多電飛機用燃料電池-蓄電池-超級電容混合供電系統的高可靠動態功率分配技術

宋清超 陳家偉,2 蔡坤城 陳 杰

多電飛機用燃料電池-蓄電池-超級電容混合供電系統的高可靠動態功率分配技術

宋清超1陳家偉1,2蔡坤城1陳 杰3

（1. 重慶大學自動化學院 重慶 400044 2. 輸配電裝備及系統安全與新技術國家重點實驗室（重慶大學） 重慶 400044 3. 南京航空航天大學自動化學院電氣工程系 南京 211106）

供電可靠性作為評價多電飛機電力系統性能的關鍵指標，關乎飛行安全，其重要性不容忽視。針對多電飛機用燃料電池-蓄電池-超級電容混合供電系統動態功率分配技術存在的成本高、可靠性低、靈活性差等弊端，該文基于改進混合下垂控制方法，提出一種高可靠的分散式動態功率分配策略，實現脈動負荷功率在供電單元間優化分配、儲能單元荷電狀態調節和再生能量回收。在某一供電單元因故障而退出系統后，該策略仍能實現負荷功率在其余供電單元間的動態分配，確保關鍵負荷的供電。最后通過實驗驗證了所提方法的有效性和可行性。

多電飛機 燃料電池 混合供電系統 可靠性 動態功率分配

0 引言

近年來，隨著世界經濟增長、國際合作深入及旅游業的發展，民航工業蓬勃發展，飛機及航線數量雙雙攀升，使得航空燃油消耗急劇增加，飛機廢氣及噪聲排放大幅上升，給環境帶來不可忽視的影響。此外，伴隨著航空燃油價格上漲，航空公司運營成本也大幅增加。多電飛機（More Electric Aircraft, MEA）技術作為解決上述問題的有效途徑之一，得到了快速的發展[1-2]。

MEA的核心技術是采用電能來代替傳統的液壓、氣壓和機械能，可有效降低飛機部件質量，增加能量轉換效率，提高可靠性，縮減運維成本，同時還可減少廢氣排放、緩解環境污染[1-2]。當前，空客和波音等行業巨頭均在考慮使用清潔、高效和低噪聲的燃料電池（Fuel Cell, FC）供電系統替換傳統的輔助供電系統，以減少廢氣排放，提高系統效 率[3-4]。然而，在MEA領域大規模運用FC供電系統主要受限于四個方面：①動態響應較慢，難以滿足未來MEA的機動性要求[4-6]；②無法存儲能量，系統運行效率較低[6-7]；③耐久性較差，負荷快速變化的功率波動將大大縮短FC供電系統的使用壽 命[4-6]；④成本較高[8]。因此，為適應MEA中大量新型電氣化負荷的強脈動、寬頻域變化（周期跨越ms～s～min范圍）、沖擊性強等特性，FC在使用時往往需要與蓄電池（Battery, BAT）（動態響應為數百ms～s）和超級電容（Supercapacitor, SC）（動態響應為數ms至數百ms）結合，構成FC-BAT-SC混合供電系統（Hybrid Power Supply System, HPSS）[4, 9-10]。

對于FC-BAT-SC HPSS，因快速變化的脈動負荷功率會大大縮短FC的使用壽命[4-6]，故FC僅提供低頻平均功率以提高其耐久性；SC因功率密度高、動態響應快，但能量密度低[5-6]，因而承擔高頻脈動功率；而BAT能量密度相對較高、動態響應相對較快，但頻繁的瞬態負荷功率波動也會縮短其使用壽命[5-6]，故BAT提供中頻波動功率以優化系統的體積和質量。顯然，動態功率分配技術是保證負荷功率按此分配的關鍵，對于FC-BAT-SC HPSS能否成功運用于未來MEA電力系統具有極為重要的理論意義和現實價值。然而，與用于汽車的FC- BAT-SC HPSS相比，MEA對系統的供電可靠性要求更高，且電氣化負荷數量更多、空間分布更廣泛，導致動態功率分配實現極具難度。同時，還需兼顧儲能單元荷電狀態（State of Charge, SOC）限制、負荷再生能量的無損消納、“熱插拔”及冗余拓展等需求。

