CN109245083B - 电力系统和操作电力系统的方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种电力系统和操作电力系统的方法，所述电力系统包括串联布置的第一电源和第二电源、与第一电源和第二电源串联布置的第一电负载和第二电负载、以及与第一电源、第二电源、第一电负载和第二电负载的至少子集独立相关联的一组旁路电流通路。

Description

电力系统和操作电力系统的方法

技术领域

本申请涉及电力系统及操作电力系统的方法。

背景技术

电力系统，例如在飞机配电系统中找到的那些，采用例如发电机的发电系统或电源产生电力，从而对飞机的系统和子系统供电。当电力穿越电汇流条以将电力从电源递送到电负载时，遍及电力系统分散的配电节点确保递送到电负载的电力满足针对所述负载设计的电力标准。

发明内容

在一个方面，本公开涉及一种电力系统，所述电力系统包括串联布置的第一电源和第二电源、与所述第一电源和第二电源串联布置的第一电负载和第二电负载以及与所述第一电源、第二电源、第一电负载和第二电负载的至少子集独立相关联的一组旁路电流通路，其中，有选择地启用所述一组旁路电流通路，从而允许电流绕开包括第一电源和第二电源中的至少一个以及第一电负载和第二电负载中的至少一个的一对部件。

在另一方面，本公开涉及一种操作电力系统的方法，包括：检测电力系统部件中的电条件，所述电力系统部件包括串联的一组电源和一组电负载；由控制器模块启用与所述电力系统部件并联的第一旁路电流通路并且从所述串联中禁用所述电力系统部件；以及同时由所述控制器模块启用与另一电力系统部件并联的第二旁路电流通路并且从所述串联中禁用所述另一电力系统部件。所述电力系统部件和所述另一电力系统部件是包括一个电源和一个电负载的一对部件。

在又一方面，本公开涉及一种电力系统，其包括串联布置的一组直流电源、与该组电源串联布置的一组电负载、与所述的一组电源和电负载独立相关联的一组旁路电流通路以及配置成有选择地启用旁路电流通路的至少子集从而允许电流绕开包括所述的一组电源中的至少一个和所述的一组电负载中的至少一个的一对部件的控制器模块。

具体地，本申请技术方案1涉及一种电力系统，其包括：

串联布置的第一电源和第二电源；

与第一电源和第二电源串联布置的第一电负载和第二电负载；以及

与第一电源、第二电源、第一电负载和第二电负载的至少子集独立地相关联的一组旁路电流通路，并且其中，有选择地启用所述一组旁路电流通路，从而允许电流绕过一对部件，所述一对部件包括第一电源和第二电源中的至少一个以及第一电负载和第二电负载中的至少一个。

本申请技术方案2涉及根据技术方案1所述的电力系统，其中，所述一组旁路电流通路布置成与第一电源、第二电源、第一电负载和第二电负载的至少相应的子集并联。

本申请技术方案3涉及根据技术方案1所述的电力系统，其中，所述一组旁路电流通路与第一电源、第二电源、第一电负载和第二电负载中的每一个独立地相关联。

本申请技术方案4涉及根据技术方案1所述的电力系统，其还包括与所述一组旁路电流通路相关联并且与相应的第一电源、第二电源、第一电负载或第二电负载串联的一组第一可开关元件。

本申请技术方案5涉及根据技术方案4所述的电力系统，其中，所述一组旁路电流通路包括相应的处于线路内的一组第二可开关元件。

本申请技术方案6涉及根据技术方案5所述的电力系统，其还包括控制器模块，所述控制器模块配置成有选择地操作所述一组第一可开关元件和所述一组第二可开关元件。

本申请技术方案7涉及根据技术方案6所述的电力系统，其中，所述控制器模块配置成通过断开关联的第一可开关元件以及通过借助于相应的第二可开关元件连接相应的旁路电流通路而有选择地启用所述旁路电流通路的至少子集。

本申请技术方案8涉及根据技术方案7所述的电力系统，其中，所述控制器模块配置成有选择地启用所述一对部件的旁路电流通路。

本申请技术方案9涉及根据技术方案8所述的电力系统，其中，所述控制器模块配置成当一旦在所述一对部件中的至少一个内发生了故障或失败中的至少一个就有时选择地启用所述一对部件的旁路电流通路。

