CN114039426A - 一种基于飞行器的智能固态配电网络及配电方法 - Google Patents

一种基于飞行器的智能固态配电网络及配电方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于飞行器的智能固态配电网络，采用三级配电架构搭建，由至少3个不低于400A的一级SSU单体固态单元组成一级配电架构、至少12个不低于50A的二级SSU单体固态单元组成二级配电架构，至少3个单个负载通道不低于15A的RPDU远程配电单元组成三级配电架构，至少1个智能控制单元组成。还包括一种基于飞行器的智能固态配电方法，根据智能固态配电网络状态进行正常配电运行状态和网络异常状态下的配电。本发明通过实时监控、实时控制、通道电流配置，实现对整个智能固态配电网络的电流分配，提高了智能化；降低了系统重量，提高可靠性。

Description

一种基于飞行器的智能固态配电网络及配电方法
技术领域
本发明涉及航空配电系统技术领域，特别是涉及一种基于飞行器的智能固态配电网络及配电方法。
背景技术
配电网络架构是飞行器的关键组成部分。现有飞行器的配电网络架构，多采用接触器、断路器、继电器、传感器与汇流条结合的方式实现传统的配电网络架构，汇流条的可靠性、汇流条的层级复杂性、汇流条的重量，传统器件、传感器的可靠性及寿命均严重制约了配电网络架构可靠性与安全性。
现有飞行器的配电网络架构仅能实现汇流条的各供电电源的切换，不能把相应的供电电源的切换精细化的延伸到负载端。
现有飞行器的配电网络架构中的控制器，仅能监控各汇流条电流，对汇流条进行供电、断电，不能实现各供电节点的电流适应性配置，使之更好地适应当前的电网状态。
现有飞行器的配电网络架构中的控制器，在电网异常条件下(如某电源供电不能提供后级负载需求)，仅能切断该汇流条保证电网安全，不能通过加载、卸载负载组实现电网电流重新分配保证该电源。
仅能监控各汇流条电流，对汇流条进行供电、断电，不能实现各供电节点的电流适应性配置，使之更好地适应当前的电网状态。
仅能实现汇流条的各供电电源的切换，不能把相应的供电电源的精细化切换延伸到负载端。
目前现有技术多为现有架构条件下配电系统的优化，但上述问题均一直存在。发明专利202011550021.2中提出“一种通用飞机配电系统”，对配电系统研究中的不足之处是：没有利用固态技术直接替代接触器、断路器、继电器、传感器与汇流条的组成架构增加了系统重量、降低可靠性，没有实现从供电电源端至负载端的全节点电流智能控制设计，没有实现从供电电源端至负载端的全节点电流智能化可配置设计，没有实现依据供电电源端电流状态实现负载组加载、卸载设计。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述技术问题，提供了一种基于飞行器的智能固态配电网络及配电方法，用于解决现有技术中飞行器配电系统智能化程度不足、现有结构可靠性偏低、重量过高、负载适应性不足的问题。
本发明技术方案：
智能控制单元通过现有的航空总线通讯技术，与SSU、RPDU组成通讯网络，通过实时监控、实时控制、通道电流配置，对SSU、RPDU发送相应的总线指令，控制SSU、RPDU，实现对整个智能固态配电网络的电流分配，实现整个配电网络负载的适应性智能匹配。异常情况下智能控制单元通过加载、卸载负载组指令，控制RPDU，实现电网电流的重新分配。
SSU、RPDU的自身保护功能实现负载及电网的短路、过流保护。
