CN102037626A - 用于管理电气网络的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于管理电气网络的方法。该电气网络包括：两个电力中心(15a，15b)，使得每个都能够为几个负载(26，27，28)供电，每个电力中心(15a，15b)包括：电源总线(21a，21b)，多个可逆转换器(22，23，24)，使得能够在所述总线(21a，21b)和所述各负载(26，27，28)之间交换能量，路由模块(30)，使得能够改变所述转换器(22，23，24)和所述负载(26，27，28)之间的关联，蓄能元件(35a，35b)，根据本发明，如果对于所述电力中心中的第一电力中心(15a)，不能在与所述第一中心(15a)相关联的其它负载(26，35a)中耗散掉再生的电力，再生负载(27)向第二电力中心(15b)的总线(21b)耗散其电力。

Description

用于管理电气网络的方法
本发明涉及一种用于管理电气网络的方法。本发明尤其应用于航空领域中包括更多机载电气设备的宽体商用飞机。这样的设备性质上变化很大且其能量消耗随时间变化很大。例如，内部空调和照明系统几乎是连续运行的，而冗余的安全防范系统，例如机翼控制机构仅在异常情况下才使用。
通常，飞机备有三相电能提供总线，能够向所有电气设备供电，下文将这些电气设备称为负载。近来，在出现了需要由三相电压逆变器供电的大功率负载(电动机或AC子网)之后，已经在飞机上安装了通过整流器从AC总线供电的高压DC总线。在文献中这些高压DC总线被通称为HVDC，表示“高压直流”。在下文中，将把高压DC总线称为HVDC总线。
就电压和电流性质，即AC或DC而言，各种负载可能需要不同的能量馈给。在以本申请人的名义提交的法国专利申请No.FR 2899734中，提出了一种转换器的相互作用，其能够根据各种负载对电能的瞬时需要从能量提供总线为它们供电。
有几个问题当前尚未解决。随着电力负载数目增加，它们中的一些有时可以再生电能。目前，通过提供用于耗散诸如电阻器的负载产生的能量的局部模块，允许通过焦耳效应再生能量耗散，在所考虑负载的层次上局部考虑再生。在飞机上的再生负载中，例如有电动操作的飞行控制机构。在试图制动机翼时，相关的飞行控制机构再生出电能。
实际上，向总线返回能量的负载可能会引起总线的不稳定。
本发明目的在于通过提出一种用于管理包括交互化转换器的网络的特别方法来减轻该问题。
本发明的目的是避免耗散而没有重新利用特定负载再生的能量。
本发明的另一目的是使转换器和负载间的关联重新配置最小化。
飞机还备有电池，使其能够在机上或外部发电机不可用时为特定负载供电。具体而言，电池必须为特定计算机或特定的关键电气系统做后备，关键电气系统例如是飞行控制系统、制动系统、引擎的推力逆转或通过低压DC总线启动涡轮机。本发明还能够将这些电池连接到交互化的转换器。
为此目的，本发明的主题是一种用于管理电气网络的方法，电气网络包括：
●电源总线，
●能够提供或消耗总线电能的若干负载，
●多个可逆转换器，使得能够在总线和各负载之间交换能量，
●路由模块，使得能够改变转换器和负载之间的关联，
该方法的特征在于，如果负载再生能量，在其它负载中耗散该能量。
在阅读通过举例方式给出的实施例详细描述时，本发明将得到更好理解，其它优点将变得显而易见，由附图例示了该描述，附图中：
图1表示实现本发明的示范性电气网络。
结合飞机上实施的电气网络描述本发明。当然可以在其它行业中，尤其是使用机载电气网络的行业中实施本发明。
图1示意性地表示飞机，尤其是宽体商用飞机上的各类电气设备。这架飞机有两个表示为MG的主发电机10a和10b。每个发电机都是由飞机的引擎之一驱动的。在飞机引擎工作时，发电机10a和10b工作并向飞机的AC总线，分别为11a和11b，提供例如频率400Hz的115V电压。断路模块12a和12b使得能够打开将每个发电机10a和10b连接到关联的总线11a和11b的链路。由APU表示的与每个主发电机关联的辅助发电机13a和13b是由专用于每个发电机13a和13b的涡轮机驱动的，以便向对应的AC总线11a和11b提供115V的电压。同样地，断路模块14a和14b使得能够断开将辅助发电机13a或13b连接到对应总线11a或11b的链路。涡轮机利用飞机燃料工作，是在飞机在地面上时实施的。
在飞机上还安装了与每个总线11a和11b关联的电力柜15a和15b。在文献中这种电力柜公知为“电力中心”。两个电力柜15a和15b是相似的，为了简化接下来的描述，将仅描述一个。电力柜15a包括连接到AC网络11a的整流器20a，使得能够向HVDC表示的高压DC供电总线21a提供DC电压，该缩写表示“高压直流”。通用于高压DC总线21的电压为540V。
DC总线21a为若干能量转换器22a到24a供电，每个能量转换器都意在经由路由模块30a为负载，例如26和27供电。图1的图示是示意性的。在实践中，可以由若干转换器为负载供电，或者一个转换器可以为若干负载供电。可以为特定负载供应DC电压，关联的转换器然后将DC总线21的电压转换成可以由所考虑负载使用的电压。在宽体飞机中，有很多负载使用频率为400Hz的115V AC电压。为了为这些负载供电，转换器22a到24a为逆变器。已知的逆变器具有的特定特征是可逆的。
