。这一变革旨在从根本上改变传统飞机依赖液压、气压和机械等多元二次能源系统的架构，转而利用电能作为统一或主要的二次能源形式，驱动机上各类作动、环控、防冰等关键子系统。传统飞机能源架构复杂，存在能量多次转换效率低、系统重量大、维护繁琐等问题。多电飞机通过最大限度地用电气系统取代非电气系统，明显提升了能源的综合利用效率。具体而言，电气系统具有更高的能量传输效率、更灵活的功率分配能力及更简化的维护界面。例如，用电作动器替代传统的液压作动器，不仅消除了液压油泄漏的风险和沉重的液压管路，还能实现更精确的控制和更快的响应。全电飞机则是在多电飞机基础上的进一步演进，其目标是将飞机上的所有二次能源乃至推进能源（一次能源）完全统一为电能，这代表着航空电气化的终极愿景，如使用电动机驱动螺旋桨或风扇的电动/混合电推进概念。
推动多电/全电技术发展的驱动力是多方面的。首先，经济性驱动：航空公司对降低燃油消耗和经营成本有持续追求。多电飞机通过优化能量转换链、减轻系统重量，直接提升了燃油经济性。其次，环保需求：国际航空业面临日益严峻的碳排放限制，提高能源效率是减少污染排放的直接途径。第三，性能与可靠性提升：电气系统在控制精度、响应速度和冗余设计方面具有先天优势，能够提升飞机的操控性能和任务可靠性。第四，维护性改善：电气系统部件通常具有更长的寿命周期和更便捷的健康监测能力，可简化地面维护流程，降低全生命周期成本。
目前，多电技术已从概念走向成熟应用，并在多个先进航空平台上得到验证。例如，空中客车A380首次大规模采用了电力作动的襟翼和防冰系统；波音B787“梦幻客机”更进一步，其环境控制管理系统、客舱增压、液压泵等主要子系统均由电力驱动，并创新性地采用了以230V变频交流为主、融合高压直流分配的混合供电架构，被誉为“多电飞机的标杆”。在军用领域，洛克希德·马丁公司的F-35“闪电II”联合攻击战斗机是全面应用多电技术的典范，它采用了270V高压直流供电系统，直接驱动雷达、飞控电作动器等高功率负载，明显提升了作战效能和保障性。这些成功案例充分证明了多电飞机技术的优越性、可行性与巨大潜力，也为下一代航空供电系统——特别是高压直流并联供电系统——的研究与应用奠定了坚实的工程实践基础。随着电动垂直起降飞行器、混合电推进支线客机等新概念航空器的兴起，对高功率密度、高可靠性、高容错供电系统的需求愈发迫切，使得高压直流并联供电技术的研究成为当前航空电气工程领域的前沿与热点。
飞机高压直流供电系统通常指以270V或±270V（总压540V）直流电压作为主配电电压的机载电气系统。它是在低压直流（28V）和恒频交流（115V/400Hz）系统成熟应用后，为满足多电飞机日渐增长的功率需求而发展起来的新一代供电体制。其基础原理是，由发动机直接或通过变速机构驱动高压直流发电机（或通过整流器将交流发电机输出转换为直流），产生稳定的270V直流电，并通过直流汇流条直接或经过二次电源变换后为各类负载供电。
相比传统供电体制，高压直流系统具备一系列突出优势：1) 容量大、重量轻：更高的电压等级意味着在传输相同功率时电流更小，从而明显降低线缆重量和线路损耗。同时，系统无需笨重的恒速传动装置（CSD）或复杂的变频器，发电机可工作于更宽的转速范围以优化功率密度。2) 效率高、散热好：减少了交直流转换环节，采用集中式高效整流，热管理更为简便，易于与发动机热管理系统集成。3) 供电品质优：直流供电无频率和相位问题，彻底规避了交流系统的趋肤效应和线路电抗压降，使得远端负载也能获得稳定的电压，提升了全机供电一致性。4) 兼容性强、安全性高：更适应现代航电设备和高功率直流负载（如电作动器、激光武器）的需求。较高的电压降低了触电风险，且电磁辐射易于屏蔽。5) 易于实现并联：这是其核心优势之一。直流电源并联只需关注电压匹配，无需考虑交流并联中复杂的频率、相位和相序同步问题，极大简化了并联控制逻辑。
高压直流供电技术已历经数十年的发展，并在先进军机上率先得到成功应用。F-22“猛禽”战斗机开创了现代军机使用270V高压直流系统的先河，采用两立非并联的65kW发电机提供高可靠性供电。F-35战斗机则在此基础上更进一步，使用了一台双通道输出的80kW起动/发电机，并将高压直流电直接用于驱动电液作动器，充足表现了多电与高压直流的结合优势。在民用领域，波音B787虽然主架构为230V变频交流，但其近一半的功率通过自耦变压整流器转换为270V高压直流进行分配，用于驱动液压泵、冷却风扇等高功率负载，这一设计验证了高压直流在大型民用飞机上的可行性和经济性。
