专利名称：一种储能电池与航空发电机的拓扑连接结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种储能电池与航空发电机的拓扑连接结构，属于航空发电机技术领域。
背景技术：
随着世界航空业的快速发展，电力电子新技术、新材料、新设备被越来越广泛地应用到民用航空领域中。采用大容量、高效率、频率范围广，同时不会降低供电特性、电能质量稳定的供电系统，对提高民航飞行安全，促进行业稳步、协调可持续发展起着举足轻重的作用。现代电力电子技术的发展和飞机自动化水平的不断提高，使得计算机和各种先进电气电子设备将越来越多地在飞机上使用。飞机供电容量的增大与变频供电系统的供电质量问题也将日益突出，这直接关系到先进电气设备功能的发挥和飞机的飞行安全。为了使得航空发电机输出电压恒定，航空发电机往往并不能运行在最高效率点， 从而满足供电系统对电压的要求，这导致电能资源的浪费。为了解决这个问题，可以考虑利用储能技术来配合航空发电机的出力，通过储能电池的充放电控制，来使得航空发电机及储能电池组成的供电系统出力波动小，满足电能质量要求。由此可见，储能技术与航空发电系统的配合使得发电机可以运行在更高的工作效率点，从而提高对电能资源的有效利用。 因此，储能技术在航空发电系统中的应用具有一定的实用价值。
发明内容本实用新型的目的是为了解决上述问题，提出一种储能电池与航空发电机的拓扑连接结构。一种储能电池与航空发电机的拓扑连接结构，包括发电机、AC/DC变流器、DC/AC 变流器、储能电池、发电机主控制器、控制器和储能系统控制器；发电机、AC/DC变流器、DC/AC变流器依次通过直流母线连接，储能电池直接连接在航空发电机内部交直流变换的直流母线上；发电机主控制器对发电机的输出进行采样得到原始值，通过数字低通滤波器进行滤波后，得到目标值，目标值与原始值的差即为储能电池充放电的功率，若差值为正，储能电池放电；若为负，储能电池充电；发电机主控制器将储能电池充放电的功率输给控制器；控制器通过储能系统控制器对AC/DC变流器、DC/AC变流器、储能电池进行控制，通过不断调整AC/DC变流器及DC/AC变流器的功率差来控制储能电池的充放电，达到输入功率、储能电池及输出功率三者的平衡。本实用新型的优点在于(1)布线简单，减轻电缆及设备重量。本设计直接利用AC/DC变流器及DC/AC变流器来控制储能电池的充放电，不需要额外的DC/DC双向PCS来对电池充放电进行控制，降低了成本，简化了设计。同时使得重量减轻，可靠性得到提升。(2)提高供电系统的效率。由于通过储能电池配合发电机的出力来保证供电系统总出力的稳定，因而发电机可以工作在最高效率点，同时不必通过稳压装置来浪费电能。因而在同样的情况下，供电的效率更加高。
图1是本实用新型的机构示意图；图2是本实用新型的一阶低通滤波器幅频特性曲线。图中1-发电机2-AC/DC变流器 3-DC/AC变流器 4_储能电池5-发电机主控制器 6-控制器7-储能系统控制器
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。本实用新型是一种储能电池与航空发电机的拓扑连接结构，如图1所示，包括发电机1、AC/DC变流器2、DC/AC变流器3、储能电池4、发电机主控制器5、控制器6和储能系统控制器7。发电机1、AC/DC变流器2、DC/AC变流器3依次通过直流母线连接，储能电池4直接连接在航空发电机内部交直流变换的直流母线上。发电机主控制器5对发电机1的输出进行采样得到原始值，通过数字低通滤波器进行滤波后，得到目标值，目标值与原始值的差即为储能电池4充放电的功率，若差值为正，储能电池4放电；若为负，储能电池4充电。发电机主控制器5将储能电池4充放电的功率输给控制器6。控制器6通过储能系统控制器7对AC/DC变流器2、DC/AC变流器3、储能电池4进行控制，通过不断调整AC/DC变流器2及DC/AC变流器3的功率差来控制储能电池4的充放电，达到输入功率、储能电池及输出功率三者的平衡。对于储能电池4的充放电控制策略，目标是利用其充放电来改变供电系统输出功率的幅值，使注入母线的电能更加平稳。对于储能电池4容量计算方法，通过引入一阶低通滤波器的数学模型，以一阶低通滤波器的传递函数为基础，通过迭代及数学推理，得到通过滤波器前后有功功率值的关系，对两者的差进行时间积分后，得到的能量就是储能电池4所需的容量。首先，通过航空发动机传动带动发电机1发电。发出的有功功率通过AC/DC变流器变为直流，在直流母线上并联储能电池4。储能电池4输出直流电，通过充放电来对直流母线上的电压进行调整。调整后得到的电压通过DC/AC变流器3变为交流输出，后面连接电源汇流母线。储能电池4的充放电利用AC/DC变流器2及DC/AC变流器3的功率来控制。供电系统中设有控制器6对发电机1及储能电池4分别进行监控。对于储能电池4的具体控制方法为对发电机1的输出进行采样得到原始值，通过数字一阶低通滤波器进行滤波，得到目标值。目标值与原始值的差即为电池充放电的功率。 若差值为正，电池放电；若为负，电池充电。将低通滤波器模型引入到电池容量计算中。考虑一阶无源低通滤波器。其传递函数表达式如下[0026]
权利要求1. 一种储能电池与航空发电机的拓扑连接结构，其特征在于，包括发电机、AC/DC变流器、DC/AC变流器、储能电池、发电机主控制器、控制器和储能系统控制器；发电机、AC/DC变流器、DC/AC变流器依次通过直流母线连接，储能电池直接连接在航空发电机内部交直流变换的直流母线上；发电机主控制器对发电机的输出进行采样得到原始值，通过数字低通滤波器进行滤波后，得到目标值，目标值与原始值的差即为储能电池充放电的功率，若差值为正，储能电池放电；若为负，储能电池充电；发电机主控制器将储能电池充放电的功率输给控制器；控制器通过储能系统控制器对AC/DC变流器、DC/AC变流器、储能电池进行控制，通过不断调整AC/DC变流器及DC/AC变流器的功率差来控制储能电池的充放电，达到输入功率、储能电池及输出功率三者的平衡。
专利摘要本实用新型公开了一种储能电池与航空发电机的拓扑连接结构，包括发电机、AC/DC变流器、DC/AC变流器、储能电池、发电机主控制器、控制器和储能系统控制器；发电机、AC/DC变流器、DC/AC变流器依次通过直流母线连接，储能电池直接连接在航空发电机内部交直流变换的直流母线上；发电机主控制器对发电机的输出进行采样得到原始值，通过数字低通滤波器进行滤波后，得到目标值，目标值与原始值的差即为储能电池充放电的功率；发电机主控制器将储能电池充放电的功率输给控制器；控制器通过储能系统控制器对AC/DC变流器、DC/AC变流器、储能电池进行控制，达到输入功率、储能电池及输出功率三者的平衡。
文档编号H02J7/02GK202172301SQ201120327720
公开日2012年3月21日 申请日期2011年9月2日 优先权日2011年9月2日
发明者刘沛清, 屈秋林, 田云, 贾玉红, 陈起予 申请人:北京航空航天大学