CN110611329A - 一种用于减少飞机电源系统尖峰电流的装置、应用及方法 - Google Patents
一种用于减少飞机电源系统尖峰电流的装置、应用及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110611329A CN110611329A CN201910938586.9A CN201910938586A CN110611329A CN 110611329 A CN110611329 A CN 110611329A CN 201910938586 A CN201910938586 A CN 201910938586A CN 110611329 A CN110611329 A CN 110611329A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- power
- converter
- grid
- current
- storage battery
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
- H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
本发明提供一种用于减少飞机电源系统尖峰电流的装置、应用及方法，所述方法可在基本不改变电源系统架构的同时，减低飞机电源系统尖峰电流，提高电源系统应对瞬时加载的能力，从而减少电源系统电压波动、提升电源系统电能质量、提高电源系统稳定性与安全性。同时该方法具备通用性，可兼容多个型号使用，降低设计成本，具有应用价值和经济收益。
Description
技术领域
本发明属于航空电气系统领域，具体涉及一种用于减少飞机电源系统尖峰电流的装置、应用及方法。
背景技术
当前电源系统主要由主发电系统、辅助发电系统、应急发电系统、外部电源及蓄电池组成，用于向机载用电设备提供符合供电特性和容量要求的交直流电功率。
目前航空电源系统设计中，发电机容量的选择基于电气负载统计和容量分析工作，电气负载工作模式主要包括持续负载，5分钟负载，5秒钟负载分析，通过不同负载工作模式及电源系统故障状态，从而得到发电机额定容量、过载容量要求，确定发电机容量要求。但随着多电技术的发展，飞机越来越多的采用了电动机负载，电动机(如电动液压泵，EMP)开环起动时，起动电流较大，一般达到额定电流的3倍左右，导致电源系统产生尖峰电流，造成电源系统电压波动、熔断器或断路器的误动作，降低电源系统安全性与稳定性。
目前，飞机电源系统主要通过以下两种方法解决尖峰电流带来的问题，一是通过增加电源系统额定容量，支撑瞬时负载增加的工况，这样虽然提高了电源系统稳定性，但电源系统容量的增大，往往带来电源系统重量的增加，减低了飞机的经济性。二是通过增加变频器，实现电机的闭环起动，控制电动机的起动电流，减小起动时尖峰电流冲击。若采用变频器实现电动机的闭环起动，则需要在每个电动机前串联一个变频器，增加飞机设计成本，增加电源系统整备质量、增加飞机制造成本，降低飞机运行时的经济性。此外，若电源系统已完成设计定型，增加变频器将导致电源系统架构发生较大更改。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种用于减少飞机电源系统尖峰电流的装置，所述装置包括蓄电池系统和并网电能变换器，所述并网电能变换器一端连接蓄电池系统，另一端安装于瞬时冲击负载前端或交流汇流条前端；
进一步地，所述并网电能变换器包括锁相环、电流控制、DC-AC变换器和DC/DC变换器，所述锁相环通过电流控制器连接DC-AC变换器，所述DC/DC变换器一端连接蓄电池系统，另一端连接DC-AC变换器；
进一步地，所述锁相环用于采集并网侧电压并进行锁相；
所述电流控制通过对锁相环输出的电角度和电压以及外部接收的电流指令值进行策略控制，输出PWM信号；
所述DC/DC变换器用于将蓄电池的电能升压；
所述DC/AC变换器根据PWM信号和升压后的蓄电池的电能，输出并网电能变换器的电能；
进一步地，所述外部接收的电流指令值为根据电源系统尖峰电流大小，并网电能变换器输出幅值恒定，单位功率因数为1的电流指令，随着电源系统输出电流的减小，并网电能变换器输出电流幅值逐渐减小，功率因数保持为1；
进一步地，所述所述DC/AC变换器根据PWM信号和升压后的蓄电池的电能，输出并网电能变换器的电能的最终流向是冲击负载端，可以选择在电源系统端并联，或在冲击负载端并联；
