带混合负载的电动无人机双极性直流电力系统拓扑结构设计及稳定性分析

摘要

电动无人机的直流电力系统主要为推进电机、环控和雷达等机载设备提供可靠的电能,而根据系统母线的结构,可以将系统分为单极性结构和双极性结构。为了降低推进电机的损耗和体积、提高系统容错性,双极性结构被广泛地应用在无人机和飞机当中。然而由于燃料电池、光伏等新能源发电系统通常输出单极性直流电,需要一个单双极性转换接口,实现单双极性转换。首先在电感电流脉动量、电容电压脉动量和开关管应力等方面,对比分析两种单双极性转换接口,即电压平衡器和多电平变换器。然后,基于对比结果,选取多电平变换器作为单双极性接口,设计母线电压控制器和中位点电压控制器实现双极性直流电力系统的电压电流控制和电压均衡控制。最后,分析控制器参数以及广泛存在于系统中的恒功率负载、恒流负载、恒阻负载对系统稳定性的影响,并通过仿真进行验证。