本申请技术方案10涉及根据技术方案1所述的电力系统，其中，所述第一电源和所述第二电源基本类似。

本申请技术方案11涉及根据技术方案1所述的电力系统，其中，所述第一电源或第二电源中的至少一个是高电压直流电源。

本申请技术方案12涉及根据技术方案1所述的电力系统，其还包括多于两个电源以及多于两个电负载，其中电源的数量等于电负载的数量。

本申请技术方案13涉及一种操作电力系统的方法，其包括：

检测电力系统部件中的电条件，所述电力系统部件包括串联的一组电源和一组电负载；

由控制器模块启用与所述电力系统部件并联的第一旁路电流通路并且从所述串联中禁用所述电力系统部件；以及

同时由控制器模块启用与另一电力系统部件并联的第二旁路电流通路并且从所述串联中禁用所述另一电力系统部件；

其中，所述电力系统部件和所述另一电力系统部件是包括一个电源和一个电负载的一对部件。

本申请技术方案14涉及根据技术方案13所述的方法，其中，检测电条件包括检测所述电力系统部件中的电故障。

本申请技术方案15涉及根据技术方案14所述的方法，其中，启用第一旁路电流通路或者启用第二旁路电流通路中的至少一个绕开发生故障的电力系统部件。

本申请技术方案16涉及根据技术方案15所述的方法，其中，启用第一旁路电流通路包括将所述一组电源供应的电力分配给一组未发生故障的电负载。

本申请技术方案17涉及根据技术方案16所述的方法，其中，启用第二旁路电流通路包括在一段时间内降低由至少一个电源供应的电力，直到不供应任何电力，之后使所述至少一个电源与所述电力系统解耦。

本申请技术方案18涉及一种电力系统，其包括：

一组串联布置的直流电源；

与所述一组电源串联布置的一组电负载；

与所述一组电源和电负载独立相关联的一组旁路电流通路；以及

控制器模块，其配置成有选择地启用旁路电流通路的至少子集，从而允许电流绕过包括所述一组电源中的至少一个和所述一组电负载中的至少一个的一对部件。

本申请技术方案19涉及根据技术方案18所述的电力系统，其中，与所述一组电源相关联的启用的旁路电流通路的数量等于与所述一组电负载相关联的启用的旁路电流通路的数量。

本申请技术方案20涉及根据技术方案18所述的电力系统，其中，所述控制器模块配置成在一旦检测到电故障就时有选择地启用旁路电流通路的至少子集。

附图说明

在附图中：

图1是根据本文中所描述的各个方面的飞机和飞机的配电系统的自顶向下示意图。

图2是根据本文中所描述的各个方面的配电系统的示意图。

图3是根据文中描述的各个方面的启用旁路电流通路的图2的配电系统的示意图。

图4是根据文中描述的各个方面的另一配电系统的示意图。

图5是根据文中描述的各个方面的具有电接地的另一配电系统的示意图。

图6是根据文中描述的各个方面的具有交流发电机的另一配电系统的示意图。

图7是根据文中描述的各个方面的具有带双绕组的交流发电机的另一配电系统的示意图。

图8是示意根据本文中描述的各个方面的电力系统操作方法的流程图的实例。

具体实施方式

本发明的所描述的方面涉及与配电网络或系统相关联的方法和设备。其中可使用这种方法和设备的一个实例环境包括但不限于用于飞机的配电系统。虽然本说明书主要针对用于飞机的配电系统，但其还适用于使用配电系统的任何商业或住宅环境，在所述配电系统中接收输入电力，对其起作用(视需要)，并分配到一个或多个电负载。在另一个非限制性示例中，能够将本公开的各个方面用于水力分配。

虽然将描述“一组”各种元素，但将理解的是，“一组”可以包括任何数量的对应元素，包括仅一个元素。同样如本文所使用的，虽然传感器可以被描述为“感测”或“测量”对应值，但是感测或测量可以包括确定指示对应值或与对应值相关的值，而不是直接感测或测量值本身。感测或测量的值可以另外提供给附加部件。例如，所述值可以被提供给控制器模块或处理器，并且控制器模块或处理器可以对该值执行处理以确定表示所述值的代表值或电特性。

尽管本文中可使用诸如“电压”、“电流”和“电力”的术语，但对本领域技术人员显然在描述电路或电路操作的各方面时，这些术语可互换。除非另外指明，否则连接参考(例如，附接、连接(coupled/connected)和接合)应在广义上来解释，且可包括一系列元件之间的中间构件以及元件之间的相对移动。因而，连接参考不一定推断两个元件直接连接且彼此成固定关系。在非限制性实例中，连接或断开连接可以受到选择性配置，受到连接或者可以是可连接的，从而对相应元件之间的电连接予以提供、启用或者禁用等。非限制性示例配电总线连接或断开连接可借助于开关、总线联络逻辑或被配置成启用或禁用总线下游的电负载的通电的任何其它连接器来启用或操作。