进一步地，所述策略控制为基于P/Q解耦控制的PWM整流算法，所述策略控制用于实现有功功率与无功功率的解耦控制，稳定直流电压，同时控制并网侧功率因数；
进一步地，所述蓄电池系统用于为并网电能变换器提供直流电能，所述蓄电池系统包括电池包、电源接口、充电装置和状态检测装置；
进一步地，所述电池包由多个电芯组成，所述电池包用于实现多个电芯的串并联，使蓄电池满足容量及电压等级要求；
进一步地，所述电源接口包括接触器、预充电电路、熔断器和电流检测装置，所述电源接口用于实现蓄电池系统对外放电输出与充电输入；
进一步地，所述状态检测装置用于检测电池电压、温度、绝缘电阻和SOC，并将结果通信给电池控制单元；电池控制单元具有接触器管理、电池包安全性管理和充电状态检测功能；
进一步地，一种用于减少飞机电源系统尖峰电流的应用，所述应用具体为：所述蓄电池系统为多个APU蓄电池，所述并网电能变换器为起动功率单元；
所述起动功率单元用于将APU蓄电池的直流电转换为交流电，所述起动功率单元与瞬时冲击负载前端或为交流汇流条前端并联，在APU蓄电池及起动功率单元的电压等级和容量满足要求的情况下，通过改变起动功率单元的控制算法减少飞机电源系统尖峰电流；
进一步地，一种用于减少飞机电源系统尖峰电流的方法，所述方法通过蓄电池系统与配套的并网电能变换器构建减少电源尖峰电流的装置，在出现瞬态加载工况时，该装置在所接汇流条处或处于瞬态加载的负载输入端与电源系统并网，提供功率输出，从而降低电源系统尖峰电流；
进一步地，所述并网电能变换器用于将蓄电池输出的直流电转换为交流电，其中；
当蓄电池电压等级满足逆变要求时，并网电能变换器直接进行逆变；
当蓄电池电压等级不满足逆变要求时，并网电能变换器先进行DC/DC升压，再进行逆变；
并网电能变换器采集并网端电压进行锁相，得到电压及电角度，采集并网电能变换器输出端电流，进行电流闭环控制，控制并网电能变换器输出功率；
本发明的有益效果如下：
1、本发明在基本不改变电源系统架构的同时，减低飞机电源系统尖峰电流，提高电源系统应对瞬时加载的能力，从而减少电源系统电压波动、提升电源系统电能质量、提高电源系统稳定性与安全性；
2、本发明具备通用性，可兼容多个型号使用，降低设计成本，具有应用价值和经济收益；
3、减少尖峰电流装置可安装于瞬时冲击负载前端或为其供电汇流条前端，安装在负载前端的优点在于若瞬时冲击负载有多个汇流条供电时，可以在不同汇流条供电时，均实现并联输出，适合瞬时冲击负载安全性要求高，装备数量少的系统；
4、安装在汇流条前端的优点在于若多个瞬时冲击负载同时由一个汇流条供电，可以实现该装置的分时复用，适合瞬时冲击负载安全性要求低，装备数量多的系统。
附图说明
图1为减少飞机电源系统尖峰电流装置的应用场景图；
图2为基于现有飞机电源系统设备复用作为减少飞机电源系统尖峰电流装置的应用场景图；
图3为减少飞机电源系统尖峰电流装置功率拓扑图；
图4为并网电能变换器架构图；
图5为瞬时冲击负载下的电压有效值曲线图；
图6为瞬时冲击负载下的电流有效值曲线图。
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：
本申请提出一种用于减少飞机电源系统尖峰电流的装置、应用及方法，可在基本不改变电源系统架构的同时，减低飞机电源系统尖峰电流，提高电源系统应对瞬时加载的能力，从而减少电源系统电压波动、提升电源系统电能质量、提高电源系统稳定性与安全性。同时该方法具备通用性，可兼容多个型号使用，降低设计成本，具有应用价值和经济收益。
所述并网电能变换器包括锁相环、电流控制、DC-AC变换器和DC/DC变换器，所述锁相环通过电流控制器连接DC-AC变换器，所述DC/DC变换器一端连接蓄电池系统，另一端连接DC-AC变换器；
所述锁相环用于采集并网侧电压并进行锁相；
所述电流控制通过对锁相环输出的电角度和电压以及外部接收的电流指令值进行策略控制，输出PWM信号；
所述DC/DC变换器用于将蓄电池的电能升压；
所述DC/AC变换器根据PWM信号和升压后的蓄电池的电能，输出并网电能变换器的电能，所述策略控制为基于P/Q解耦控制的PWM整流算法，所述策略控制用于实现有功功率与无功功率的解耦控制，稳定直流电压，同时控制并网侧功率因数。所述外部接收的电流指令值为根据电源系统尖峰电流大小，并网电能变换器输出幅值恒定，单位功率因数为1的电流指令，随着电源系统输出电流的减小，并网电能变换器输出电流幅值逐渐减小，功率因数保持为1；所述DC/AC变换器根据PWM信号和升压后的蓄电池的电能，输出并网电能变换器的电能的最终流向是冲击负载端，可以选择在电源系统端并联，或在冲击负载端并联。