目前，國內外針對HPSS或混合儲能系統的動態功率分配技術已開展了廣泛深入的研究，不僅涉及MEA領域[3-6, 10]，還包含軌道交通[8, 11-13]、電動汽車[9, 14-15]、電氣化船舶[16]、直流微電網[17-19]等領域。但總體而言，已有研究大都采用基于通信網絡的集中控制或協同控制策略，將其應用于FC-BAT- SC HPSS時，仍存在以下不足：①MEA電氣化負荷數量眾多，空間分布廣泛，需要大量的電壓、電流采樣部件，使得系統結構復雜、成本高昂，更影響了全局可靠性；②基于通信網絡的控制器，任何環節的故障，都將使整個系統失效，無法滿足機載設備對供電可靠性的嚴苛要求；③通信延時的存在，使得動態功率分配實時性能差，無法達到預期效果；④供電單元無法實現“熱插拔”，使得系統不具備冗余容錯及靈活擴容能力，難以滿足未來MEA分布式供電對電力系統提出的多樣性、宜擴展、強容錯等新要求。

為克服集中控制或協同控制的缺點，無需互聯通信網絡的分散式控制策略逐漸受到了國內外學者的關注。對現有的分散式動態功率分配方法進行分析總結，可大致歸為以下兩類：

（1）基于頻域解耦的分散式控制方法。典型研究如文獻[20-21]通過對FC和SC端口變換器施加相互獨立的控制，實現了動態功率分配和SC SOC調節等控制目標。然而，不難發現，這些控制方法均需采集負荷電流、母線電壓等公共信號。由于MEA中電氣化負荷數量眾多、空間分布廣泛，若不利用通信鏈路很難直接獲取這些公共信號。因此，這類控制方法不是真正意義上的分散控制。

（2）基于混合下垂控制的分散式控制方法。根據供電單元輸出阻抗組合形式的不同，混合下垂控制主要可分為三種方案：①虛擬高通濾波器和虛擬低通濾波器的組合形式[22]；②虛擬電阻和虛擬電容的組合形式[23-27]及其改進形式[5-6, 28]；③虛擬電感和虛擬電阻的組合形式[29]及其改進形式[30]。盡管這些混合下垂控制方法均以分散的控制方式實現了動態功率分配、儲能單元SOC調節、再生能量回收等控制目標，但這些策略僅解決了脈動負荷功率在兩種不同特性供電單元間的優化分配，不適用于FC- BAT-SC HPSS。

因此，本文在現有研究基礎上，針對FC-BAT-SC HPSS動態功率分配技術展開研究，主要工作如下：

（1）本文基于改進混合下垂控制技術，提出了一種分散式動態功率分配策略，實現了動態功率分配、儲能單元SOC調節、再生能量回收等控制目標，以延長供電單元的使用壽命，間接提升系統的能量利用率。

（2）當系統處于健康狀態（即所有供電單元均能正常運行）和部分失效狀態（即某一供電單元發生故障）時，研究了各供電單元間的動態功率分配關系，分析了供電單元故障對系統動態功率分配性能的影響，以說明所提動態功率分配策略的高可 靠性。

