一种高余度、多传输路径的飞机交流配电系统与控制方法与流程

1.本发明涉及航空配电系统，属于交流配电系统领域。具体涉及一种高余度、多传输路径的飞机交流配电系统与控制方法。


背景技术：

2.目前飞机交流配电系统当中的发电机一般只设计一个直接取电的汇流条，或者多台发电机共用一个中央汇流条，实现供电备份。并且在进行飞机交流配电系统逻辑设计时一般将发电机状态分成两种：正常1与故障0，当发电机状态处于故障0时，配电系统先切断与故障发电机相连接的唯一汇流条接触器，再通过配电网络中状态为正常1的其他发电源为退网的汇流条供电，该类配电系统控制方法导致故障发电源同侧汇流条所连接的用电设备均会出现暂时断电的情况，对于重要度较高的用电设备而言，存在较大安全隐患。而且飞机交流配电系统目前只针对供电优先级进行了定义，按照电源供电排序对退网的汇流条进行电能传输，但未对汇流条优先级进行设计，即当整个飞机交流配电网络所提供的电力小于与所有汇流条连接的用电设备用电需求时，易发生过载问题以及重要度较高的负载退网的情况。目前的飞机交流配电系统控制方法为提高飞机配电网络完全等级与冗余度，会通过提高bpcu自身的可靠性加以实现或通过增加配电网络中的bpcu数量来达到系统的主备特性，当系统通讯出现问题或实际飞机特殊工况需要时，安全性与快速响应程度不高。


技术实现要素：

3.技术方案
4.一种高余度、多传输路径的飞机交流配电系统，其中架构的前端为发电源，包含两路交流主发电机即左发电机l_gen和右发电机r_gen，以及一路辅助发电单元apu；架构的中端为发电源的接触器与汇流条组件，所述组件包括汇流条a、汇流条b、汇流条c、汇流条d、两个左发电机接触器gcb1和gcb2、两个右发电机接触器gcb3和gcb4以及一个辅助发电单元接触器apb，其中汇流条a的前端与左发电机接触器gcb1的后端相连，汇流条b的前端与左发电机接触器gcb2的后端相连，汇流条c的前端与右发电机接触器gcb3的后端相连，汇流条d的前端与右发电机接触器gcb4的后端相连；架构的后端为转换接触器、汇流条功率控制器bpcu、超控开关及电气显控盒，其中转换接触器btb1～btb4的前端分别与汇流条a～汇流条d的后端相连后，再与转换接触器btb5连接，辅助发电单元接触器apb后端与btb5相连接，bpcu的控制信号线先通过超控开关再与所有接触器的控制端相连接，bpcu的采集信号线直接与接触器的辅助触点以及汇流条a～汇流条d连接。
5.其特征在于：汇流条功率控制器bpcu先经过超控开关的常闭触点再对交流配电系统当中的各个接触器实施控制，bpcu则直接采集汇流条a～汇流条d的模拟信号以及各个接触器的离散信号，并与电气显控盒通过信号线实时传递数据，通过电气显控盒判断通讯信号上报异常、bpcu自主报故或者实际工况需要时，可手动通过电气显控盒发送超控开关的控制端信号，将bpcu的控制信号线与整个交流配电系统断开，之后再通过电气显控盒的硬
线对各个接触器进行控制与保护。
6.对两个主交流发电机的配电系统架构设计汇流条a～汇流条d，其中每个交流发电机输出两路通道，每路通道均配有独立的接触器，以此控制各自汇流条的电能传输。当出现发电机故障无法输出电能时，bpcu直接控制故障发电机的同侧接触器退网，并由异侧发电机为退网汇流条转电；当出现发电机功率下降时，bpcu实时采集发电机状态，并根据汇流条优先等级，优先切断同侧优先级较低的汇流条接触器，优先级较高的汇流条继续由发电机供电，直至同侧发电机功率下降至不足以支撑并网汇流条的正常工作，从而实现飞机配电网络的重要负载并网时间长、转电时间短以及快速故障隔离的特点。
7.一种高余度、多传输路径的飞机交流配电控制方法包含若干形式：
8.形式1，对不同发电机品质的控制步骤如下：