如本文所使用的，“系统”或“控制器模块”可以包括至少一个处理器和存储器。存储器的非限制性实例可包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存存储器或例如光盘、DVD、CD-ROM等的一种或多种不同类型的便携式电子存储器，或这些类型的存储器的任何合适组合。处理器可被配置以运行任何合适的程序或可执行指令，其被设计成进行各种方法、功能性、处理任务、计算等等，以实现或达成技术操作或本文中所描述的操作。程序可以包括计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括用于承载或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构的机器可读介质。这类机器可读介质可以是可由通用或专用计算机或具有处理器的其它机器访问的任何可用介质。通常，这样的计算机程序可以包括具有执行特定任务或实施特定抽象数据类型的技术效果的例程、程序、对象、组件、数据结构、算法等。

如本文所使用的，可控开关元件或“开关”是可受到控制从而在第一工作模式和第二工作模式之间切换的电设备，在第一工作模式中，开关“闭合”，其意在将电流从开关输入传输至开关输出，在第二工作模式中，开关“断开”，其意在避免电流在开关输入和开关输出之间传输。在非限制性示例中，可以有选择地配置连接或者断开连接(例如，由可控开关元件启用或禁用的连接)，从而对相应元件之间的电连接予以提供、启用或者禁用等。

可以在任何具有开关的电路环境内实施本公开的各个方面。一个可以包括本公开的各个方面的电路环境的非限制性示例是飞机电力系统架构，其实现了从优选为燃气涡轮发动机的涡轮发动机的至少一个转轴(spool)产生电力，并将所述电力经由至少一个固态开关(例如，固态电力控制器(SSPC)开关设备)输送至一组电负载。SSPC的一个非限制性示例可以包括基于碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)的高电力开关。可以基于SiC或GaN的固态材料构造、它们以较小且较轻的形状因子处理高电压和大电力水平的能力以及它们极快速地执行电操作的高速开关能力而对SiC或GaN加以选择。可以包括额外的开关设备或额外的硅基电力开关。

示例性附图仅仅是出于说明的目的，且附图中反映的尺寸、位置、顺序和相对大小可变化。

如图1中所说明，飞机10被示为具有至少一个燃气涡轮发动机，其被示为左发动机系统12和右发动机系统14。或者，所述电力系统可具有更少或额外的发动机系统。左发动机系统12和右发动机系统14可以基本类似或等同，并且可以进一步包括诸如电机或发电机的至少一个电源，其被例示为每一相应的发动机系统12、14内的第一发电机18和第二发电机19。虽然仅示意性地例示了两个发电机18、19，但是在本公开包含的各个方面中，可以在(例如)单发动机系统12、14处利用一组发电机进行发电。

飞机被进一步示为具有一组耗电部件或电负载20，例如，致动器负载、飞行关键负载和非飞行关键负载。电负载20经由配电系统与发电机18、19中的至少一个电耦接，所述配电系统包括(例如)输电线22、导线、汇流条或者配电节点应了解，图1的本发明的所说明的方面仅是配电系统的一个非限制性示例，而且本公开可以设想除了所示出的之外的很多其他可能的方面和配置。此外，图1中所描绘的各种部件的数目和放置同样是与本发明相关联的方面的非限制性实例。

在飞机10中，操作中的左发动机系统12和右发动机系统14提供机械能，所述机械能通常可经由涡轮发动机线轴提取以为该组发电机18、19提供驱动力。该组发电机18、19因而进行发电，例如，直流(DC)电，并将所发的电提供给传输线22。在本公开的各个非限制性方面的肮脏和，传输线22或者与之连接的配电节点能够，例如按需提供开关、电力转换或者分配管理功能，从而向电负载20提供预期的电力，以实现负载操作。

示例性配电管理功能可包括但不限于依据例如可用配电供应、电负载20功能的关键性或者诸如起飞、巡航或地面操作的飞行器操作模式来有选择地启用或停用向特定电负载20的电力输送。可包括额外管理功能。此外，可包括用于对电负载20供电的额外电源，例如应急电源、冲压空气涡轮系统、起动机/发电机或电池组，且它们可代替所述电源。应了解，虽然本发明的一个方面示出在飞机环境中，但本发明不限于此且一般应用到非飞机应用，例如其它移动应用和非移动工业、商业和住宅应用中的电力系统。

图2说明配电系统30的非限制的示意性实例。如图所示，配电系统30可以包括被例示为第一电源32和第二电源34的一组发电机系统。可以对第一电源32和第二电源34进行配置、调适等，以提供对应的各DC电力输出。如图所示，第一电源32和第二电源34可以串联布置。配电系统30还可以包括对应的第一电负载36和第二电负载38，彼此也串联布置，以及第一电源32和第二电源34。该组电源32、34以及该组电负载36、38可以通过一组传输线或导线40连接。