并联供电并非新概念，其目的是扩充电网容量、提高供电可靠性和实现不间断供电。早在20世纪40-50年代，低压直流并联系统和400Hz恒频交流并联系统的研究就已展开。例如，GE公司成功实现了基于炭片调压器的低压直流发电机并联和电流均衡控制。波音B747-400飞机则采用了灵活的四台交流发电机分裂并联/独立运行架构，明显提升了系统可靠性。然而，低压直流系统受限于电压等级，容量提升困难；恒频交流并联需要精密的调速和调相装置，系统复杂；变频交流系统则因频率不固定，基本没办法实现并联。这些传统并联系统的经验和教训为高压直流并联系统的研究提供了重要的技术参照，尤其是系统架构设计、故障分析与保护逻辑等方面。
高压直流并联供电系统，是指将两台或多台高压直流发电机（或其电力电子变换器输出端）连接至同一套高压直流汇流条上，共同为负载供电的系统。它能充分的发挥多发动机/多发电机布局的优势：1) 容量扩展：突破单台发电机功率上限，满足激光武器、定向能系统等未来高能脉冲负载的需求。2) 容错与不中断供电：一台发电机故障时，可无缝退出，由其余发电机承担全部关键负载，保证任务连续性。3) 优化运行与维护：可根据飞行阶段负载需求，灵活调整在线发电机数量，使各机组工作在高效区间，延长寿命，并便于地面维护时的测试与切换。4) 改善动态性能与稳定性：并联系统等效源阻抗降低，对负载变化的响应更快，抑制母线电压扰动的能力更强。
然而，从单通道到多通道并联，系统复杂性呈指数级增加，带来一系列全新挑战：1) 精确均流控制：如何确保各并联电源按其额定容量比例精确分担负载电流，避免个别电源过载。2) 复杂故障模式：并联点有几率发生短路等故障，故障电流通路复杂，对保护的选择性、速动性提出极高要求。3) 系统稳定性分析：多个电力电子变换器通过直流母线耦合，在恒功率负载等非线性因素影响下，可能引发难以用传统方法分析的振荡失稳问题。4) 协同控制与能量管理：投入、退出并联的动态过程控制，以及再生制动能量回馈等多源多负载场景下的综合能量调度策略。正是这些尚未完全解决的关键技术问题，制约了高压直流并联供电系统在现役型号上的大规模应用，使其成为当前学术与工业界集中攻关的焦点。
系统架构是并联供电的物理基础。典型架构包括集中式并联和分布式并联。集中式并联将所有发电机输出直接连接到主汇流条，结构相对比较简单，但单点故障影响大。分布式并联则可能通过多个区域配电中心或电力电子变换器实现互联，可靠性高，但控制复杂。对于飞机而言，还需考虑与发动机布局、应急电源（APU、RAT）、蓄电池储能系统的集成方式。例如，采用“分裂汇流条”架构，正常时多个区域并联运行，故障时能迅速隔离，兼顾容量与可靠性。架构设计需考虑重量、可靠性、可维护性及控制实现的难易度，并进行详细的负载流分析和故障模式影响分析。
均流控制是并联系统的核心控制问题，目标是实现各电源单元间的负载电流按容量自动均衡分配。主要方法有：1) 下垂控制法：人为使电源输出电压随输出电流增大而略有下降（引入负斜率的外特性）。该方法无需互联通信线，自主性强，可靠性高，是实现冗余并联的常用方法。但稳态均流精度与电压调节精度存在矛盾，需精心设计下垂系数。2) 主从控制法：指定一台为主单元，负责电压调节；其余为从单元，控制输出电流跟踪主单元电流或按给定比例分配。该方法精度高，动态响应好，但主单元故障会导致系统崩溃，可靠性是瓶颈。3) 平均电流自动均流法：通过一条共享的均流总线传递各模块的电流信息，各模块以此平均值为基准调整自身输出，实现均流。这是下垂与主从控制的折中，有一定冗余性，精度较高。4) 基于现代控制理论的均流法：如利用自适应控制、滑模变结构控制、分布式协同控制等，旨在提高系统的鲁棒性和动态性能。对于飞机高压直流系统，需要在均流精度、动态响应、通信可靠性、实现复杂度之间取得最佳平衡，且控制策略必须能适应从空载到满载、从稳态到突加突卸负载的整个飞行包线 故障模式分析与保护策略
并联系统故障模式极其复杂，包括发电机内部故障、功率变换器故障、馈线短路断路故障等。特别是直流侧短路故障，电流上升率极高，且故障电流由所有并联电源共同提供，使得传统的基于过流延时的保护方法可能失效。因此，需要研究：利用电流方向、电流微分、广域信息等实现故障区域的快速精准定位与隔离。固态功率控制器、限流断路器等新型器件是关键。
在非致命故障下，系统应能经过控制策略调整（如改变均流模式、隔离故障单元）继续维持供电，即具备一定的“故障穿越”能力。故障排除后，系统能自动或半自动重构回到正常状态运行。3) 多级协同保护逻辑：构建从器件级、单元级到系统级的层层递进、相互协调的保护体系，确保在任何单一或复合故障下，系统都能最大限度地保障关键负载供电。