可以根据每个负载的瞬时需要并根据每个转换器22a到24a的可用性，实时将每个转换器22a到24a分配给各个负载26和27。路由模块30a使得能够实时改变转换器22a到24a以及负载26和27之间的关联。转换器22a到24a以及负载26和27之间的关联是根据与其关联的负载对瞬时电流的需要和瞬时命令模式实现的。负载的命令模式实质取决于负载类型。例如，可以提到的通常飞机中实施的是调节速度、扭矩或位置、抗结冰或除冰、以恒定功率工作以及用于引擎命令的各种策略(去焊剂，有无传感器的命令)。
路由模块30a例如包括电控制的断路器，使得能够将每个转换器与所有与其兼容的负载关联。兼容的意思是几个负载可以借助于同一转换器工作，尤其是在它们需要相同电源时，例如频率为400Hz的115V电压时。转换器使得能够从成员可以互换的一组提供同一个电源。组的各成员有利地是相同的。这样通过使其制造标准化而降低了转换器的生产成本，并使得能够通过仅库存一种转换器而简化飞机维护。接下来将看到，某种类型的转换器能够根据转换器的工作模式提供几种不同电源。于是，利用同一组转换器，例如能够将工作在例如115V 400Hz AC电压下的负载与工作在例如电池的DC电压下的负载关联在一起。
该组是能够根据可以由该组供电的负载瞬时需要重新配置的。不必每个负载专用一个转换器。实际上，负载并非全部同时工作。同一组的转换器数目是根据与该组关联的一组负载可能消耗的瞬时最大功率定义的。该功率小于每个负载最大功率相加。因此，路由模块30a使得能够减少机载转换器的数目并因此减少这些转换器的质量。
此外，重新配置使得能够提高负载的可靠性。实际上，对于有故障转换器而言，同一组中的另一个转换器能够立刻接管下来为给定负载供电。某些关键负载，例如机翼控制机构，于是能够利用安全的电源工作，然而却不需要单独专用于这些控制机构的转换器冗余。同一组的该组转换器然后形成能够为一组负载供电的共用资源。在同一个共用资源内部，构成其的各转换器是无差别的。
网络的特别负载由通过路由模块30a连接到转换器之一的蓄能元件构成，蓄能元件例如是电池、电容器或超级电容器35a。在飞机上的常规方式下，已知使用的是标称电压28V DC的电池、其它电池电压当然也可用于实施本发明。基于540V DC总线21a，能够操作转换器22a，使其直接向能够为蓄能元件35a供电的第二DC总线33a提供28V DC电压。可以在第二总线33a和蓄能元件35a之间插入电池充电器，使得能够调节为电池充电的电流。同样有利的是在转换器22a和蓄能元件35a之间插入变压和整流单元36，以为蓄能元件35a充电。
在文献中这种单元公知为“变压整流单元”，接下来将称为TRU。TRU由飞机的AC总线供电并提供28V的DC电压。TRU一般包括工作在飞机的AC网络的频率，例如300Hz和1200Hz之间的变压器。TRU被供应115V 400Hz的AC电压并提供28V DC电压。TRU的使用便于用作接收540V DC电压的转换器的转换器22a的工作。可以将TRU和蓄能元件35a形成的组视为可以通过路由模块30a与转换器之一关联的负载。
假设负载27能够消耗能量或产生电能。根据本发明，在负载27再生能量时，由和负载27关联的转换器将这种能量返回给总线21a。转换器是双向的，不需要改变由路由模块30a在负载27消耗能量的期间和负载27耗散能量的期间之间执行的关联。
在图示的范例中，负载27耗散其向负载26再生的能量。总地说来，总线21a是能量消耗者。换言之，连接到总线21a的能量消耗负载能够消耗总线21a接收的所有能量，尤其是通过整流器20a和通过再生负载27接收的能量。
有利地，如果不能在其它负载中耗散掉再生能量，在这种情况下，对负载26、电池35充电。这里再次不需要改变由路由模块30a执行的关联。
有利地，如果对于电力中心中的第一电力中心，在这种情况下为中心15a，不能在与中心15a相关联的其它负载中耗散掉再生的电力，再生负载27向第二电力中心的总线21b耗散其电力。为此目的，负载27同时连接到路由模块30a和30b，以便能够通过转换器22a、23a或24a之一向总线21a耗散再生的电力或通过转换器22b、23b或24b之一向总线21b耗散再生的电力。
如果不能在其它负载中耗散再生能量，就对电力中心之一的蓄能元件(35a，35b)之一充电。

Claims (3)

1.一种用于管理电气网络的方法，其特征在于所述网络包括两个电力中心(15a，15b)，使得每个中心能够为若干负载(26，27，28)供电，每个电力中心(15a，15b)包括：
●电源总线(21a，21b)，
●多个可逆转换器(22，23，24)，使得能够在所述总线(21a，21b)和所述各负载(26，27，28)之间交换能量，
●路由模块(30)，使得能够改变所述转换器(22，23，24)和所述负载(26，27，28)之间的关联，
●蓄能元件(35a，35b)，
其特征在于，如果对于所述电力中心中的第一电力中心(15a)，不能在与所述第一中心(15a)相关联的其它负载(26，35a)中耗散掉再生的电力，则再生负载(27)向第二电力中心(15b)的总线(21b)耗散其电力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果不能在其它负载中耗散掉再生能量，则对所述蓄能元件(35a，35b)之一充电。
3.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述网络安装在飞机中。
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