一种容性大功率负载软启动减小电网冲击的方法及系统与流程

本发明属于航空电气系统领域，具体涉及一种容性大功率负载软启动减小电网冲击的方法及系统。

背景技术：

传统飞机由于电源容量较低(<300kva)，电压多为115vac和28vdc，容性负载小，冲击电流没有超出相应标准要求，所以传统配电系统中无针对大功率容性负载的限流措施。例如传统配电系统中的容性负载变压整流器，输出电压28vdc，容量8.4kw。其配电示意图如图1所示。大型多电飞机电源容量高达1000kva，电压高达230vac和540vdc，多电容性负载的数量和容量也有了很大的提高。例如，多电飞机的电能变换装置自耦变压整流器的容量可达150kw，输出电压±270vdc，压差高达540vdc。自耦变压整流器整流装置容量和输出电压等级的提高导致了后端滤波电容的增加。此类容性设备在启动过程中对配电网产生很高的冲击电流，造成配电网电能品质的骤降，降低电源和设备的寿命和性能，对多电飞机配电系统的可靠性造成影响。大功率容性负载接入配电系统时传统配电开关方式已经不能有效的限制高冲击电流，故提出一种基于容性大功率负载软启动减小多电飞机电网冲击的方法，在大容量电源变换装置样机等容性负载接入电网时可以降低电网的冲击电流，提高动态电能质量。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种容性大功率负载软启动减小电网冲击的方法，所述方法通过在容性负载前端主开关处并联一个软启动电阻和开关,限制负载端等效电容带来的大冲击电流，并通过计算公式推算软启动电阻的阻值和启动时间,电容开始充电，充电时间t到达之后，容性负载的建压基本完成，闭合主开关之后断开软启动开关，断开软启动开关，大功率容性负载启动完成；

进一步地，所述方法包括：

s1：设计软启动电阻和软启动时间；

s2：通过仿真计算软启动电阻中数值及软启动时间；

s3：根据s2所述计算及仿真结果确定并选择软启动开关电阻；

s4：确定软启动时间t；

s5：并联主开关与软启动开关和软启动电阻形成软启动装置；

s6：将软启动装置接入大功率容性负载前；

s7：配电系统控制装置发出接入大功率容性负载的控制命令；

s8：闭合软启动开关，接入并联软启动电阻；

s9：闭合主开关，之后断开软启动开关；

进一步地，所述s2中冲击电流计算方法如下：

在主开关接通瞬间，容性负载充电，冲击电流；

其中：ceq为容性负载的等效电容；为电源接入时瞬间电压的上升速率；

进一步地，所述s2中软启动时间计算时间如下：

软启动装置的作用时间t，t＝3τ，软启动装置的作用时间为t＝3τ＝3rc＝3(rs+req)ceq，其中τ为充放电时间常数，τ＝rc，其中r为等效电阻，c为等效电容；

进一步地，所述s2中仿真方法具体为rs数值的选取通过仿真取得，冲击电流i的值低于相关标准要求；

进一步地，所述s8具体为接入软启动电阻，由于电阻的接入，瞬间冲击电流减弱，电容开始充电，充电时间t到达之后，容性负载的建压完成；

进一步地，所述s9具体为闭合主开关之后，主开关的等效电阻小，电容的电压充电完毕，电流流经主接触器，之后断开软启动开关，大功率容性负载启动完成；

进一步地，一种容性大功率负载软启动减小电网冲击的系统，所述系统包括软启动装置和容性负载，所述软启动装置连接容性负载，所述软启动装置包括主开关，软启动开关和软启动电阻，所述软启动开关和软启动电阻依次连接，所述主开关连接所述容性负载；

进一步地，所述主开关为配电系统中的负载接入开关，包括断路器，继电器和接触器，所述软启动开关为大功率容性负载接入时为了减小冲击电流而接入的旁路开关，当负载接入完毕，冲击电流抑制结束之后会断开，不会影响整个配电系统的原有架构，其类型包括断路器，继电器和接触器；

进一步地，所述容性负载包括等效电阻和等效电容，所述等效电容通过等效电阻连接所述软启动装置，所述等效电阻为req，所述等效电容为ceq；

本发明的有益效果如下：

1)传统配电系统小容性负载的接入，通过传统配电开关完成，没有软启动装置，无法应对大容量容性负载对电网的冲击；本发明通过提出软启动方法，可以减小容性负载设备接入电网时的冲击电流，保障多电飞机电网电能质量；

2)通过一个并联开关和电阻减弱了大功率容性负载接入时的冲击电流，当负载接入完毕，冲击电流抑制结束之后会断开，不会影响整个配电系统的原有架构。

附图说明

图1为本发明背景技术中所述传统小容性负载配点图；

图2为本发明所述软启动装置架构图；

图3为本发明所述软启动等效电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。下面为本发明的举出最佳实施例：