9.1.bpcu采集到发电机l_gen和右发电机r_gen处于正常工作，并提供28vdc信号至两个左发电机接触器gcb1和gcb2、两个右发电机接触器gcb3和gcb4的线圈正端，使接触器闭合，此时汇流条a和汇流条b由l_gen供电，汇流条c和汇流条d由r_gen供电
10.2.bpcu采集到单个主发电机的品质下降至其功率不足以提供给同一测两个汇流条的全部负载、但可供一个汇流条负载使用时，气显控盒采集到此时发电机状态信号，并通过信号线反馈至bpcu，bpcu根据品质下降的发电机所在的同一侧汇流条的优先级等级，断开优先级低的汇流条所在通道的gcb，此时品质下降的发电机只给同一侧优先级高的汇流条供电；
11.3.当单个主发电机出现故障以至无法投网时，电气显控盒将采集的发电机状态信号反馈至bpcu，bpcu关闭该故障发电机所对应的两个gcb；
12.4.当两个主发电机都故障且均无法投网时，电气显控盒将采集的发电机状态信号反馈至bpcu，bpcu断开所有gcb，并提供28vdc信号至apb的线圈正端，使其接触器闭合，此时apu辅助发电单元投网。
13.形式2，对于一个gcb退网后的控制步骤如下：
14.1.当退网的接触器是gcb1时，bpcu提供28vdc信号至btb1、btb2的线圈正端，使其接触器闭合，此时汇流条a经过汇流条b由l_gen供电；
15.2.当退网的接触器是gcb2时，此时bpcu不提供额外的28vdc信号；
16.3.当退网的接触器是gcb3或gcb4时，bpcu提供28vdc信号至btb2、btb3、btb5或btb2、btb4、btb5的线圈正端，使其接触器闭合，此时汇流条c或汇流条d经过汇流条b由l_gen供电。
17.形式3，对于发电机同侧的两个gcb退网后的控制步骤如下：
18.1.当退网的接触器是gcb1和gcb2时，bpcu提供28vdc信号至btb1、btb4、btb5的线圈正端，使其接触器闭合，此时汇流条a经过汇流条d由r_gen供电；
19.2.当退网的接触器是gcb3和gcb4时，bpcu提供28vdc信号至btb2、btb3、btb5的线圈正端，使其接触器闭合，此时汇流条c经过汇流条b由l_gen供电。
20.形式4，对于发电机异侧的两个gcb退网后的控制步骤如下：
21.1.当退网的接触器是gcb1和gcb3时，bpcu提供28vdc信号至btb1、btb2、btb3、btb4的线圈正端，使其接触器闭合，此时汇流条a经过汇流条b由l_gen供电、汇流条c经过汇流条d由r_gen供电；
22.2.当退网的接触器是gcb1和gcb4时，bpcu提供28vdc信号至btb1、btb2的线圈正端，使其接触器闭合，此时汇流条a经过汇流条b由l_gen供电；3.当退网的接触器是gcb2和gcb3时，bpcu提供28vdc信号至btb3、btb4的线圈正端，使其接触器闭合，此时汇流条c经过汇流条d由r_gen供电；4.当退网的接触器是gcb2和gcb4时，此时bpcu不提供额外的28vdc信号。
23.bpcu采集到离散信号以及模拟信号之后，将其传输至控制器内部进行逻辑运算，20ms后再发出相关接触器的控制信号，从而防止交流电源出现短时并联的情况，此外每个接触器的动作响应时间均在20ms之内，整个交流配电网络最多同时需要控制4个接触器动作，因此配电架构完成转电的时间不超过100ms。
24.技术效果
25.本方案将发电机品质进行了细化并增加单台发电机所连接的汇流条数量，在考虑发电机处于故障0与正常1状态的基础上，还考虑发电机功率下降的情况，针对发电机功率的变化，通过自主控制策略，退网优先级较低的汇流条，保证优先级较高的汇流条始终处于并网状态直至发电机功率下降至不足以满足并网汇流条的用电需求，实现延长重要负载的并网时间，提高飞机交流配电系统架构安全等级的目的。本方案还对汇流条的优先级进行定义，在配电网络出现故障时，按照故障发电机同一侧的汇流条优先级由低到高的顺序进行退网控制，按照整个配电系统架构中的汇流条优先级由高到低的顺序进行并网控制，以此为依据建立起快速转电且防止交流电源短时并联的高余度、多通道的飞机交流配电系统控制策略。