[发明专利]航空多电发动机AC/DC变换器多目标优化设计方法

说明书

本发明公开一种航空多电发动机AC/DC变换器多目标优化设计方法，将有源电力滤波器(APF)与多边形联结自耦变压整流器(ATRU)相结合的自耦变压有源滤波整流器(ATPFRU)，由于ATPFRU是一个高度非线性的系统，本发明设计了分数阶PI控制器，并以该控制器参数为优化变量考虑输入电流谐波含量和直侧储能容压响应性多目标优化问题，基于灰狼算法考虑输入电流谐波含量和直侧储能容压响应性多目标优化问题，基于灰狼算法实现了同时对输入电流谐波的有效抑制和对直流侧储能电容压的有效控制。

技术领域

本发明涉及一种面向航空多电发动机的AC/DC变换器设计方法，尤其是一种航空多电发动机AC/DC变换器多目标优化设计方法。

背景技术

由于飞机上同时具有交流和直流用电设备，因此当给直流用电设备供电时，需要AC/DC变换器将交流电转换成直流电。目前主流的航空多电发动机所使用的AC/DC变换器是多脉冲变压整流器(TRU)和多脉冲自耦变压整流器(ATRU)，因为AC/DC变换器是通过增加体积重量达到谐波治理的，所以有必要研究新型的AC/DC变换器。网侧电流谐波含量是评价一个AC/DC变换器性能的重要指标，对于网侧电流谐波的治理，通常有无源和有源两种方案，无源方案主要是TRU和 ATRU；有源方案主要是利用有源电力电子器件构造新的拓扑结构实现主动滤波。

在TRU和ATRU的发展过程中，后者采用自耦式变压器代替前者的隔离式变压器，从而有效地减少了变压器的等效容量，并且可以减小整流器的体积、成本以及重量。而仅考虑ATRU的情况下，多脉冲整流不仅可以减小交流侧输入电流中的谐波含量，同时还可以减小直流输出电压中的谐波幅值，例如十二脉冲整流网侧电流仅仅含有12k±1,(k＝1,2,3…)次谐波，输出电压仅含12k次谐波。作为一般的规律，脉冲数越多的ATRU谐波含量越少，同时也会导致ATRU的结构变得复杂以及增加重量。而随着有源电力电子器件的发展，将有源方案应用于航空多电发动机AC/DC变换器的设计变成了可能，有源的谐波抑制主要有三种方法，分别是PWM整流、功率因数校正(PFC)和主动滤波器(APF)。

APF作为一种有效的谐波抑制装置，可以根据系统的非线性特性进行主动滤波，一直是学者们研究的热点。按照APF接入电网方式分类，可以分为直流侧APF和交流侧APF；对于交流侧APF来说又可细分为并联型APF、串联型APF以及混合型APF；对于直流侧APF来说又可细分为串联型APF和并联型APF。与交流侧APF相比，直流侧APF 在没有增加开关电压应力的情况下，减少了有源开关的数量，且具有电路结构简单、效率高等优点。而并联型APF与串联型APF相比，其并联在整流桥和负载之间，相当于一个电流源，跟踪负载电流中的谐波分量，产生与之相反的谐波电流，从而实现谐波治理的目的；并且，因为其并联在ATRU输出端，当故障发生时，不会对ATRU产生致命的影响，考虑到航空发动机要求高度的可靠性的特点，并联型APF要优于串联型APF。

发明内容

为解决上述航空多电发动机传统AC/DC变换器在减小体积重量与抑制谐波之间存在矛盾的问题，本发明提供一种航空多电发动机 AC/DC变换器多目标优化设计方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

航空多电发动机AC/DC变换器多目标优化设计方法，它包括以下步骤：

步骤一，将有源电力滤波器APF与多边形联结自耦变压整流器 (ATRU)相结合，设计了自耦变压有源滤波整流器ATPFRU；

步骤二，根据新的拓扑结构设计了双环控制系统，其中电流环上设计了平均电流控制策略，电压环上设计了分数阶PI控制器；

步骤三，利用基于灰狼优化的多目标优化算法对双环控制系统进行优化。