第一或第二电源32、34的非限制性示例可以包括但不限于前述的一组发电机18、19或者其他电源，诸如一组电池、光伏电源、风力电源或辅助发电机等。此外，尽管仅示例了示意性的单电负载36、38，但是电负载36、38可以表示受到配电系统30供电的一组电负载。在本公开的非限制性示例中，第一电负载36可以表示消耗第一电源32或者第二电源34提供的电力的很大部分或全部的一组电负载。类似地，在本公开的另一非限制性示例中，第二电负载38可以表示消耗第一电源32或者第二电源34提供的电力的很大部分或全部的一组电负载。在这个意义上，第一电负载36或第二电负载38可以成对地与具体的第一电源32或第二电源34“相关联”。

在本公开的又一非限制性方面，第一电源32和第二电源34从电的角度来看可以基本类似或者等同，例如，均为270伏直流(DC)发电机。在第一电源32和第二电源34基本类似的情况下，第一电负载36或者第二电负载38可以与第一电源32或者第二电源34的任一者成对地“相关联”。在本公开的另一非限制性方面，可以将第一电负载36和第二电负载38预先确定、预先选择或者在电的方面布置为使得电负载36、38从电的角度或者电力需求来看是等同的。

配电系统30还可以包括第一组开关42、46、48、50，每一开关具有可控制的开关元件44。第一组开关42、46、48、50的每一个可以与对应的电源32、34或者电负载36、38相关联，如图所示。例如，第一开关42与第一电源32串联并与之相关联，第二开关46与第二电源34串联并与之相关联，第三开关48与第一电负载36串联并与之相关联，第四开关50与第二电负载38串联并与之相关联。

配电系统30被示为进一步具有一组旁路电流通路，所述一组旁路电流通路独立地与该组电源32、34的至少子集以及该组负载36、38的至少子集相关联。文中使用的“独立地相关联”是指各旁路电流通路能够独立于其他旁路电流通路或者未被旁路绕开的电流通路工作。所述一组旁路电流通路可以均包括第二组开关52、54、56、58中的相应开关，所述开关与所述旁路电流通路同处线路内，从而启用或者禁用与相应的电源32、34、电负载36、38以及相关联的第一组开关42、46、48、50并联的电流通路。例如，第五开关52被电布置为与第一电源32和第一开关42电并联，从而在第五开关52闭合，第一开关42断开时，使第一电源32被“绕开”，从而与配电系统30断开连接。在另一示例中，第六开关54被电布置为与第二电源34和第而开关46电并联，从而在第六开关54闭合，第二开关46断开时，使第二电源34被“绕开”，从而与配电系统30断开连接。在又一示例中，第七开关56被电布置为与第一电负载36和第三开关48电并联，从而在第七开关56闭合并且第三开关48断开时，使第一电负载36被绕开，从而与配电系统30断开连接。在又一示例中，第八开关58被电布置为与第二电负载38和第四开关50电并联，从而在第八开关58闭合并且第四开关50断开时，使得第二电负载38被绕开并且与配电系统30断开连接。

尽管第一组开关42、46、48、50被例示为具有可控开关元件44的机械类型开关，并且第二组开关52、54、56、58被例示为晶体管类型的开关，但是在本公开可以设想的各个非限制性方面，每一开关或者子集可以包括机械型开关、晶体管型开关或其组合。第一组和第二组开关42、46、48、50、52、54、56、58的所有置换均包含在内。

配电系统30可以进一步包括具有处理器62和存储器64的控制器模块60。控制器模块60可以通过通信连接70与第一组开关42、46、48、50和第二组开关52、54、56、58通信连接。从这一意义上来讲，控制器模块60或处理器62配置成根据适当的程序或者可执行指令集使开关42、46、48、50、52、54、56、58的至少子集操作断开或闭合。

在本公开的一个非限制性方面，控制器模块60或处理器62可以配置成同时操作(即，启用或者禁用)配对的至少两个开关42、46、48、50、52、54、56、58中的导电连接。例如，在本公开的一个非限制性方面，配对的开关可以包括与相应的电源32、34或者电负载36、38相关联的至少两个开关。因而，第一对开关可以包括第一开关42和第五开关52，第二对开关可以包括第二开关46和第六开关54，第三对开关可以包括第三开关48和第七开关56，第四对开关可以包括第四开关50和第八开关58。通过对与各电源32、34或者电负载36、38相关联的成对开关进行操作控制，控制器模块60或处理器62能够对电源32、34或者电负载36、38做出影响、控制、操作或者使之与配电系统30断开(通过断开第一组开关42、46、48、50中的至少一个)，同时启用相关联的旁路电流通路(通过闭合第二组开关52、54、56、58中的至少一个)，从而绕过电源32、34或者电负载36、38的当前断开的串联连接。

