CN103308868B - 飞机电源系统控制和保护实验装置 - Google Patents
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Abstract
一种飞机电源系统控制和保护实验装置，其特征在于：包括变频器、电动机、交流同步发电机、发电机控制单元、交流功率分配中心、模拟飞机用交流负载、整流器、直流功率分配中心、模拟飞机直流负载和中央控制器等。本发明解决了传统飞机电源系统实验平台结构复杂、价格昂贵、安全性差等难题，可模拟飞机电源系统在不同条件下的运行性能，可测量电压、电流、频率、功率、功率因数等数据。通过还原飞机电源系统在实际飞行中不同飞行状态以及机内负载变化而对其运行性能产生的影响，从而为飞机电源系统优化控制、保护和可靠性分析研究提供依据。采用本发明的投资最多为传统飞机电源系统实验教学设备投入的十分之一左右，运行费用低且安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种飞机电源测试实验装置。
背景技术
飞机电力系统由电源系统和配电系统组成,其作用是向飞机上的所有用电设备(如飞控系统、航空电子系统、火控系统等)提供电能，以保证飞机的安全飞行和完成运输和作战任务。随着大型飞机向多电和全电方向飞速发展,现代飞机电力系统的系统结构和控制也越来越复杂，飞机上的各种电子设备日益增多，用电量不断增加，用电负载特性也日趋复杂化，除了常规线性负载外，还有大量的恒功率负载和再生性负载等非线性负载等，这对传统飞机的电源系统的稳定性、可靠性以及电能质量提出迫切的需求。讫今为止，我国针对目前多电飞机的电力系统的智能控制、保护和控制性能评估方法的研究和国外还有较大的差距，尤其是针对目前多电技术的飞机电力系统实现优化控制、保护和控制性能测试实验装置的研究很少报道。为了有效地提高现代大型飞机电力系统的稳定性、可靠性和安全性，要求发电机电压调压器不仅有较高的静态精度，还要有良好的动态特性，其控制参数能自动地适应飞机电力系统的负载变化而变化，即智能自适应励磁控制以保证飞机电力系统供电质量，研究和开发高性能的励磁优化控制算法需要控制算法性能测试手段和相应的硬件实验装置；面对高校作为教学科研实验装置还必须考虑学生实验的人身安全性和设备的安全性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种飞机电源系统控制和保护实验装置，克服目前用于飞机电源系统的实验测试装置结构复杂、价格高和安全性差、无法在实际教学科研中得到广泛推广的缺点。
一种飞机电源系统控制和保护实验装置，其特征在于：包括变频器、电动机、交流同步发电机、发电机控制单元、交流功率分配中心、模拟飞机用交流负载、整流器、直流功率分配中心、模拟飞机直流负载、中央控制器、示波器及电能品质测试仪；所述的变频器和电动机实现变频调速，模拟飞机不同的飞行状态时发动机轴的实际速度；所述的发电机及其控制单元实现飞机的励磁控制，通过发电机控制单元可以进行各种励磁智能控制算法提供验证手段；所述的交流功率分配中心实现交流发电机AC1和交流发电机AC2以及逆变器AC3三个冗余交流电源的正确的切换，以保证两条交流母线上的电压正常；所述的直流功率分配中心实现两个整流直流电源DC1、DC2以及备用蓄电池等多个冗余电源的安全切换；所述的交直流负载模拟飞机在各种状态下实际带负载情况，各种性质的电压、电流、频率等采集设备直接与中央控制器互连；示波器、电能品质测试仪用于电流、电压和电能质量的分析和研究用。
一种飞机电源系统控制和保护实验装置，其特征在于：两台交流同步发电机分别通过两个变频器控制相应电动机实现发电，发出的200V、400Hz的三相交流电送到交流功率分配中心（ACPC），再将电能安全的分配给两条交流母线ACBUS1和ACBUS2，飞机用模拟交流负载通过两条交流母线获得电功率，两台整流器再将交流电分别转换成28V的直流电供给飞机用模拟直流负载使用，同时蓄电池DC3作为两台整流器输出的直流电源DC1和DC2的备用，通过逆变器输出交流电AC3作为两台交流发电机电源AC1和AC2的备用电源。
一种飞机电源系统控制和保护实验装置，其特征在于：变频器从电网获得电能控制电动机变频调速，模拟飞机在不同的飞行阶段时发动机轴的实际速度，其中变频器调速范围0-15000rpm，交流同步发电机在其控制单元的励磁控制下发电，通过发电机控制单元GCU可以实现各种励磁智能控制算法验证。
本发明解决了传统飞机电源系统实验平台结构复杂、价格昂贵、安全性差等难题，可模拟飞机电源系统在不同条件下的运行性能，可测量电压、电流、频率、功率、功率因数等数据。通过还原飞机电源系统在实际飞行中不同飞行状态以及机内负载变化而对其运行性能产生的影响，从而为飞机电源系统优化控制、保护和可靠性分析研究提供依据。采用本发明的投资最多为传统飞机电源系统实验教学设备投入的十分之一左右，运行费用低且安全可靠。通过用变频器控制电动机来模拟航空发动机装置，减少了设备，整个试验装置结构相对简单，操作方便，降低了投资成本和实验成本；采用两台低压交流同步发电机及其控制单元组成飞机电源主发电装置，非常容易的实现发电机智能励磁控制算法实现和验证，也提高了学生和科研人员试验的安全性；采用交流功率分配中心和直流功率分配中心在实验室实现飞机电源系统故障重构算法和电网保护算法分析研究与验证。
附图说明
图1是本发明实验装置的结构示意图；
图2是本发明实验装置的交流功率分配中心控制示意图；
图3是本发明实验装置的直流功率分配中心控制示意图。
具体实施方式
