模块化设备中心分布式独立保护的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本文所呈现的实施方式的领域致力于模块化运载工具架构，并且更具体地，致力于分布式电力和数据飞机架构内的电子保护。
[0002]大多数商用飞机具有用于收容电力和通信设备的一个或更多个集中式设备舱。电力和数据从集中式设备舱遍布整个飞机以控制飞机内的所有功能。集中式设备舱跨越飞机中的一个或更多个段间隙彼此移动。通常，一个集中式设备舱在飞机的前部段中，而另一集中式设备舱在飞机的尾部段中。
[0003]由主推进发动机驱动的发电机为飞机产生三相初级电力。初级电力被首先路由到尾部设备舱，然后通过飞机路由到前部设备舱。初级电力然后被集中配置以便遍及飞机的其余部分以为各种设备负载服务。设备舱内的集中式母线电力控制单元控制遍及飞机的所有电力功能。在集中式转换之后，次级电力被路由到远程电力分配单元以为遍及飞机的设备负载服务或者直接路由到设备负载。
[0004]飞机的所有功能依赖于集中式电力和通信设备。如果来自集中式设备舱的电力或数据被服务，则接收设备进入机组人员变得难以确定对应系统的状态的备用状态。并且，通信网络的骨干因为在峰值时间期间到和来自集中式通信设备的高带宽需求而必定过大。
[0005]复合飞机没有铝底架来用作返回电流路径或网络。因此，必须添加线的复杂网络以为所有电路提供电流返回路径，或者必须为各个设备负载添加专用回线。例如，如标题为CURRENT RETURN NETWORK的美国专利N0.8,031,458所描述的，必须添加沿着复合飞机的长度纵向地以及跨越复合飞机的宽度横向地延伸的导电布线。这个解决方案向复合飞机添加成本、制造和维护复杂性、增加的电压降以及不希望的重量。因此，通过使布线最小化来减少复合飞机的重量的尝试已受到对于增加的雷击保护组件的需要及其它原因阻碍。
[0006]传统飞机的铝底架(例如，组成框架或表层或其组合的组件)以及该飞机的任何其它导电金属结构被系在一起，以形成用于将电压基准点返回到源分配接地点的电流返回网络。该电流返回网络还提供雷击保护以及个人安全保护路径。然而，在底架可以由绝缘材料形成的复合飞机中，线从发电机到前部和尾部设备舱、到远程电力分配单元以及它们服务的设备负载、并且经由电流返回网络回到前部设备舱的路由创建大线回路。在复合飞机中，这个长线回路可能在在特定条件下对飞机的雷击期间引发大电流。为了解决这个担心，可以屏蔽线回路，但是这个大线回路及其屏蔽将在飞机中不合期望地引入大量的重量。
[0007]商用飞机可以用然后连接在一起以组装完整飞机的单独段制造。飞机中的各种系统可以具有跨越多个段分布的组件。在这些段被最终组装在一起之前，段中的许多组件被安装和测试以确认它们被正确地组装。因此，为了测试和验证段，必须模仿尚不存在于构建序列中的系统的各部分。一旦已经测试了段装置，就能够执行形成飞机的段的最终组装，这将由于有限的可达性而使对在此阶段之后找到的错误的修补变得更难以校正。
[0008]在现今的飞机中，最终组装是这种费时过程的原因之一是因为相邻段之间的大量的初级和次级电力连接以及大量的数据连接。能够以更快速率构建飞机，并且能够通过在构建循环中较早地在功能上测试系统从而消除模仿位于飞机的其它部分中的某个设备的需要、减少跨越段间隙的连接的数量、消除集成面板并且通过使飞机布线的重量和复杂性最小化来更迅速地满足完成飞机的订单。
[0009]关于这些和其它考虑事项在本文中呈现本公开。
【发明内容】
[0010]应该了解，本
【发明内容】
被提供来以简化的形式引入在下面在【具体实施方式】中进一步描述的构思的选择。本
【发明内容】
不旨在被用来限制所要求保护的主题的范围。
[0011]根据本文所公开的一个实施方式，提供了一种用于为运载工具中的电气系统提供分布式电气保护的系统。所述系统包括空间上遍布所述运载工具的模块化设备中心(MEC)。所述系统还包括在各个MEC内用于通过监测并控制所述飞机的电气系统来实现保护功能的电力控制器。所述电力控制器中的一个或更多个被配置为实现局部保护功能并执行独立故障评估。所述运载工具内的一个或更多个其它电力控制器被配置为执行协调故障评估。所述运载工具内的多个电力控制器可以在没有来自其它MEC的通信的情况下基本上同时实现多个保护动作。