在本公开的另一非限制性方面，可以将控制器模块60或者处理器62配置为同时对至少两对开关进行操作，其中，至少第一对开关选自与电源32、35相关联的开关对的子集，并且其中，至少第二对开关选自与电负载36、38相关联的开关对的子集。从这一意义上来讲，控制器模块60或者处理器62能够同时对至少一个电源32、34以及至少一个电负载36、38进行影响、控制、操作或者将其从配电系统30中绕开。在本公开可以包含的各个方面，可以同时绕开类似数量的电源32、34和电负载36、38(例如，一个电源和一个电负载或者两个电源和两个电负载)。

图3示出了配电系统30的非限制性示例，其中，绕开了第一电源32和第一电负载36，如文中所述。如图所示，第一开关42被以可控方式断开，从而使第一电源32与导线40断开连接，同时第五开关52被以可控方式闭合，从而绕开第一电源32，并使配电系统30的电流环路闭合。箭头表示所述旁路电流通路，其绕开了第一电源32。类似地，第三开关48被以可控方式断开，从而使第一电负载36与导线40断开连接，同时第七开关56被以可控方式闭合，从而绕开第一电负载36，并使配电系统30的电流环路闭合。箭头表示所述旁路电流通路，其绕开了第一电负载36。如图所示，第二电源34和第二电负载38通过相应闭合的第二开关46和第四开关44以可控方式与配电系统连接，并且使第六开关54和第八开关58以可控方式断开，从而禁用这些相应的旁路电流通路。

在操作过程中，控制器模块60或处理器62配置成基于，例如配电系统30的工作特点或者电条件可选择地对相应的该组电源32、34、该组电负载36,38或者与之相关联的旁路电流通路进行启用或禁用或者进行连接或断开连接。例如，在本公开的一个非限制性方面，某些临时或者暂时电负载36、38(例如，除冰系统)在较为温暖的天气里不会用到或者在某些飞行阶段不会被连续使用。在本公开的另一个非限制性方面，对电源32、34或者电负载36、38的电故障或失败(包括但不限于短路、电弧故障等)的检测可能影响绕开具体的部件32、34、36、38的决定。在本公开可以包含的又一些非限制性方面，控制器模块60或者处理器62可以基于优先权设置、负载均衡或者共享考虑事项绕开电源或电负载。

在本公开的又一非限制性方面，可以通过控制器模块60或者处理器62对第二组开关56、58的至少子集进行操作，以控制或者确保在各电负载36、38处接收到的电压具有预期容差，例如，具有所有负载中的电流均相等的这一约束条件。例如，有源负载，包括但不限于DC到DC转换器或者电动机驱动器，可以具有在时间上存在变动的电力需求。在这一示例中，控制器模块60或处理器62可以按照主从控制方案工作，其中，控制器模块60基于所需或者预期的总负载电力以及跨越通往每一电负载36、38的输入的电压向每一电负载36、38发送供电命令。因而，如果既定电负载36、38的输入电压高于标称预期值，那么与标称预期电力相比，控制器模块60可以因而“命令”或者使得更多电力进入该既定电负载，如果其输入电压低于标称值则“命令”或者使得低于标称电力的电力进入另一电负载36、38。在另一非限制性示例中，控制器模块60或处理器62可以按照落差(droop)控制方案工作，其中，使所命令的进入电负载36、38的delta电力(相对于该电负载的标称预期电力)与相距该负载的标称预期电压的delta输入电压成比例。

在主从控制或者落差控制中，用以实现共享的就电力而言的最大delta都受限于标称预期电力值以上和以下的最高预期值。如果发生了电故障，那么未发生故障(并且未被绕开)的电负载36、38将取得最高电力delta以图限制其电压，而发生故障的负载则取得其最低电力，以限制故障电流。对应地，对应的至少一个电源32、34处的电力输出将在一段时间内下降至零，电压也因而下降至零，以限制跨越未发生故障的负载的最高电压，同时电负载36、38处的预期电力值将近于使得未发生故障的电负载36、38具有正常电流水平并且跨越发生故障的电负载36、38和对应的至少一个电源32、34具有零电压。一旦跨越发生故障的负载和对应的至少一个电源32、34的电压分别引起了零电流，那么控制器模块60或处理器62可以通过操作第一开关42、46、48、50的相应子集而完成对相应电源32、34和电负载36、38的绕开。

