题目：航空电源负载特性及电网稳定性的研究

在多电飞机的供电系统中，功率电子装置驱动的电动机设备和变换器设备显著增加。其中闭环控制电动机控制系统被称为恒功率负载，因有负阻抗特性，给航空供电系统的稳定运行带来负面影响。另一方面，采用PWM控制的电动机控制系统，一般采取在直流母线输入端必须加LC结构的EMI滤波器。这种带有LC滤波器的电动机控制系统对直流供电电网的稳定性产生很大的影响。对于航空供电系统，用电设备多采用级联方式与汇流条相连。尽管单负载本身是稳定的，多个负载的相互作用仍可能导致系统的不稳定，因此级联稳定性是供电电网可靠运行的关键因素。本文综合应用了理论分析、仿真建模、样机试验等研究方法，从单负载到总系统，逐步研究了航空供电电网的稳定性。

为研究多电飞机供电系统的负载特性，本文首先简单介绍了270V高压直流供电系统结构，对用电设备的负载特性进行分析。由于多电飞机大量使用的恒功率负载和瞬态大功率负载，很有必要研究航空电网的稳定性问题。然后对交流变频供电系统结构进行了简要概述，以不控整流的ATRU为典型用电设备，分析了其负载特性。最后对多电飞机供电系统的稳定性问题进行分析，解释了恒功率负载导致不稳定的原因及主要解决方案。

为研究EMI滤波器对电网稳定性的影响，本文首先通过混合势函数理论，得到LC滤波器带有恒功率负载的直流供电系统稳定条件。然后为了完成多负载稳定性的分析，建立电源输入导纳模型，分析其频域和时域特性。为研究实际恒功率负载的稳定性，本文建立了闭环斩波负载模型和闭环的电机控制模型，并与电源输入导纳模型特性进行对比。为研究多负载的稳定性，本文还分析了双恒功率负载及混合恒功率负载系统的稳定性，建立相应的电源输入导纳模型，分析稳定条件，研究滤波器转折频率、等效稳态阻抗、负载功率等不同系统参数对系统稳定性的影响。

为研究闭环控制系统的稳定性，本文还提出采用负阻抗补偿法来解决电动机控制系统的稳定性问题，将母线电压的瞬变引入电动机控制中，消除了用电设备的动态负阻抗来使电网变为稳定。本文首先通过电流环小信号建模，分析了负阻抗补偿器的设计要求，同时对电网输入导纳进行建模。然后重点分析了补偿器参数与电网电压瞬变和电流瞬变的关系，研究了抑制电网电压瞬变和电流瞬变的补偿器设计方法。为评估负阻抗补偿法的负载特性，本文从电网电流、电网电压及电机转速等方面与传统的增大电容法进行了对比。

根据变频交流电网结构特点，本文重点研究了不控整流的ATRU的相关问题。首先分析了多脉波自耦变压器的电压关系及特性。然后对应用于斩波负载的12脉冲ATRU滤波特性进行了分析，通过其电源平波及EMI滤波特性，分析其转折频率的选取原则。利用混合势函数法建立了ATRU驱动恒功率负载在大扰动下的稳定判据，并通过仿真对其平衡工作的及稳定性进行验证。最后分析了电源频率对恒功率负载稳定性的影响。

为研究整个供电系统稳定性，分别建立了带有多个典型负载的270V直流供电系统和交流变频供电系统的仿真模型。根据航空电网结构特点，通过Saber仿真软件，实现了供电电源、滤波器及典型负载的建模。同时为研究典型负载对电网供电特性的研究，分析研究对电网稳定性的影响。建立了可视化界面，实现数据分析及关键波形显示。