[0012]根据本文所公开的另一实施方式，提供了一种为运载工具的电气系统提供分布式保护和控制架构的方法。所述方法包括以下步骤:遍及所述运载工具空间上分布MEC;将初级电力从电源分配给所述MEC中的每一个;将次级电力从各个MEC分配给最接近各个MEC的设备负载;提供集成保护芯片组(IPC)，其中各个IPC提供电子保护功能;执行在各个MEC处从所述电源接收初级电力的高功率级保护；以及独立地执行从各个MEC向与各个MEC关联的所述设备负载分配次级电力的低功率级保护。
[0013]根据本文所公开的又一实施方式，提供了一种用于提供运载工具中的电气系统的分布式保护的系统。所述系统包括空间上遍布所述运载工具的MEC。一个或更多个电源向所述MEC提供初级电力，并且一个或更多个设备负载由所述MEC中的每一个服务。所述系统还包括用于监测并控制所述飞机内的电气系统的IPC。所述IPC被配置为实现多个保护功能，并且所述IPC中的一个或更多个被配置为进行独立故障评估。
[0014]此外，本公开包括根据以下条款的实施方式:
[0015]条款1.一种用于为运载工具中的电气系统提供分布式保护的系统，该系统包括:
[0016]多个模块化设备中心(MEC)，所述多个MEC空间上遍布所述运载工具；以及
[0017]多个电力控制器，所述多个电力控制器用于通过监测并控制所述运载工具内的电气系统来实现保护功能，各个MEC内的所述电力控制器中的一个或更多个被配置为实现局部保护功能并执行独立故障评估，并且所述运载工具内的一个或更多个其它电力控制器被配置为执行协调故障评估，其中，所述多个电力控制器在所述运载工具内基本上同时实现保护动作。
[0018]条款2.根据条款I所述的系统，其中，各个MEC包括被配置用于执行在各个MEC处接收初级电力的高功率级保护的所述电力控制器中的至少一个以及被配置用于执行从各个MEC分配次级电力的低功率级保护的至少一个电力控制器。
[0019]条款3.根据条款I所述的系统，其中，各个MEC还包括被配置用于执行从另一MEC接收初级电力的高功率级保护的至少一个电力控制器。
[0020]条款4.根据条款I所述的系统，其中，在各个MEC内被配置为实现局部保护功能并执行独立故障评估的所述电力控制器中的一个或更多个独立于向所述MEC中的一个或更多个提供电力的电源的电力控制器而实现保护功能。
[0021]条款5.根据条款I所述的系统，其中，所述保护功能包括以下项的组中的至少一个:差动保护、接地故障保护、过电压保护、过电流保护、欠电流保护、不平衡电流保护、开相保护、电晕故障检测、过温保护以及电弧故障检测。
[0022]条款6.根据条款I所述的系统，其中，所述保护功能包括电压感测、电流感测、电流传递、电压RMS/相位功能性以及阻抗评估或其组合。
[0023]条款7.根据条款I所述的系统，其中，在各个MEC内被配置为实现局部保护功能并执行独立故障评估的所述电力控制器中的一个或更多个不与其它MEC通信，以使得能实现故障清除以及制定校正动作的处理。
[0024]条款8.根据条款I所述的系统，该系统还包括包含电力控制器的发电机控制器，并且其中，所述发电机控制器的电力控制器被配置为连同一个或更多个MEC的一个或更多个电力控制器一起执彳丁协调故障评估。
[0025]条款9.根据条款I所述的系统，其中，所述多个电力控制器的电力控制器中的每一个是集成保护芯片组(IPC)。
[0026]条款10.根据条款9所述的系统，其中，专用IPC被嵌入在MEC的多个接触器中的每一个上。
[0027]条款11.根据条款9所述的系统，其中，跨越在MEC的多个接触器复用IPC。
[0028]条款12.根据条款I所述的系统，其中，一个或更多个IPC被实现在至少一个MEC的电力分配模块中。