（3）分析了系統參數對實際動態功率分配性能的影響。通過優化選取系統參數，保證了系統期望的動態功率分配性能。

1 分散式動態功率分配策略

圖1為典型FC-BAT-SC HPSS及所提分散式動態功率分配策略，系統電源包含FC、BAT和SC供電單元（供電單元由供電元件及其端口變換器組成），負荷包含傳統阻性負載、多種新型電氣化負荷（如電作動裝置、變換器驅動型負荷等，其往往呈現恒功率特性）。由于運行工況復雜，MEA電氣化負荷的功率需求多變，通常呈現強脈動、寬頻域變化、沖擊性強等特性。下垂控制是分散式控制的主流方法，不僅能實現母線電壓調節和穩態負荷功率分配，還能為系統提供有源阻尼和“熱插拔”等功能[5-6, 26]。然而，傳統下垂控制無法兼顧不同供電單元的動態特性，實現脈動負荷功率在不同供電單元間的動態分配。鑒于此，在保證系統供電可靠性的基礎上，為實現動態功率分配，本文基于改進混合下垂控制方法（即不同特性的供電單元采用不同輸出阻抗特性的下垂控制），提出了一種分散式動態功率分配策略。圖2為FC-BAT-SC HPSS采用所提動態功率分配策略后的簡化等效電路。圖1和圖2中，FC、BAT和SC供電單元的下垂特性（即輸出阻抗特性）設計為

圖1 典型FC-BAT-SC HPSS及所提分散式動態功率分配策略

圖2 FC-BAT-SC HPSS采用所提功率分配策略的簡化等效電路

式中，fc、fc、b、b、sc、sc和sc為供電單元的虛擬阻抗參數。

若忽略線路阻抗的影響，根據基爾霍夫電流定律和電壓定律可得

式中，load()為負荷總電流；bus()為直流母線電壓。

1.1 系統處于健康狀態時性能分析

當所有供電單元均正常工作時，根據式（1）～式（6）可得，負荷電流在FC、BAT和SC供電單元間的分配關系為

式中，Dfb()=ref_fc()-ref_b()；Dfs()=ref_fc()-ref_sc()；Dbs()=ref_b()-ref_sc()；fc()、fb()、fs()、b()、bs()、sc()定義如附錄式（A1）～式（A6）所示。

由式（7）可得，FC、BAT和SC供電單元的穩態輸出電流分別為

式中，ofc、ob和osc分別為FC、BAT和SC供電單元的穩態輸出電流；load為穩態負荷電流。

由于BAT和SC的使用壽命與其SOC運行范圍密切相關[5-6, 9-13, 18, 23-24, 29-30]，為延長其使用壽命，根據BAT和SC SOC的運行范圍，可將其工作模式分為正常模式、充電模式和放電模式[5-6, 29-30]。為保證BAT和SC長期處于正常模式，根據式（8）所示的供電單元穩態電流關系，本文將BAT和SC供電單元的輸出電壓基準分別設定為

式中，Db和Dsc分別為BAT和SC供電單元的電壓增量；SOCb和SOCsc分別為BAT和SC的SOC。

根據式（1）、式（2）和式（6）可知，在穩態時直流母線電壓可調節至設定值ref_fc。由式（7）可知，通過合理設定低通濾波器fc()、中通濾波器b()和高通濾波器sc()的截止頻率（詳見2.1節），負荷電流可自動分為低頻電流、中頻電流和高頻電流，分別分配給FC、BAT和SC供電單元。將式（9）、式（10）代入式（8）可知，當BAT或SC處于充電模式時，FC將額外提供大小為bDb/b或scDsc/sc的充電電流給BAT或SC充電，以使其恢復至正常模式；同理，當BAT或SC處于放電模式時，BAT或SC將向負荷額外提供大小為bDb/b或scDsc/sc的放電電流以使其恢復至正常模式。

在能量回饋過程，FC因電化學反應的不可逆性，無法吸收再生能量。因此，負荷回饋電流只能由BAT和SC供電單元吸收。此時，負荷電流在BAT和SC供電單元間的分配關系可推導為