本方案将bpcu的控制信号接入继电器辅助常闭触点，继电器的动作信号由人为手动操作，bpcu采集信号则直接通过配电网络传递至电气显控盒当中，当机上人员通过电气显控盒判断通讯信号上报异常、bpcu自主报故或者实际工况需要时，可手动通过电气显控盒发送超控开关的控制端信号，将bpcu的控制信号线与整个交流配电系统断开，之后再通过电气显控盒的硬线对各个接触器进行控制与保护，极大提高飞机交流配电网络安全裕度和先进性。本方案结合着配电网络中的发电机状态动态监控、汇流条优先等级以及bpcu与超控开关的组合模块设计出稳定且通用性强的系统架构控制方法。
附图说明
26.图1是包含bpcu控制信号的飞机交流配电系统架构；
27.图2是包含bpcu采集信号的飞机交流配电系统架构；
28.图3是典型的飞机交流配电系统的控制流程图。
具体实施方式
29.下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下所述仅为本发明一部分实施例，非全部实施例。基于本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.实施例1
31.本发明目的可以通过以下技术方案来实现的：
32.本发明设计的包含bpcu控制信号的飞机交流配电系统架构如图1所示，该架构的前端为发电源，包含两路交流主发电机，即左发电机l_gen和右发电机r_gen，以及一路辅助
发电单元apu；架构的中端为发电源的接触器保护装置与汇流条，所述组件包括汇流条a、汇流条b、汇流条c、汇流条d，包含两个左发电机接触器gcb1和gcb2、两个右发电机接触器gcb3和gcb4以及一个辅助发电单元接触器apb，其中汇流条a的前端与左发电机接触器gcb1的后端相连，汇流条b的前端与左发电机接触器gcb2的后端相连，汇流条c的前端与右发电机接触器gcb3的后端相连，汇流条d的前端与右发电机接触器gcb4的后端相连；架构的后端为转换接触器、bpcu、超控开关及电气显控盒，其中转换接触器btb1～btb4的前端分别与汇流条a～d的后端相连后，再与转换接触器btb5连接，辅助发电单元接触器apb后端与btb5相连接，bpcu的控制信号线先通过超控开关再与所有接触器的控制端相连接。包含bpcu采集信号的飞机交流配电系统架构如图2所示，bpcu的采集信号线直接与接触器的辅助触点以及汇流条a～d连接。
33.首先，bpcu先经过超控开关的常闭触点再对交流配电系统当中的各个接触器实施控制，bpcu则直接采集汇流条a～d的模拟信号以及各个接触器的离散信号，并与电气显控盒通过信号线实时传递数据，通过电气显控盒判断bpcu上报的模拟信号或离散信号出现异常或是根据实际工况的需要，可手动通过电气显控盒发送超控开关的控制端信号，将bpcu的控制信号线与整个交流配电系统断开，之后再通过电气显控盒的硬线对各个接触器进行控制与保护。
34.然后，对汇流条a～d进行优先级的划分，将汇流条a上的负载设定为重要负载，汇流条c的负载设定为一般负载，汇流条d上的负载设定为普通负载，汇流条b上的负载设定为备份负载，汇流条的优先级由高到低的顺序为：汇流条a、汇流条c、汇流条d、汇流条b。当配电系统架构前端的发电机出现故障时，bpcu按照故障发电机同一侧的汇流条优先级由低到高的顺序进行退网控制，并按照整个配电系统架构中的汇流条优先级由高到低的顺序对架构后端的转换接触器进行并网控制。