不管所检测、估算、计算或者以其他方式确定的工作特点或电条件如何，控制器模块60或处理器62都可以如文中所述对该组开关42、46、48、50、52、54、56、58进行操作，从而在需要的地方启用旁路电流通路，继而允许配电系统30能够在没有不需要的、不必要的或者有问题的部件的情况下工作。

可以包含本公开的额外方面。例如，在一个非限制性方面，第二组开关52、54、56、58可以能够在预定的额定负载电流上在旁路操作期间反复进行断开和闭合旁路电流通路的开关操作，从而在必要时限制配电系统中的电流。例如，如果一个电负载36、38发生故障，那么串联的无故障电负载36、38可以至少部分地限制故障电流，并且第二组开关52、54、56、58中的至少一个能够通过开关操作进一步降低故障电流或者对所得到的系统30电流进行管理。在本公开的另一个非限制性方面，通过绕开类似数量的电源32、34和电负载36、38，能够提供并且通过配电系统30有选择地供应高电压(例如，高于540伏DC)，同时保持供电系统电流水平。

在本公开的另一个非限制性方面，第二组开关52、54、56、58可以替代性地或者额外地包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或者绝缘栅双极晶体管(IGBT)连同反向二极管等等。如果仅沿单个方向传输电力(例如，仅从电源32、34流向电负载36、38)，那么第二组开关52、54、56、58可以包括二极管。

尽管图2和图3示出了具有两个电源电源32、34和两个电负载36、38的示例性配电系统30，但是本公开的各个方面可以包括具有任何相等数量的电源和电负载的配电系统30。图4示出了根据本公开的另一方面的另一配电系统130。配电系统130类似于配电系统30；因此，相似部分将使用相似编号加100来标识，且应了解除非另外指出，否则对配电系统30的相似部分的描述适用于配电系统130。

如图所示，配电系统130可以包括四个电源132、134、172、174，每一电源132、134、172、174具有来自第一组开关42、46、180、182的开关以及具有来自第二组开关152、154、188、190的开关的独立关联旁路电流通路。类似地，配电系统130可以包括四个电负载136、138、176、178，每一电负载136、138、176、178具有来自第一组开关48、50、184、186的开关以及具有来自第二组开关56、58、192、194的开关的独立关联旁路电流通路。每一开关42、46、48、50、56、58、152、154、180、182、184、186、188、190、192、194都可由控制器模块60或处理器62经由相应的一组通信连接170加以控制。

可以按照配对方式对与特定电源132、134、172、174或者电负载136、138、176、178相关联的开关进行操作(例如，开关180和188或者开关184和192)，从而使相应的部件132、134、136、138、172、174、176、178与配电系统130连接或者将其绕开。类似地，可以按照等编号(numbered)配对方式可操作地绕开至少一个电源132、134、172、174和至少一个电负载136、138、176、178(例如，一个电源和一个电负载，或者三个电源和三个电负载)。如图所示，通过成对地操作开关180和188而绕开了第三电源172(旁路电流通路如箭头所示)，并且通过成对地操作开关50和58而绕开了第二电负载138(旁路电流通路如箭头所示)。而且，如图所示，不要求同时绕开对应“编号”的电源和电负载。例如，如图所示，在“第三”电源172被绕开的同时，“第二”电负载138被绕开。因而，被绕开的电源和电负载未必具有相同的“位置”、串联串、串联位置或者串联命名。可以设想“带编号”的电源和“带编号”的电负载的任何置换。

图5示出了根据本公开的另一方面的另一配电系统230。配电系统230类似于配电系统30、130；因此，相似部分将使用相似编号加200来标识，且应了解，除非另外指出，否则对配电系统30、130的相似部分的描述适用于配电系统230。

如图所示，配电系统230可以包括连接于电源232、234、电负载236、238或其组合之间的电接地296。在所例示的配置中，电故障能够使电流在接地通路296中流动，从而在故障期间消除串联电源232、234和电负载236、238对之间的相互作用。在这一示例中，能够按照常规方式保护电故障。

图6示出了根据本公开的另一方面的另一配电系统330。配电系统330类似于配电系统30、130、230；因此，相似部分将使用相似编号加300来标识，且应了解，除非另外指出，否则对配电系统30、130、230的相似部分的描述适用于配电系统330。

图6示出了具有作为第一电源332的第一AC发电机和作为第二电源334的第二AC发电机的示例性配电系统330。每一相应的电源332、334与整流器398连接，从而将AC电力输出整流为提供给配电系统330的DC电力输出。或者或此外，示例性配电系统330可以包括作为第一电负载336的第一电动机和作为第二电负载338的第二电动机。每一相应的电负载336、338与逆变器399连接，从而将配电系统330接收到的DC电力转化为例如用于起动相应电动机的起动电力。