式中，b()、bs()、sc()定義如附錄式（A7）～式（A9）所示。其中，低通濾波器b()的截止頻率bs滿足

由式（11）可得，BAT和SC供電單元的穩態輸出電流分別為

根據式（11）和式（13）可知，在能量回饋過程中，BAT僅吸收低頻負荷回饋電流，SC除緩沖所有的高頻負荷回饋電流外，還將吸收部分的低頻負荷回饋電流。因此，在能量回饋過程中，系統可實現再生能量回收，且所提動態功率分配策略仍能兼顧BAT和SC的動態特性和SOC調節。

綜上，當系統處于健康狀態時，通過將FC、BAT和SC供電單元的輸出阻抗分別設計為如式（2）～式（4）所示，即其輸出阻抗關于拉普拉斯算子的分子多項式與分母多項式最高次之比分別滿足0、-1和-2，并合理配置儲能單元的輸出阻抗穩態增益和輸出電壓基準，所提控制策略即可同時實現動態功率分配、儲能單元SOC調節和再生能量回收。

1.2 系統處于部分失效狀態時性能分析

1.2.1 FC供電單元因故障失效

根據式（11）和式（13）可知，在FC供電單元因故障從系統中斷開后，盡管BAT供電單元仍只提供低頻負荷電流，SC供電單元緩沖所有的高頻負荷電流，但其還需額外提供少量的低頻負荷電流。然而，通過合理設計虛擬阻抗參數，SC供電單元所提供的低頻負荷電流可調至很小，忽略不計，且系統仍能實現儲能單元SOC調節和再生能量回收。

1.2.2 BAT供電單元因故障失效

在BAT供電單元因故障而退出系統后，負荷電流在FC和SC供電單元間的分配關系可推導為

式中，fc()、fs()、sc()定義如附錄（A10）～式（A12）所示。其中，低通濾波器fc()的截止頻率fs滿足

由式（14）可得，FC和SC供電單元的穩態輸出電流分別為

根據式（1）、式（2）和式（6）可知，所提控制方法仍可實現直流母線電壓調節。根據式（14）可知，負荷電流分配到FC供電單元時自動加入低通濾波器fc()，分配到SC供電單元時自動加入高通濾波器sc()。因此，系統仍能實現負荷功率在FC和SC供電單元間的動態優化分配。由式（4）可知，在能量回饋過程，SC供電單元仍能吸收負荷回饋電流。由式（10）和式（16）可知，通過調節SC供電單元的輸出電壓基準，其SOC運行范圍仍可調節。

1.2.3 SC供電單元因故障失效

若SC單元因故障從系統中斷開后，負荷電流在FC和BAT供電單元間的分配關系可推導為

式中，fc()、fb()、b()定義如附錄式（A13）～式（A15）所示。其中，低通濾波器fc()的截止頻率fb滿足

由式（17）可得，FC和BAT供電單元的穩態輸出電流分別為

同理，根據式（1）～式（3）、式（6）、式（9）、式（17）和式（19）可知，系統仍能同時實現直流母線電壓調節、動態功率分配、BAT SOC調節及再生能量回收。

1.3 可靠性分析

顯然，在不改變控制策略的前提下，一旦供電單元發生故障，如文獻[11, 14]所采用的集中式動態功率分配策略將失效，無法繼續實現動態功率分配。因此，只有當所有供電單元均正常運行時，基于傳統集中式控制策略的系統才能正常運行，其可靠性框圖如圖3a所示。根據所提分散式動態功率分配策略的分析結果可知，只要系統中至少含有兩個能正常運行的供電單元，所提策略就能實現負荷功率在正常運行供電單元間的動態優化分配，系統的可靠性框圖如圖3b所示。

圖3 FC-BAT-SC HPSS的可靠性框圖

假設系統中各元件均處于壽命曲線中的穩定運行期，即其壽命服從指數分布，則在時刻，元件的可靠度為

式中，R()為元件的可靠度；為元件的故障率。

根據圖1所示的FC-BAT-SC HPSS結構，基于可靠性理論[31-32]，FC、BAT和SC供電單元的故障率分別為

式中，fc、b、sc分別為FC、BAT、SC供電單元的故障率；s_fc、s_b、s_sc分別為FC、BAT、SC的故障率；、S、D、、ctrl分別為電感、MOSFET、二極管、電容、供電單元控制系統的故障率。