本发明减少飞机电源系统尖峰电流的方法为通过蓄电池与配套并网电能变换器构建减少电源尖峰电流的装置，在出现瞬态加载工况时，该装置在所接汇流条处或处于瞬态加载的负载输入端与电源系统并网，提供功率输出，从而降低电源系统尖峰电流。减少飞机电源系统尖峰电流装置的应用场景如图1所示。减少尖峰电流装置可安装于瞬时冲击负载前端或为其供电汇流条前端，安装在负载前端的优点在于若瞬时冲击负载有多个汇流条供电时，可以在不同汇流条供电时，均实现并联输出，适合瞬时冲击负载安全性要求高，装备数量少的系统；安装在汇流条前端的优点在于若多个瞬时冲击负载同时由一个汇流条供电，可以实现该装置的分时复用，适合瞬时冲击负载安全性要求低，装备数量多的系统。
本发明还提出一种，基于现有飞机电源系统设备复用作为减少飞机电源系统尖峰电流装置的方法，应用场景如图2所示。通过利用APU蓄电池配合起动功率单元，将APU蓄电池的直流电转换为交流电，与瞬时冲击负载前端或为其供电汇流条前端并联，在蓄电池及起动功率单元电压等级、容量满足要求的情况下，只需改变起动功率单元控制算法即可实现减少飞机电源系统尖峰电流的功能。
减少飞机电源系统尖峰电流装置的功率拓扑如图3所示，该装置由并网电能变换器、电池系统两部分组成。并网电能变换器主要用于将蓄电池输出的直流电转换为交流电，若蓄电池电压等级满足逆变要求，可直接进行逆变，否则在逆变前需进行DC/DC升压。并网电能变换器采集并网端电压进行锁相，得到电压及电角度，采集并网电能变换器输出端电流，进行电流闭环控制，控制并网电能变换器输出功率。控制策略可为基于P/Q解耦控制的PWM整流算法，实现有功功率与无功功率的解耦控制，能够稳定直流电压，同时控制并网侧功率因数。并网电能变换器的架构如图4所示。
蓄电池系统主要用于为并网电能变换器提供直流电能，主要由电池控制单元、电池包、电源接口、充电装置(可取消)以及状态检测装置组成。
电池包主要由电芯组成，用于实现多个电芯的串并联，使蓄电池达到所需的容量及电压等级；电源接口包含接触器、预充电电路、熔断器、电流检测装置等，用于实现蓄电池对外放电输出与充电输入，若蓄电池充电时无需充电装置则输入/输出接口可以复用，若需要充电装置则输入/输出接口隔离；电池状态检测装置需至少具备检测电池电压、温度、绝缘电阻、SOC的能力，并将结果通信给电池控制单元；电池控制单元需具备接触器管理、电池包安全性管理、充电状态检测等功能。
某型电源系统在未装备减少飞机电源系统尖峰电流装置与装备减少飞机电源系统尖峰电流装置后，面对瞬时冲击负载时的输出特性，如图5、图6所示。装备减少飞机电源系统尖峰电流装置情况后，飞机电源系统尖峰电流大大降低，电网电压波动也有明显下降。
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。
Claims (10)
1.一种用于减少飞机电源系统尖峰电流的装置，其特征在于，所述装置包括蓄电池系统和并网电能变换器，所述并网电能变换器一端连接蓄电池系统，另一端安装于瞬时冲击负载前端或交流汇流条前端。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述并网电能变换器包括锁相环、电流控制、DC-AC变换器和DC/DC变换器，所述锁相环通过电流控制器连接DC-AC变换器，所述DC/DC变换器一端连接蓄电池系统，另一端连接DC-AC变换器；
所述锁相环用于采集并网侧电压并进行锁相；
所述电流控制通过对锁相环输出的电角度和电压以及外部接收的电流指令值进行策略控制，输出PWM信号；
所述DC/DC变换器用于将蓄电池的电能升压；
所述DC/AC变换器根据PWM信号和升压后的蓄电池的电能，输出并网电能变换器的电能。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述策略控制为基于P/Q解耦控制的PWM整流算法，所述策略控制用于实现有功功率与无功功率的解耦控制，稳定直流电压，同时控制并网侧功率因数。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述蓄电池系统用于为并网电能变换器提供直流电能，所述蓄电池系统包括电池包、电源接口、充电装置和状态检测装置。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述电池包由多个电芯组成，所述电池包用于实现多个电芯的串并联，使蓄电池满足容量及电压等级要求。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述电源接口包括接触器、预充电电路、熔断器和电流检测装置，所述电源接口用于实现蓄电池系统对外放电输出与充电输入。