图7示出了根据本公开的另一方面的另一配电系统430。配电系统430类似于配电系统30、130、230、330；因此，相似部分将使用相似编号加400来标识，且应了解，除非另外指出，否则对配电系统30、130、230、330的相似部分的描述适用于配电系统430。

图7示出了具有作为第一电源432的AC发电机的示例性配电系统430，所述第一电源432具有多组发电机绕组，即第一组绕组495和第二组绕组497。每一相应的供电的一组绕组495、497与整流器498连接，从而将AC电力输出整流为提供给配电系统430的DC电力输出。在这一示例中，如文中所述，可以绕过成组的绕组495、497中的至少一个，而不绕过整个电源432。

或者或此外，示例性配电系统430可以包括作为第一电负载436的电动机，所述第一电负载436具有多个起动绕组，所述多个起动绕组被示为第一组起动绕组491和第二组起动绕组493。每一相应的一组起动绕组491、493与逆变器499连接，从而将配电系统430接收到的DC电力转化为(例如)用于起动相应电动机的起动电力。在这一示例中，如文中所述，可以绕过成组的起动绕组491、493中的至少一个，而不绕过整个电负载436。

图8示出了演示配电系统30、130、230、330、430的操作方法500的流程图。方法500开始于在510中检测电力系统部件中的电条件，电力系统部件包括串联的一组电源和一组电负载。接下来，方法500继续在520中启用与电力系统部件并联的第一旁路电流通路并且从所述串联中对所述电力系统部件禁用。在启用第一旁路电流通路的同时，在530中启用与另一电力系统部件并联的第二旁路电流通路，并从所述串联中禁用所述另一电力系统部件。在前述方法500中，所述电力系统部件和所述另一电力系统部件是包括一个电源和一个电负载的一对部件。

额外的非限制性方法500步骤可以包含其中，例如，检测电条件包括检测电力系统部件中的电故障。在可以进一步包含的方法500的各个非限制性方面，启用第一旁路电流通路或者启用第二旁路电流通路中的至少一个将使得发生故障的电力系统部件被绕开。在方法500的又一非限制性方面，启用第一旁路电流通路可以包括将该组电源供应的电力分配给一组未发生故障的电负载，如文中所述。在方法500的又一非限制性方面，启用第二旁路电流通路可以包括在一段时间内降低至少一个电源供应的电力，直到没有电力供应，之后使所述至少一个电源与该电力系统解耦，如文中所述。

所描述的顺序仅用于例示的目的，并不意味着以任何方式限制方法500，因为应该理解的是，所述方法的各部分可以以不同的逻辑顺序进行，可以包括额外的或插入的部分，或者所述方法的所描述部分可以被分成多个部分，或者所述方法的所描述部分可以被省略而不偏离所描述的方法。

本发明涵盖除了上图中所示出的方面和配置之外的许多其它可能的方面和配置。举例来说，可包括本发明的另外非限制性方面，其中第一配电系统可被可操作地配置、布置、控制等等，以向第二配电系统提供补充或冗余电力输出或电力供应。另外，可包括本发明的非限制性方面，其中配电系统中可包括任何数目的发电机系统(例如三个发电机系统、四个发电机系统、五个发电机系统等)以按需要或期望提供补充或冗余电力输出或电力供应。另外，可重新布置各种部件的设计和放置，使得能够实现多种不同的线路内配置。

文中公开的各个方面提供了具有一组旁路电流通路的配电系统。技术效果是上文描述的各个方面实现了对至少一个电源和至少一个电负载的启用或禁用，或者连接和断开连接。随着飞机或者配电系统上的负载电力的提高，可利用更高的电压来为这些负载供电。在上述方面中可实现的一个优势在于针对特殊化配电需要进行量身定制可减少不必要或冗余的配电部件的数目，同时提供相当级别的配电特性或冗余性。通过电源的串联连接实现的更高电压的电力系统使得更多的电力可被用于更高功耗的电负载，例如，所述电负载可以是例如为飞机提供起飞和爬升辅助的混合系统或者直接能量系统。

本公开的各个方面可以进一步实现高电压电力(例如，540伏直流电)，同时确保电故障仍然得到足够的管理，从而不容许高电流故障的出现，由此减少电弧接地故障的风险或者使所述风险降至最低。通过降低和管理故障电流，将不再需要高电流DC断路器，从而降低了电力系统的成本和重量。上文所描述的方面的另一优势在于，配电系统允许进行飞行或者过程方面的重新配置，从而在该特定情况启用电负载或者禁用不必要的电负载，同时向诸如飞行关键负载或应急负载的一组电负载提供供电冗余性。