现结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图所示：一种飞机电源系统控制和保护实验装置，其特征在于：包括变频器、电动机、交流同步发电机、发电机控制单元、交流功率分配中心、模拟飞机用交流负载、整流器、直流功率分配中心、模拟飞机用直流负载、中央控制器、示波器及电能品质测试仪；交流同步发电机通过变频器控制电动机实现发电，发出的200V，400Hz的三相交流电送到交流功率分配中心（ACPC），再将电能安全的分配给两条交流母线ACBUS1和ACBUS2，飞机用模拟交流通过两条交流母线获得电功率，两台整流器再将交流电分别转换成28V的直流电供给飞机模拟直流负载使用，同时蓄电池DC3作为两台整流器输出的直流电源DC1和DC2的备用，备用蓄电池通过逆变器输出交流电AC3也作为两台交流发电机电源AC1和AC2的备用电源。实验装置中变频器从电网获得电能控制电动机变频调速，模拟飞机在不同的飞行阶段时发动机轴的实际速度，其中变频器调速范围0-15000rpm，本发明实验装置飞机发电机正常发电时发电机的转速设定在9000-15000rpm。实验装置中电动机驱动交流同步发电机运行，在发电机控制单元的励磁控制下发出稳定的变频交流电，各种先进的智能励磁控制算法可以通过发电机控制单元GCU得到研究和验证。
实验装置的交流功率控制中心实现交流发电机AC1和交流发电机AC2以及逆变器AC3三个冗余交流电源的正确的切换。当两台发电机AC1和AC2都正常时，则他们各自为ACBUS1和ACBUS2供电，此时逆变器是不工作的；当AC1和AC2中的仍一个故障时，那么正常的那个发电机同时给ACBUS1和ACBUS2供电；当AC1和AC2同时故障时，则逆变器启动同时向两条交流母线供电。通过中央控制器对功率控制中心控制能够实现飞机电源故障网络重构算法实验研究。
实验装置的直流功率控制中心完成整流器DC1和整流器DC2以及备用蓄电池DC3三个冗余直流电源的正确切换。当两台整流器DC1和整流器DC2都正常时，则他们各自为DCBUS1和DCBUS2供电，此时蓄电池处于充电状态；当DC1和DC2中的仍一个故障时，那么正常的那个整流器同时给DCBUS1和DCBUS2供电；当DC1和DC2同时故障时，则备用蓄电池同时向两条直流母线供电。通过模拟不同直流电源的故障情况，由中央控制器实现飞机直流电源的正确切换，进而实现对飞机直流电源网络故障重构算法验证和评估。
实验装置通过示波器及电能品质测试仪所获数据对飞机电源系统的电能质量进行分析和研究；实验装置通过调节模拟飞机用交直流负载的大小来分析不同负载情况下对飞机电网实际运行所带来的影响，从而为飞机电源系统的优化控制保护算法验证提供依据；实验装置通过中央控制器实现对系统数据的采集、处理、报警、存储、查询及显示，并实现对系统工作状态的优化控制与保护。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，则应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的保护范围。
Claims (4)
1.一种飞机电源系统控制和保护实验装置，其特征在于：包括变频器、电动机、交流同步发电机、发电机控制单元GCU、交流功率分配中心、飞机模拟交流负载、整流器、直流功率分配中心、飞机模拟直流负载、中央控制器、示波器及电能品质测试仪；所述的变频器和电动机实现变频调速，模拟飞机不同的飞行状态时发动机轴的实际速度；所述的发电机及其控制单元实现飞机的励磁控制，通过发电机控制单元GCU可以为开发各种智能励磁控制算法提供验证平台；所述的交流功率分配中心实现交流发电机AC1和交流发电机AC2以及逆变器AC3三个冗余交流电源的正确的切换，以保证两条交流母线上的电压正常；所述的直流功率分配中心实现两个整流直流电源DC1、DC2以及备用蓄电池DC3三个冗余电源的安全切换；所述的飞机模拟交流负载和飞机模拟直流负载模拟飞机在各种状态下实际带负载情况，各种性质的电压、电流、频率采集设备直接与中央控制器互连；示波器、电能品质测试仪用于电流、电压和电能质量的分析和研究用。
2.根据权利要求1所述的飞机电源系统控制和保护实验装置，其特征在于：两台交流同步发电机分别通过两个变频器控制相应电动机实现发电，发出的200V、400Hz的三相交流电送到交流功率分配中心(ACPC)，再将电能安全的分配给两条交流母线ACBUS1和ACBUS2，飞机模拟交流负载通过两条交流母线获得电功率，两台整流器再将交流电分别转换成28V的直流电供给飞机模拟直流负载使用，同时蓄电池DC3作为两台整流器输出的直流电源DC1和DC2的备用，逆变器AC3作为两台交流发电机AC1和AC2的备用电源。
3.根据权利要求1或2所述的飞机电源系统控制和保护实验装置，其特征在于：变频器从电网获得电能控制电动机变频调速，模拟飞机在不同的飞行阶段时发动机轴的实际速度，其中变频器调速范围0-15000rpm，交流同步发电机在其控制单元的励磁控制下发电，通过发电机控制单元GCU可以实现各种励磁智能控制算法验证。
4.根据权利要求1或2所述的飞机电源系统控制和保护实验装置，其特征在于：通过示波器及电能品质测试仪所获数据对飞机电源系统的电能质量进行分析和研究；通过调节飞机模拟交流负载和飞机模拟直流负载的大小来分析不同负载情况下对飞机电网实际运行所带来的影响，从而为飞机电源系统的优化控制保护算法验证提供依据；通过中央控制器实现对系统数据的采集、处理、报警、存储、查询及显示，并实现对系统工作状态的优化控制与保护。
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