如图1-图3所示，一种容性大功率负载软启动减小多电飞机电网冲击的方法，其特征在于，所述方法通过在容性负载前端主开关处并联一个软启动电阻和开关,限制负载端等效电容带来的大冲击电流，并通过计算公式推算软启动电阻的阻值和启动时间,电容开始充电，充电时间t到达之后，容性负载的建压基本完成，闭合主开关之后断开软启动开关，断开软启动开关，大功率容性负载启动完成，所述方法包括：

s1：设计软启动电阻和软启动时间；

s2：通过仿真计算软启动电阻中数值及软启动时间；

s3：根据s2所述计算及仿真结果确定并选择软启动开关电阻；

s4：确定软启动时间t；

s5：并联主开关与软启动开关和软启动电阻形成软启动装置；

s6：将软启动装置接入大功率容性负载前；

s7：配电系统控制装置发出接入大功率容性负载的控制命令；

s8：闭合软启动开关，接入并联软启动电阻；

s9：闭合主开关，之后断开软启动开关。

所述s2中冲击电流计算方法如下：

在主开关接通瞬间，容性负载充电，冲击电流

其中：ceq为容性负载的等效电容；为电源接入时瞬间电压的上升速率。

所述s2中软启动时间计算时间如下：

软启动装置的作用时间t，t＝3τ，软启动装置的作用时间为t＝3τ＝3rc＝3(rs+req)ceq，其中τ为充放电时间常数，τ＝rc，其中r为等效电阻，c为等效电容，所述s2中仿真方法具体为rs数值的选取通过仿真取得，冲击电流i的值低于相关标准要求，所述s8具体为接入软启动电阻，由于电阻的接入，瞬间冲击电流减弱，电容开始充电，充电时间t到达之后，容性负载的建压完成，所述s9具体为闭合主开关之后，主开关的等效电阻小，电容的电压充电完毕，电流流经主接触器，之后断开软启动开关，大功率容性负载启动完成。

一种容性大功率负载软启动减小电网冲击的系统，所述系统包括软启动装置和容性负载，所述软启动装置连接容性负载，所述软启动装置包括主开关，软启动开关和软启动电阻，所述软启动开关和软启动电阻依次连接，所述主开关连接所述容性负载，所述主开关为配电系统中的负载接入开关，包括断路器，继电器和接触器，所述软启动开关为大功率容性负载接入时为了减小冲击电流而接入的旁路开关，当负载接入完毕，冲击电流抑制结束之后会断开，不会影响整个配电系统的原有架构，其类型包括断路器，继电器和接触器，所述容性负载包括等效电阻和等效电容，所述等效电容通过等效电阻连接所述软启动装置，所述等效电阻为req，所述等效电容为ceq。

本发明提供一种容性大功率负载软启动减小多电飞机电网冲击的方法为：在容性负载前端主开关处并联一个软启动电阻和开关。并通过计算公式推算软启动电阻的阻值和启动时间。

其中，所述软启动装置架构示意图为图2，图中，所述软启动装置包括:主开关1，软启动开关2和软启动电阻3。

所述主开关1为配电系统中的负载接入开关，包括断路器，继电器，接触器等具有开通关断能力的开关；

所述软启动开关2为大功率容性负载接入时为了减小冲击电流而接入的旁路开关，当负载接入完毕，冲击电流抑制结束之后会断开，不会影响整个配电系统的原有架构，其类型包括断路器，继电器，接触器等具有开通关断能力的开关；软启动电阻3是为了限制负载端等效电容带来的大冲击电流而接入的电阻。其类型包括各种阻性负载、软启动电阻和软启动时间的设计：

设图2中容性负载等效电阻为req，等效电容为ceq，软启动电阻为rs，则软启动开关闭合时软启动装置的等效电路为图3所示，在主开关接通瞬间，由于容性负载需要充电，所以其冲击电流会很大，冲击电流。其中：ceq为容性负载的等效电容；为电源接入时瞬间电压的上升速率。前端软启动电阻rs的加入会减弱的数值，减小冲击电流。软启动装置的作用时间t，根据电容的充电时间常数确认；此处可以取3τ，即软启动装置的作用时间为：

t＝3τ＝＝3(rs+req)ceq；

其中τ为充放电时间常数，τ＝(其中r为等效电阻，c为等效电容)；rs数值的选取可以通过仿真取得，目标是冲击电流i的值低于相关标准的要求。

实施方式：

1)根据前文所述的计算及仿真确定并选择软启动开关电阻；

2)确定软启动时间t；

3)并联主开关与软启动开关和软启动电阻形成软启动装置；

4)将软启动装置接入大功率容性负载前端；

5)配电系统控制装置发出接入大功率容性负载的控制命令；

6)闭合软启动开关，接入并联软启动电阻；

此时接入软启动电阻，则由于电阻的接入，瞬间冲击电流减弱，电容开始充电，充电时间t到达之后，容性负载的建压基本完成。

7)闭合主开关，之后断开软启动开关；

闭合主开关之后由于主开关的等效电阻小，电容的电压已经充电基本完毕，电流主要流经主接触器，之后断开软启动开关，大功率容性负载启动完成。

本发明通过一个并联开关和电阻减弱了大功率容性负载接入时的冲击电流，当负载接入完毕，冲击电流抑制结束之后会断开，不会影响整个配电系统的原有架构。传统配电系统小容性负载的接入，通过传统配电开关完成，没有软启动装置，无法应对大容量容性负载对电网的冲击。本专利通过提出软启动方法，可以减小容性负载设备接入电网时的冲击电流，保障多电飞机电网电能质量。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。