当设计飞机部件时，所要解决的重要因素是大小、重量和可靠性。上文所描述的配电系统重量更轻、大小更小、性能更高、系统可靠性更强。较少数目个部件和减少的维护将使得产品成本和操作成本降低。在飞行期间，重量和大小的减小与竞争性优点相关。

在未描述的范围内，各个方面的不同特征和结构可以根据需要彼此组合使用。无法在所有方面说明这一特征并不意味着将其解释为不可能，而是为了简洁描述而完成。因此，不同方面的各种特征可以根据需要混合和匹配以形成新的方面，不管新方面是否被明确描述。本文所述的特征的组合或置换被本公开所覆盖。

本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本公开的各方面，并且还使本领域技术人员能够实践本公开的各方面，包括制作和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。本公开的可取得专利权的范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质区别的等同结构元件，则这些其它示例意图在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种电力系统，其包括：

串联布置的第一电源和第二电源；

与第一电源和第二电源串联布置的第一电负载和第二电负载；以及

与第一电源、第二电源、第一电负载和第二电负载的至少子集独立地相关联的一组旁路电流通路，并且其中，有选择地启用所述一组旁路电流通路，从而允许电流绕过一对部件，所述一对部件包括第一电源和第二电源中的至少一个以及第一电负载和第二电负载中的至少一个。

2.根据权利要求1所述的电力系统，其中，所述一组旁路电流通路布置成与第一电源、第二电源、第一电负载和第二电负载的至少相应的子集并联。

3.根据权利要求1所述的电力系统，其中，所述一组旁路电流通路与第一电源、第二电源、第一电负载和第二电负载中的每一个独立地相关联。

4.根据权利要求1所述的电力系统，其还包括与所述一组旁路电流通路相关联并且与相应的第一电源、第二电源、第一电负载或第二电负载串联的一组第一可开关元件。

5.根据权利要求4所述的电力系统，其中，所述一组旁路电流通路包括相应的处于线路内的一组第二可开关元件。

6.根据权利要求5所述的电力系统，其还包括控制器模块，所述控制器模块配置成有选择地操作所述一组第一可开关元件和所述一组第二可开关元件。

7.根据权利要求6所述的电力系统，其中，所述控制器模块配置成通过断开关联的第一可开关元件以及通过借助于相应的第二可开关元件连接相应的旁路电流通路而有选择地启用所述旁路电流通路的至少子集。

8.根据权利要求7所述的电力系统，其中，所述控制器模块配置成有选择地启用所述一对部件的旁路电流通路。

9.根据权利要求8所述的电力系统，其中，所述控制器模块配置成当在所述一对部件中的至少一个内发生了故障或失败中的至少一个时选择地启用所述一对部件的旁路电流通路。

10.根据权利要求1所述的电力系统，其中，所述第一电源和所述第二电源基本类似。

11.根据权利要求1所述的电力系统，其中，所述第一电源或第二电源中的至少一个是高电压直流电源。

12.根据权利要求1所述的电力系统，其还包括多于两个电源以及多于两个电负载，其中电源的数量等于电负载的数量。

13.一种操作电力系统的方法，其包括：

检测电力系统部件中的电条件，所述电力系统部件包括串联的一组电源和一组电负载；

由控制器模块启用与所述电力系统部件并联的第一旁路电流通路并且从所述串联中禁用所述电力系统部件；以及

同时由控制器模块启用与另一电力系统部件并联的第二旁路电流通路并且从所述串联中禁用所述另一电力系统部件；

其中，所述电力系统部件和所述另一电力系统部件是包括一个电源和一个电负载的一对部件。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，检测电条件包括检测所述电力系统部件中的电故障。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，启用第一旁路电流通路或者启用第二旁路电流通路中的至少一个绕开发生故障的电力系统部件。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，启用第一旁路电流通路包括将所述一组电源供应的电力分配给一组未发生故障的电负载。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，启用第二旁路电流通路包括在一段时间内降低由至少一个电源供应的电力，直到不供应任何电力，之后使所述至少一个电源与所述电力系统解耦。

18.一种电力系统，其包括：

一组串联布置的直流电源；

与所述一组电源串联布置的一组电负载；

与所述一组电源和电负载独立相关联的一组旁路电流通路；以及

控制器模块，其配置成有选择地启用旁路电流通路的至少子集，从而允许电流绕过包括所述一组电源中的至少一个和所述一组电负载中的至少一个的一对部件。

19.根据权利要求18所述的电力系统，其中，与所述一组电源相关联的启用的旁路电流通路的数量等于与所述一组电负载相关联的启用的旁路电流通路的数量。

20.根据权利要求18所述的电力系统，其中，所述控制器模块配置成在检测到电故障时有选择地启用旁路电流通路的至少子集。

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