3.4 稳定性分析稳定性是并联系统安全运作的基石。由于系统由多个含控制环的电力电子变换器与负阻抗特性的恒功率负载构成，易引发低频振荡、中频谐振等小信号稳定性问题。传统基于阻抗比的稳定性判据（如Middlebrook判据、阻抗比奈奎斯特判据）在分析多源多负载系统时面临挑战。当前研究热点包括：1) 多输入多输出系统建模：建立包含所有并联单元控制交互的全局状态空间模型或阻抗模型。
研究适用于多源系统的广义阻抗比判据或基于特征值/特征向量的分析方法。3) 稳定性增强控制：在均流控制或母线电压控制中引入有源阻尼策略，虚拟增加系统阻尼，抑制振荡。稳定性分析必须覆盖所有可能的运行工况和参数变化范围，确保系统在全飞行剖面内绝对稳定。
3.5 能量回馈与能量综合管理多电飞机上的电作动器在刹车、操纵面反向运动时会产生再生制动能量，回馈至直流母线。并联系统为吸收回馈能量提供了更大容量的“电网”。需研究：1) 回馈能量协调吸收策略：如何在各并联发电机和储能装置（如蓄电池、超级电容）间合理分配回馈能量，避免母线) 综合能量管理策略：
为探索高压直流并联供电系统的可行方案并提供实验验证，本文提出并研究了一种基于电励磁双凸极无刷直流发电机的新型并联供电系统。双凸极电机结构相对比较简单坚固、转子为凸极齿状无绕组，容错能力强，很适合高速、高可靠性航空应用。
系统由两台或多立的三相电励磁双凸极发电机、配套的不可控整流桥或可控整流器、直流母线及负载构成
。每台发电机自带独立的电压调节器，通过调节励磁电流来稳定其整流后的直流输出电压。并联运行时，各发电机的直流输出端直接连接至公共的270V直流母线。其并联的物理基础在于直流电压的匹配性。与永磁电机相比，电励磁双凸极电机经过控制励磁，可灵活调节输出电压，更易于实现并联初期的电压同步以及运行中的功率分配调节。
“平均值均流法”。系统不设固定的主从单元，每台发电机的数字控制器通过一条低带宽通信总线交换各自的输出电流信息。控制器计算出所有并联单元电流的平均值，并将自身电流与该平均值比较，产生的误差信号经过PI调节器后，叠加到原有的电压调节环（励磁控制环）的给定值上。若某台发电机电流低于平均值，其电压给定会微幅上调，促使它增加出力；反之则微幅下调，减少出力。通过这一分布式控制逻辑，各发电机自主调整，最终收敛到输出电流一致的状态。该方法结合了自主性与协调性，在通信短暂中断时，系统可自动切换到近似下垂模式运行，提高了鲁棒性。
某研究机构通过搭建两台15kW级双凸极发电机的270V高压直流并联实验平台。得出的实验结果表明：
采用平均值均流控制，在总负载从5kW到25kW变化时，两台发电机的均流误差可长期稳定在额定电流的±3%以内，母线V的范围内，满足航空标准要求。
3) 并联投切过程：待并发电机通过预同步控制将其空载输出电压调整到与母线V后，可控开关闭合投入并联。投入瞬间冲击电流被限制在较低水平（小于该发电机额定电流的20%）
多电/全电飞机代表着航空技术的未来，而高压直流并联供电系统则是支撑这一未来的关键使能技术之一。尽管已在原理验证和关键技术探索上取得重要进展，但要实现其在下一代大型客机、军用运输机或混合电推进飞行器上的成熟应用，仍面临诸多挑战与发展机遇。
2) 高可靠性智能容错控制：发展基于AI或深度强化学习的智能容错控制策略，使并联系统不仅能耐受故障，更能预测和自适应应对潜在风险，实现“自愈”供电。3) 宽禁带半导体器件的深度应用：
5) 标准化与适航认证：推动高压直流并联系统的接口、协议、测试方法的标准化，并建立与之相适应的适航符合性方法与验证体系，这是技术走向应用的必经之路。总之，高压直流并联供电系统以其固有的容量扩展、可靠性提升和兼容性优势，必将成为未来多电/全电飞机，特别是大型平台和特种任务飞机的首选供电方案。通过持续深化在系统架构、协同控制、稳定机理、故障防护和能量管理等关键技术上的研究，并紧密结合新型电机、新材料和新器件的发展，我们有望在不久的将来突破现有瓶颈，使这一先进供电技术真正翱翔蓝天，为绿色、高效、智能的新一代航空器提供强大的“心脏”和“血管”。&注：此文章内使用的图片来源于公开网络获取，仅供参考使用，如侵权可联系我们删除，如需进一步了解公司产品及商务合作，请与我们联系！！
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