根據圖3所示的系統可靠性框圖，由可靠性理論可得[31-32]，系統采用集中式和分散式動態功率分配策略的可靠度s_c()和s_d()分別為

系統中各元器件的故障率見表1（其數據來源于文獻[32]和工程經驗）。基于表1所示的元器件故障率數據，系統采用集中式和分散式動態功率分配策略的可靠度曲線如圖4所示。從圖4中可明顯看出，系統采用本文所提策略的可靠度比采用傳統集中式動態功率分配策略的可靠度明顯增強。

表1 元器件故障率

圖4 FC-BAT-SC HPSS的可靠度曲線

根據式（21）～式（23）可得，系統采用集中式和分散式動態功率分配策略的平均無故障時間（Mean Time to Failure, MTTF）MTTFc和MTTFd分別為

2Mbit/s復用方式下，保護裝置通過2Mbit/s復用接口直接連接到SDH 設備，中間不經過PCM復用設備，減少了中間環節和傳輸時延，而且利用了 SDH自愈環的高可靠性，提高了整個系統的可靠性；2Mbit/s速率增加了傳輸帶寬，可以傳輸更多保護信息。其缺點是中途轉換環節增加（與專用方式相比），一旦出現故障，可能需要進行較復雜的故障定位。

由式（24）和式（25）可知，分散式動態功率分配策略顯著延長了系統的平均無故障時間。因此，本文所提策略極大地提升了系統的供電可靠性。需要說明的是，當FC供電單元因故障失效時，盡管BAT和SC供電單元仍能正常運行，可確保關鍵負荷的供電，但是系統無法長時間運行。此時，應盡快更換或維修FC供電單元。

2 系統設計

2.1 虛擬阻抗參數設計

綜合考慮各供電單元的動態特性和系統的體積質量設計需求，結合文獻[14]所提的容量優化配置算法及相關工程案例[21]，功率分配的下邊界頻率l和上邊界頻率h分別設置為1=0.05Hz和h=1Hz。需要說明的是，功率分配的上、下邊界頻率可根據實際優化目標的不同而調整。

為使負荷功率按設定頻段分配給各供電單元，式（7）中低通濾波器fc()和高通濾波器sc()的截止頻率應分別設計為l=2pl和h=2ph，即滿足

在能量回饋過程，為確保系統的功率分配性能保持不變，式（11）中低通濾波器b()的截止頻率應滿足bs=h=2ph。

由式（11）和式（13）可知，若FC供電單元因故障而退出系統，SC供電單元除了緩沖所有的高頻負荷功率，還將提供部分低頻負荷功率。為保證低頻負荷功率主要由BAT供電單元提供，參數b、sc、b、sc應滿足scb≥9bsc。

為保證直流母線電壓始終處于設定范圍，滿足相應的電氣標準，參數b、b還應滿足

式中，bus_min和bus_max分別為直流母線電壓的下限和上限；ob_nom為BAT供電單元的額定電流；rc_max為系統的最大回饋電流。

結合上述條件，通過選取合適的fc和b，確保當BAT或SC供電單元因故障而失效時，式（14）和式（17）中低通濾波器fc()和fc()截止頻率的變化量應盡可能小，以消除供電單元故障對系統功率分配性能的影響，從而確定fc、b、sc、sc和sc的取值。針對本文所采用的200W FC-BAT-SC HPSS實驗平臺，選取的虛擬阻抗系統參數見表2。

表2 系統參數

（續）

當BAT和SC處于充電/放電模式時，為使其恢復至正常模式，需以合適的電流對其進行充/放電。針對本文所采用的實驗平臺，綜合考慮FC的輸出限制及BAT和SC的充放電限制，為簡單起見，BAT和SC供電單元的充/放電電流均設置為0.44A（即充/放電功率設為20W）。結合式（8）～式（10）、式（16）和式（19），設計BAT和SC供電單元的電壓增量Db和Dsc分別為0.13V和1.18V。