35.然后，在左发电机l_gen和右发电机r_gen正常工作的情况下，bpcu提供28vdc信号至两个左发电机接触器gcb1和gcb2、两个右发电机接触器gcb3和gcb4的线圈正端，使接触器闭合，此时汇流条a和汇流条b由l_gen供电，汇流条c和汇流条d由l_gen供电；当单个主发电机的品质下降至其功率不足以提供给同一测两个汇流条的全部负载、但可供一个汇流条负载使用时，电气显控盒采集到此时发电机状态信号，并通过信号线反馈至bpcu，bpcu根据品质下降的发电机所在的同一侧汇流条的优先级等级，断开优先级低的汇流条所在通道的gcb，此时品质下降的发电机只给同一侧优先级高的汇流条供电；当单个主发电机出现故障以至无法投网时，电气显控盒将采集的发电机状态信号反馈至bpcu，bpcu关闭该故障发电机所对应的两个gcb；当两个主发电机都故障且均无法投网时，电气显控盒将采集的发电机状态信号反馈至bpcu，bpcu断开所有gcb，并提供28vdc信号至apb的线圈正端，使其接触器闭合，此时apu辅助发电单元投网。飞机交流配电系统架构后端对于一个gcb退网后的策略方法为：当退网的接触器是gcb1时，bpcu提供28vdc信号至btb1、btb2的线圈正端，使其接触器闭合，此时汇流条a经过汇流条b由l_gen供电；当退网的接触器是gcb2时，此时bpcu不提供额外的28vdc信号；当退网的接触器是gcb3时，bpcu提供28vdc信号至btb2、btb3、btb5的线圈正端，使其接触器闭合，此时汇流条c经过汇流条b由l_gen供电；当退网的接触器是gcb4时，bpcu提供28vdc信号至btb3、btb4、btb5的线圈正端，使其接触器闭合，此时汇流条d经过汇流条b由l_gen供电。飞机交流配电系统架构后端对于同侧两个gcb退网后的策略方
法为：当退网的接触器是gcb1和gcb2时，bpcu提供28vdc信号至btb1、btb4、btb5的线圈正端，使其接触器闭合，此时汇流条a经过汇流条d由r_gen供电；当退网的接触器是gcb3和gcb4时，bpcu提供28vdc信号至btb2、btb3、btb5的线圈正端，使其接触器闭合，此时汇流条c经过汇流条b由l_gen供电。飞机交流配电系统架构后端对于发电机异侧的两个gcb退网后的策略方法为：当退网的接触器是gcb1和gcb3时，bpcu提供28vdc信号至btb1、btb2、btb3、btb4的线圈正端，使其接触器闭合，此时汇流条a经过汇流条b由l_gen供电、汇流条c经过汇流条d由r_gen供电；当退网的接触器是gcb1和gcb4时，bpcu提供28vdc信号至btb1、btb2的线圈正端，使其接触器闭合，此时汇流条a经过汇流条b由l_gen供电；当退网的接触器是gcb2和gcb3时，bpcu提供28vdc信号至btb3、btb4的线圈正端，使其接触器闭合，此时汇流条c经过汇流条d由r_gen供电；当退网的接触器是gcb2和gcb4时，此时bpcu不提供额外的28vdc信号。飞机交流配电系统架构后端对于三个gcb退网后的策略方法为：当退网的接触器是gcb1、gcb2、gcb3时，bpcu提供28vdc信号至btb1、btb4、btb5的线圈正端，使其接触器闭合，此时汇流条a经过汇流条d由r_gen供电；当退网的接触器是gcb1、gcb2、gcb4时，此时bpcu不提供额外的28vdc信号；当退网的接触器是gcb1、gcb3、gcb4时，bpcu提供28vdc信号至btb1、btb2的线圈正端，使其接触器闭合，此时汇流条a经过汇流条b由l_gen供电；当退网的接触器是gcb2、gcb3、gcb4时，此时bpcu不提供额外的28vdc信号。
36.最后，bpcu采集到离散信号以及模拟信号之后，将其传输至控制器内部进行逻辑运算，20ms后再发出相关接触器的控制信号，从而防止交流电源出现短时并联的情况，此外每个接触器的动作响应时间均在20ms之内，整个交流配电网络最多同时需要控制4个接触器动作，因此配电架构完成转电的时间不超过100ms。
37.本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。