SSU(1)、SSU(2)、SSU(2)作为第一级的功率分配设备，连接在供电电源，与二级的SSU(11)、SSU(12)、SSU(13)、SSU(14)、SSU(21)、SSU(22)、SSU(23)、SSU(24)、SSU(31)、SSU(32)、SSU(33)、SSU(34)之间，上述设备通过配电线缆连接。上述设备的数量与电流规格依据实际负载情况进行选择、制定。SSU单体电流规格等级依据实际负载使用需求可以在该SSU单体固态单元通道最大电流额定基础上向下进行智能配置从而更好的适应实际负载情况。
RPDU(101)、RPDU(102)、RPDU(103)作为三级配电设备通过配电线缆连接在二级的SSU(11)、SSU(12)、SSU(13)、SSU(14)、SSU(21)、SSU(22)、SSU(23)、SSU(24)、SSU(31)、SSU(32)、SSU(33)、SSU(34)，与负载(1001)、负载(1002)、负载(2001)、负载(2002)、负载(3001)、负载(3002)之间。RPDU远程配电单元依据实际负载使用需求可以增加或缩减数量。单个RPDU远程配电单元包含多路负载控制通道，依据实际负载使用数量需求增加或缩减通道使用数量，依据实际负载使用供电来源需求在负载控制通道的输入端增加或缩减供电电源选择。RPDU远程配电单元电流规格等级依据实际负载使用需求可以在该RPDU远程配电单元通道最大电流额定基础上向下进行智能配置从而更好的适应实际负载情况。为保证RPDU的供电电源的多样性，依据负载实际需求，输入端可以连接多个供电电源。
发明的有益效果：
本发明的基于飞行器的智能固态配电网络：
1、通过现有的航空总线通讯技术，与SSU、RPDU组成通讯网络，通过实时监控、实时控制、实现对整个智能固态配电网络的电流分配，提高了智能化；
2、通过现有的航空总线通讯技术，与SSU、RPDU组成通讯网络，通过通道电流配置，实现整个配电网络负载的适应性智能匹配，提高了智能化。
3、通过现有的航空总线通讯技术，与SSU、RPDU组成通讯网络，异常情况下通过加载、卸载负载组指令，实现电网电流的重新分配，提高了智能化，提高了电网的异常情况下安全性。
4、通过通讯线缆、配电线缆与SSU、RPDU组成一种基于飞行器的智能固态配电网络，取消了汇流条、接触器、断路器、继电器、传感器使用，降低了系统重量，提高可靠性。
5、使用SSU、RPDU的三级节点式的架构设计，取代多级汇流条设计，把配电网络节点化，通过针对各节点单独控制，实现供电电源的精细化切换的延伸到负载端。
附图说明
图1为本发明一种基于飞行器的智能固态配电网络的系统整体原理示意图。
图2为本发明一种基于飞行器的智能固态配电网络的智能控制单元原理示意图。
图3为本发明一种基于飞行器的智能固态配电网络的SSU单体配电单元原理示意图。
图4为本发明一种基于飞行器的智能固态配电网络的RPDU远程配电单元原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的连接结构进行详细说明。
本实施例是一种基于飞行器的智能固态配电网络。
如图1所示，一种基于飞行器的智能固态配电网络，由智能控制单元、若干SSU单体配电单元、若干RPDU远程配电单元、相应的配电线缆、相应的通讯线缆组成。
本发明的基于飞行器的智能固态配电网络，采用三级配电架构搭建，由至少3个不低于400A的一级SSU单体固态单元组成一级配电架构、至少12个不低于50A的二级SSU单体固态单元组成二级配电架构，至少3个单个负载通道不低于15A的RPDU远程配电单元组成三级配电架构，智能固态配电网络还包括至少1个智能控制单元；通过实时监控、实时控制、通道电流配置，实现对整个智能固态配电网络的电流分配，实现整个配电网络负载的适应性智能匹配，以及异常情况下通过加载、卸载负载组，实现电网电流的重新分配，且通过SSU单体固态单元、RPDU远程配电单元的自身保护功能，实现负载及电网的短路、过流保护。