2.2 供電單元等效輸出阻抗設計

根據圖1及端口變換器的小信號模型[5, 23-24]可推導出，各供電單元的實際輸出阻抗為

式中，ox()為供電單元的實際輸出阻抗；S()為供電單元實際輸出阻抗的塑形傳遞函數；fc0～fc3、fc0～fc4、b0～b4、b0～b4、sc0～sc5、sc0～sc4如附錄式（A16）～式（A45）所示。

結合圖1所示的電路關系，可推導出負荷電流分配至FC、BAT和SC供電單元實際引入的濾波器分別為

圖5 負荷電流在供電單元間的實際分配關系

3 實驗驗證

為驗證所提分散式動態功率分配方法的有效性，搭建了如圖6所示的FC-BAT-SC HPSS實驗平臺，額定功率為200W，系統參數詳見表2。FC的額定功率220W，額定電壓24V；BAT組由2節12V-5A·h的單體鉛酸電池串聯而成，額定電壓為24V；SC組由12個2.7V-350F的單體SC串聯組成，額定電壓為32.4V，額定電容為29.17F；MEA負荷特性使用可編程直流負載來模擬；DC-DC變換器開關頻率為200kHz，采用基于STM32G474的數字控制器。

圖6 FC-BAT-SC HPSS實驗平臺

3.1 恒功率負荷測試

當BAT和SC均處于正常模式時，圖7為系統帶恒功率負荷的實驗結果，圖中，b和sc分別為BAT和SC組的端電壓，load為負荷功率，ofc、ob和osc分別為FC、BAT和SC供電單元的輸出功率。從圖7中可以看出，直流母線電壓始終處于設定范圍內，其穩態值可維持在標稱值45V。當負荷功率階躍跳變時，FC供電單元緩慢響應負荷功率變化，僅提供低頻負荷功率；SC和BAT供電單元均快速響應負荷功率突變，分別提供高頻負荷功率和中頻負荷功率。此外，系統在整個運行過程中始終保持穩定。因此，所提策略不僅實現了直流母線電壓調節、動態功率優化分配等控制目標，還能保證系統穩定運行。

圖7 系統帶恒功率負荷的實驗結果

3.2 脈動負荷測試

圖8為系統帶脈動負荷的仿真結果。從圖8中可以看出，直流母線電壓始終處于設定范圍內，且其穩態值可維持在標稱值45V。當BAT和SC均處于正常模式時，FC供電單元僅提供低頻負荷功率，BAT供電單元只提供中頻負荷功率，SC供電單元則緩沖全部的高頻負荷功率。在能量回饋過程，BAT和SC供電單元分別吸收了負荷回饋功率的低頻分量和高頻分量，實現了再生能量回收。

圖8 系統帶脈動負荷的仿真結果

當BAT和SC均處于正常模式時，圖9為系統帶脈動負荷的實驗結果。從圖9中可以看出，盡管負荷功率不斷變化，但直流母線電壓始終處于設定范圍內，且其穩態值可維持在標稱值45V。當所有供電單元均正常運行時，FC供電單元僅提供低頻負荷功率，BAT供電單元提供中頻負荷功率，SC供電單元則緩沖所有的高頻負荷功率。如圖9a所示，在時刻從系統中切斷FC供電單元，由式（12）可知，功率分配的上邊界頻率保持不變，BAT供電單元緩慢響應，僅提供低頻負荷功率；SC供電單元立即響應，除了緩沖所有的高頻負荷功率，還提供少量的低頻負荷功率，其可忽略不計。類似地，在時刻從系統中切斷BAT或SC供電單元，由式（15）或式（18）可知，功率分配的下邊界頻率由0.05Hz變為0.24Hz或0.054Hz，其仍小于FC的動態響應速度，故切斷BAT或SC供電單元對系統功率分配性能的影響可以忽略。在此情況下，FC供電單元仍只需提供低頻負荷功率，而SC或BAT供電單元緩沖全部的高頻負荷功率，如圖9b或圖9c所示。因此，任一供電單元因故障而失效時，所提策略無需獲取故障信息就能立即調整動態功率分配方式，從而實現負荷功率在正常運行供電單元間的優化分配，這極大地提升了系統的可靠性。此外，在整個運行過程中系統始終是穩定的。