[0029]条款13.根据条款I所述的系统，其中，一个或更多个IPC被实现在至少一个MEC的初级电力开关网络装置中。
[0030]条款14.一种用于为运载工具的电气系统提供分布式保护和控制架构的方法，该方法包括以下步骤:
[0031 ]遍及所述运载工具空间上分布多个模块化设备中心(MEC);
[0032]将初级电力从电源分配给所述MEC中的每一个；
[0033]将次级电力从各个MEC分配给最接近各个MEC的设备负载；
[0034]提供多个集成保护芯片组(IPC)，其中各个IPC提供电子保护功能；
[0035]执行在各个MEC处从所述电源接收初级电力的高功率级保护；以及
[0036]独立地执行从各个MEC向与各个MEC关联的所述设备负载分配次级电力的低功率级保护。
[0037]条款15.根据条款14所述的方法，该方法还包括以下步骤:执行从另一MEC接收初级电力的高功率级保护。
[0038]条款16.根据条款15所述的方法，其中，执行从另一MEC接收初级电力的高功率级保护的步骤包括协调MEC之间的故障评估。
[0039]条款17.根据条款15所述的方法，其中，执行从另一MEC接收初级电力的高功率级保护的步骤包括实现MEC之间的差动保护。
[0040]条款18.根据条款14所述的方法，其中，执行在各个MEC处从所述电源接收初级电力的高功率级保护的步骤包括实现发电机与初级MEC之间的差动保护。
[0041]条款19.根据条款14所述的方法，该方法还包括以下步骤:跨越用于实现差动保护的所述多个MEC之间的一个或更多个通信信道以数字方式共享数据。
[0042]条款20.根据条款14所述的方法，其中，执行高功率级保护和低功率级保护的步骤各自由与各个相应的MEC关联的IPC执行。
[0043]条款21.根据条款14所述的方法，其中，独立于所述电源的电力控制器执行独立地执行低功率级保护的步骤。
[0044]条款22.根据条款14所述的方法，该方法还包括以下步骤:向一个或更多个其它MEC的一个或更多个IPC传送由一个MEC的一个IPC实现的保护功能的状态。
[0045]条款23.根据条款14所述的方法，该方法还包括以下步骤:一个IPC使故障隔离；向一个或更多个其它IPC传送所述故障的隔离；以及响应于使所述一个IPC的故障隔离而扩展所述一个或更多个其它IPC的保护功能的区域。
[0046]条款24.根据条款14所述的方法，该方法还包括以下步骤:提供与一个或更多个IPC关联的保护的区域；以及在所述区域内检测到电流失配时，扩展所述区域以包括一个或更多个其它IPC来使故障隔离。
[0047]条款25.根据条款14所述的方法，该方法还包括以下步骤:提供与一个或更多个IPC关联的保护的区域；以及在所述区域内丢失电力时，扩展所述区域以包括一个或更多个其它IPC来执行保护功能。
[0048]条款26.根据条款14所述的方法，该方法还包括以下步骤:两个或更多个IPC的微处理器并行工作并且所述两个或更多个IPC中的每一个在本地独立地处理故障清除并制定校正动作。
[0049]条款27.根据条款14所述的方法，该方法还包括以下步骤:通过反射测量阻抗来确定到故障的距离。
[0050]条款28.—种用于提供运载工具中的电气系统的分布式保护的系统，该系统包括:[0051 ]多个模块化设备中心(MEC)，所述多个MEC空间上遍布所述运载工具；
[0052]一个或更多个电源，所述一个或更多个电源向所述MEC提供初级电力；
[0053]一个或更多个设备负载，所述一个或更多个设备负载由所述MEC中的每一个服务；以及
[0054]多个集成保护芯片组(IPC)，所述多个IPC用于监测并控制所述运载工具内的电气系统，各个IPC被配置为实现多个保护功能，并且所述多个IPC中的一个或更多个IPC被配置为进行独立故障评估。
[0055]条款29.根据条款28所述的系统，其中，一个或更多个MEC内的一个或更多个IPC限定保护区域。
[0056]条款30.根据条款29所述的系统，其中，到MEC中的全部或一部分的电力丢失并且所述区域被扩展为包括另一 MEC的一个或更多个附加IPC以执行保护功能。
