可以实现飞机电力系统在正常和故障情况下快速、准确的稳定性判定，为飞机电力系统的优化设计提供理论依据；且通过对系统详细的可靠性评估，可以预测飞机电力系统中存在的薄弱点，对系统的检修方案和运行决策提供一定的指导与辅助作用，最终对大飞机制造中电力系统的设计和改进提供建议。