目前的飞机外部供电通常采用单独式供电结构,各供电端之间相互影响小,但是存在静变电源数量多、整体设备体积重量大、管理和维护困难、成本高以及设备使用率低等缺点。本文提出一种基于400Hz电力系统和电力电子技术的集中式飞机外部供电结构,该供电结构可使机场供电系统的总容量大幅降低,显著提升供电系统的性价比和便捷灵活性。集中式供电结构采用集中式飞机外部静变电源进行频率变换,将电能通过公共交流母线传输至各供电点,经供电端电压校正,最终提供满足飞机外部电源供电要求的电能。400Hz电力系统可满足整个机场的供电距离和功率等级要求,是一种高性价比的集中式飞机外部供电方案。本文对该供电结构中的关键技术进行研究,研究内容包括:系统构成及参数分析、供电端电能质量控制、大功率静变电源技术、系统仿真及模拟演示验证等。在系统构成及参数分析部分首先对基于400Hz电力系统的飞机外部供电系统架构进行了分析,包括400Hz电站、400Hz配电网和400Hz供电端三部分的设计和功能分配;其次,根据设计指标并结合现有公共配电网电压等级确定了配电网的电压等级;然后通过分析电力系统和负载的等值电路以及负载分布状况后提出了几种配电网布线方案;最后,基于配电网的潮流计算,确定电网运行数据,并通过对比分析进行配电方案的选择优化。以上海浦东国际机场1号航站楼的飞机外部供电为例,对所提集中式供电方案进行了参数设计和分析,运用电力系统仿真软件对方案进行仿真,初步验证了基于400Hz电力系统集中式供电方案的可行性。飞机端对外部电源品质有较高的要求,而基于400Hz电力系统的外部保障电源方案存在电缆压降和负载工作时的相互影响问题。在供电端电能质量控制研究部分主要针对供电端电压幅值校正和负载短路故障隔离提出了一种兼顾短路故障隔离功能的动态电压校正装置。对电压校正装置的拓扑选取与工作原理进行了分析,对电压暂升与暂降的校正范围进行了研究,对主电路参数以及闭环控制参数进行了设计。建立了动态电压校正装置的仿真模型并搭建了3kVA容量的实验样机。该装置具有额定范围内电压跌落和电压抬升的持续校正能力,同时具备负载侧的瞬间短路故障隔离能力,补偿电压波形的质量较高,装置体积重量较小,适用于集中式飞机外部供电系统的供电端。在输入电压范围内针对不同负载类型、负载突加突卸和负载短路情况进行的仿真和实验研究结果验证了理论分析的正确性。大功率400Hz电能变换设备是400Hz电力系统的基础,高效率和高可靠性大功率静变电源技术是400Hz电力系统的关键技术之一。针对400Hz电站应用场合提出了一种适用于大功率场合的低频率调制比逆变方案,该方案采用混合非对称级联型的拓扑和移相与特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)相结合的调制策略。该方案在低频率调制比的控制方式下具有优越的输出电压低次谐波消除能力,是一种简洁且高效率的中压大功率三相变流器解决方案。在此基础上,对模块化结构变流器的调制方式进行了进一步的研究,提出了一种结合脉冲宽度调制、脉冲相位调制和脉冲幅度调制的多变量组合调制方案。多变量组合调制方案在低频率调制比下有优越的低次谐波消除和输出调节能力,可适用于多种典型的多模块级联型逆变器拓扑。对比仿真和实验验证表明了理论分析的正确性,验证了基于多变量组合控制的混合级联逆变器方案具有较好的低次谐波消除效果。基于上述对400Hz电力系统及其关键技术的研究基础上,对集中式飞机外部供电方案进行了原理性仿真和试验。以上海浦东国际机场1号航站楼为实例,设计了简化的400Hz电力系统试验平台,通过系统模拟试验初步验证了基于400Hz电力系统的集中式飞机外部供电方案的可行性。本文研究工作表明,400Hz电力系统相对于单独式供电系统具有设备使用率高、建设和维护成本低、系统体积重量小以及供电简便灵活等优势,在未来机场400Hz电源领域具有很好的应用前景。本文的研究内容主要基于电力电子技术,并结合电力系统的相关理论,为解决400Hz电力系统的关键问题提供理论依据和技术方案,为其应用于飞机外部供电保障奠定基础。