7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述状态检测装置用于检测电池电压、温度、绝缘电阻和SOC，并将结果通信给电池控制单元；电池控制单元具有接触器管理、电池包安全性管理和充电状态检测功能。
8.一种用于减少飞机电源系统尖峰电流的应用，基于上述权利要求1-7之一所述的装置，其特征在于，所述应用具体为：通过现有飞机电源系统设备复用作为减少飞机电源系统尖峰电流装置，所述蓄电池系统为多个APU蓄电池，所述并网电能变换器为起动功率单元；
所述起动功率单元用于将APU蓄电池的直流电转换为交流电，所述起动功率单元与瞬时冲击负载前端或为交流汇流条前端并联，在APU蓄电池及起动功率单元的电压等级和容量满足要求的情况下，通过改变起动功率单元的控制算法减少飞机电源系统尖峰电流。
9.一种用于减少飞机电源系统尖峰电流的方法，其特征在于，所述方法通过蓄电池系统与配套的并网电能变换器构建减少电源尖峰电流的装置，在出现瞬态加载工况时，该装置在所接汇流条处或处于瞬态加载的负载输入端与电源系统并网，提供功率输出，从而降低电源系统尖峰电流。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述并网电能变换器用于将蓄电池输出的直流电转换为交流电，其中；
当蓄电池电压等级满足逆变要求时，并网电能变换器直接进行逆变；
当蓄电池电压等级不满足逆变要求时，并网电能变换器先进行DC/DC升压，再进行逆变；
并网电能变换器采集并网端电压进行锁相，得到电压及电角度，采集并网电能变换器输出端电流，进行电流闭环控制，控制并网电能变换器输出功率。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910938586.9A CN110611329A (zh) | 2019-09-30 | 2019-09-30 | 一种用于减少飞机电源系统尖峰电流的装置、应用及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910938586.9A CN110611329A (zh) | 2019-09-30 | 2019-09-30 | 一种用于减少飞机电源系统尖峰电流的装置、应用及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110611329A true CN110611329A (zh) | 2019-12-24 |
Family
ID=68894131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910938586.9A Pending CN110611329A (zh) | 2019-09-30 | 2019-09-30 | 一种用于减少飞机电源系统尖峰电流的装置、应用及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110611329A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112242720A (zh) * | 2020-09-25 | 2021-01-19 | 中国直升机设计研究所 | 一种直升机大功率供电状态下电源系统稳压装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101950985A (zh) * | 2010-11-01 | 2011-01-19 | 上海兆能电力电子技术有限公司 | 单相并网光伏逆变器输出谐波及直流分量的抑制方法 |
| CN108667037A (zh) * | 2018-04-25 | 2018-10-16 | 安徽工程大学 | 基于p-dpc的statcom/bess微电网协同控制方法及其系统 |
-
2019
- 2019-09-30 CN CN201910938586.9A patent/CN110611329A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101950985A (zh) * | 2010-11-01 | 2011-01-19 | 上海兆能电力电子技术有限公司 | 单相并网光伏逆变器输出谐波及直流分量的抑制方法 |