[0057]条款31.根据条款28所述的系统，其中，MEC内的一个或更多个IPC基于从其它MEC提供的信息来各自进行它们自己的故障评估。
[0058]已经讨论的特征、功能和优点能够被独立地实现在本公开的各种实施方式中，或者可以被组合在仍然其它的实施方式中，能够参照以下描述和附图看到另外的细节。
【附图说明】
[0059]根据详细描述和附图，本文所呈现的实施方式将变得更被充分理解，其中:
[0060]图1例示了根据本文所公开的至少一个实施方式的具有其中设备负载由最近MEC服务的空间分布式模块化设备中心(MEC)的飞机的一个配置的顶视图，
[0061]图2例示了根据本文所公开的至少一个实施方式的每个飞机发动机的两个发电机相对于飞机的前部和尾部的分割，
[0062]图3例示了根据本文所公开的至少一个实施方式的连接至使电力总线网络通电的发电机的初级电力馈线的一个配置，
[0063]图4例示了根据本文所公开的至少一个实施方式的初级MEC和次级MEC的一个配置，
[0064]图5A-5F例示了根据本文所公开的至少一个实施方式的初级MEC、次级MEC和备用MEC的容错组合式初级和次级电力分配网络的一个配置，
[0065]图6例示了根据本文所公开的至少一个实施方式的飞机的前部段中的次级电力总线网络的一个配置，
[0066]图7例示了根据本文所公开的至少一个实施方式的用于为设备负载服务并且具有用于分布式计算功能以及双向数据在MEC之间的网关路由的计算和网络接口模块的MEC的一个配置，
[0067]图8例示了根据本文所公开的至少一个实施方式的在被段间隙分离的空间分布式MEC之间具有通信总线接口的数据网络结构的一个配置，
[0068]图9例示了根据本文所公开的至少一个实施方式的用于分布式计算功能以及双向数据的网关路由的计算和接口模块的一个配置，
[0069]图10A-10D例示了根据本文在所公开的至少一个实施方式的初级MEC相对于特定电力输入源和多个不同的电力输出端的高电压初级电力总线接口的各种配置，
[0070]图11例示了根据本文所公开的至少一个实施方式的具有与初级MEC—起使用的公共电力输入源和多个公共电力输出端的初级电力开关网络装置的公共结构和布局，
[0071]图12A至图12C例示了根据本文所公开的至少一个实施方式的与从发电机接收三相电力的初级MEC—起使用的初级电力开关网络装置的一个配置，
[0072]图13例示了根据本文所公开的至少一个实施方式的MEC的多层集成构架系统的分解立体图，
[0073]图14例示了根据本文所公开的至少一个实施方式的具有多个电力和通信传递层的初级MEC的一个配置，
[0074]图15通常例示了根据本文所公开的至少一个实施方式的从主发电机路由到多个变压器整流器单元(TRU)和自耦变压器单元(ATU)的三相初级电力导致零直流(DC)偏移电压的一个配置，
[0075]图16例示了根据本文所公开的至少一个实施方式的交流(AC)或DC电力利用双绞且屏蔽电导体对从TRU和ATU到设备负载的分配的一个配置，
[0076]图17例示了根据本文所公开的至少一个实施方式的飞机的底部内的MEC的集成构架系统的一个配置，
[0077]图18例示了根据本文所公开的一个实施方式的具有其中电力馈线与主发电机、辅助电力单元和MEC互连以便执行本地保护功能的集成保护芯片组(IPC)的一个配置，
[0078]图19例示了根据本文的至少一个实施方式的具有安装在MEC的接触器上的IPC的MEC的一个配置，以及
[0079]图20例示了根据本文所公开的至少一个实施方式的用于为运载工具的电气系统提供分布式保护和控制架构的例行程序的一个配置。
[0080]本公开所示的各个图示出了所呈现的实施方式的一个方面的变化，并且将详细地讨论仅差异。
【具体实施方式】
[0081]以下详细描述致力于具有模块化设备中心以增加运载工具系统冗余同时还按照使线重量和所需线连接的数量最小化以减少总运载工具重量和生产时间的这样一种方式遍及运载工具分布模块化设备中心(MEC)的运载工具。本发明容许许多不同形式的实施方式。不存在将本发明