圖9 系統帶脈動負荷的實驗結果

3.3 阻性負荷測試

圖10為系統帶阻性負荷的實驗結果，圖中，Dofc為FC供電單元額外提供的功率，Dob_c和Dosc_c分別為BAT和SC供電單元的充電功率。從圖10中可以看出，當BAT或SC處于充電模式時，直流母線電壓維持在標稱值45V，FC供電單元除了提供負荷所需的穩態功率外，還額外提供大小為20W的充電功率為BAT或SC進行充電，以使其SOC恢復至預設值，從而確保儲能單元長時間運行在正常模式。為避免儲能供電單元在充電模式和正常模式間頻繁切換，BAT和SC SOC的預設值分別設置為40.15%和43.5%，其值可根據實際需求進行調整。因此，儲能單元SOC調節方法的有效性得到了驗證。

圖10 BAT或SC處于充電模式的實驗結果

4 結論

針對FC-BAT-SC HPSS，本文提出了一種高可靠的分散式動態功率分配策略。實驗結果表明，不論系統處于健康狀態還是部分失效狀態，在不使用中央控制器或通信網絡的條件下，所提策略即可同時實現直流母線電壓調節、動態功率分配、BAT和SC SOC調節及再生能量回收等控制目標。以這種方式，極易實現供電單元的模塊化和冗余設計，增強系統的可擴展性，提高系統的可靠性，可滿足未來MEA分布式供電對電力系統提出的高效、長壽命、多樣化、宜擴展、強容錯等高要求。

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A Highly Reliable Power Allocation Technology for the Fuel Cell-Battery-Supercapacitor Hybrid Power Supply System of a More Electric Aircraft

11,213

（1. School of Automation Chongqing University Chongqing 400044 China 2. State Key Laboratory of Power Transmission Equipment & System Security and New Technology Chongqing University Chongqing 400044 China 3. Department of Electrical Engineering College of Automation Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Nanjing 211106 China）

As a key index to evaluate the performance of power system of more electric aircraft (MEA), power supply reliability is closely related to flight safety. The power allocation methods of fuel cell-battery-supercapacitor hybrid power supply system for MEA have disadvantages of relatively high cost, low reliability and poor flexibility. Therefore, this paper proposes a highly reliable decentralized dynamic power allocation strategy based on the modified mixed droop control method. It can simultaneously achieve the optimized load power allocation among power supply units, state-of-charge regulation of energy storage units and regenerative energy recycling. If one power supply unit is disconnected from the system due to malfunction, the proposed strategy can still realize dynamic power allocation among other power supply units to ensure the normal power supply of critical loads. Experiments verify the effectiveness and feasibility of the proposed strategy.

More electric aircraft, fuel cell, hybrid power supply system, reliability, dynamic power allocation

TM921

10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.210347

國家自然科學基金面上項目（51877019）和臺達電力電子科教發展計劃（DREG2020004）資助。

2021-03-15

2021-06-13

宋清超 男，1993年生，博士研究生，研究方向為多源混合供電系統的先進控制、能量管理與穩定性分析等。

E-mail: qingchaosong@cqu.edu.cn

陳家偉 男，1986年生，教授，博士生導師，研究方向為電氣化交通技術、新能源發電與微電網技術等。

E-mail: echenjw@cqu.edu.cn（通信作者）

（編輯 陳 誠）