| CN108667037A (zh) * | 2018-04-25 | 2018-10-16 | 安徽工程大学 | 基于p-dpc的statcom/bess微电网协同控制方法及其系统 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112242720A (zh) * | 2020-09-25 | 2021-01-19 | 中国直升机设计研究所 | 一种直升机大功率供电状态下电源系统稳压装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101550755B1 (ko) | 복합 발전 시스템용 전력 변환 장치 | |
| CN102983589B (zh) | 一种基于混合储能的电网友好型分布式电源的控制方法 | |
| CN109217458B (zh) | 电动船混合主电源系统及控制方法 | |
| Cvetkovic et al. | A testbed for experimental validation of a low-voltage DC nanogrid for buildings | |
| CN106385101B (zh) | 一种大功率型电梯自动救援装置实现供电的方法及装置 | |
| CN101931238A (zh) | 基于主从策略的微网系统协调控制方法 | |
| CN109904866B (zh) | 一种多元储能的微电网并网协调控制方法及其系统 | |
| CN103944157A (zh) | 一种用于钻机的直流供电系统及其控制方法 | |
| CN105207341A (zh) | 一种并离网型光伏储能充电桩的控制装置及方法 | |
| CN112510737A (zh) | 一种光伏储能充电站并离网协同控制方法及系统 | |
| CN112636321A (zh) | 一种石油钻机直流传输电力系统 | |
| Song et al. | Design and integration of the bi-directional electric vehicle charger into the microgrid as emergency power supply | |
| CN111585303B (zh) | 一种基于超级电容的船舶应急混合电站 | |
| CN110611329A (zh) | 一种用于减少飞机电源系统尖峰电流的装置、应用及方法 | |
| CN105226804A (zh) | 一种适用于航天移动测控的车载微电网系统 | |
| CN112510803A (zh) | 飞机分布式电网结构的单通道模块、发电系统及控制方法 | |
| e Silva et al. | Bidirectional DC-AC converter for isolated microgrids with voltage unbalance reduction capabilities | |
| Huang et al. | Design and Control of a Photovoltaic-Fed Dc-Bus Electric Vehicle Charging Station | |
| CN106786803A (zh) | 独立运行光伏发电系统供大于需时的一种无损功率平衡法 | |
| Choi et al. | 10kW rapid-charger for electric vehicle considering vehicle to grid (V2G) | |
| CN106877333B (zh) | 具备主动补偿能力的pwm整流器及其控制方法 | |
| CN215119008U (zh) | 一种动力电池充放电管理系统 | |
| CN111106621B (zh) | 一种具有低电压穿越功能的谐波隔离电源装置及控制方法 | |
| Ren et al. | Coordinated control for battery and supercapacitor in hybrid energy storage system in Microgrid | |
| JP2014055902A (ja) | 原子力発電プラント用直流電源設備 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191224 |