供电电源连接至少一个一级SSU单体固态单元的输入端，每个一级SSU单体固态单元的输出端连接至至少4个二级SSU单体固态单元的输入端，依据实际负载对电源类型、电流大小的使用需求，将大功率负载直接连接至一个二级SSU单体固态单元的输出端，依据实际负载对电源类型的使用需求，将每个RPDU远程配电单元的输入端连接至少一个二级SSU单体固态单元，每个RPDU远程配电单元的输出端连接小功率负载；智能控制单元通过现有的航空总线，与各级SSU单体固态单元、RPDU远程配电单元组成通讯网络。
主电源、应急电源、地面电源用于提供电源供电，负载为飞行器用电设备。
智能控制单元通过现有的航空总线通讯技术，与SSU、RPDU组成通讯网络，实现对整个智能固态配电网络的电流分配，实现整个配电网络负载的适应性智能匹配，异常情况下负载组加载、卸载。SSU、RPDU的自身保护功能实现负载及电网的短路、过流保护。
如图2所示，飞行器的智能固态配电网络中的智能控制单元，其主要特征为通过多个总线与SSU单体配电单元、RPDU远程配电单元进行通讯，通讯总线可以是网络型通讯总线，也可以是点对点通讯总线，以实际的智能固态配电网络架构的设计需求为准。
如图3所示，飞行器的智能固态配电网络中的SSU单体配电单元，该设备的主要特征，采用单体式设计，在不同的配电层级设计为不同的电流等级。例如:在一级SSU单体配电单元设计为不低于400A，在二级SSU单体配电单元设计为不低于50A。SSU单体配电单元具备，总线通讯，开通关断功能、电流电压采集功能、电流等级配置功能、过流保护功能、短路保护功能。在二级的SSU单体配电单元可以直接连接负载或者为后级RPDU远程配电单元提供功率输入。
如图4所示，飞行器的智能固态配电网络中的RPDU远程配电单元，该设备的主要特征，包含多个固态负载通道，每个通道可以依据负载的用电种类的需求，连接上一级别的SSU单体配电单元。RPDU远程配电单元具备，总线通讯，开通关断功能、电流电压采集功能、电流等级配置功能、过流保护功能、短路保护功能。RPDU远程配电单元输出端连接飞行器用电负载。
一种基于飞行器的智能固态配电网络，具体工作方法包括如下步骤：
1、正常运行
地面电源或应急电源供电或主电源后，智能控制单元、SSU单体配电单元、RPDU远程配电单元启动，智能控制单元通过通讯线缆发送配置指令，SSU单体配电单元、RPDU远程配电单元接收配置指令，依据当前的飞行器负载情况，把一级、二级、三级各节点的SSU单体配电单元、RPDU远程配电单元配置成合适的电流状态，如SSU(1)节点电流额定400A，实际负载电流300A，即由智能控制单元将SSU(1)配置为300A。其他节点以此类推，完成电网的适应性智能匹配。
智能控制单元通过通讯线缆完成配置后，对各节点SSU单体配电单元、RPDU远程配电单元通道发送控制指令，完成各节点的固态开关的开通关断，完成对整个智能固态配电网络的电流分配。一种基于飞行器的智能固态配电网络进入正常工作状态，同时实时监控各节点的SSU单体配电单元、RPDU远程配电单元电流状态。
2、异常情况
单个负载发生短时或过流故障时，与该负载交联的SSU单体配电单元、RPDU远程配电单元会针对该负载进行关断保护隔离该故障。
当某一节点设备级发生短时或过流故障时，由上一级SSU单体配电单元完成关断保护。
当供电电源发生故障时依据不同的故障类型，例如供电电源输出电流变小无法带动后级全部负载，智能控制单元通过通讯线缆发送负载组卸载信息，SSU单体配电单元、RPDU远程配电单元卸掉非关键负载保障电网的安全性，当供电电源输出电流恢复后，智能控制单元通过通讯线缆发送负载组加载信息，SSU单体配电单元、RPDU远程配电单元把非关键负载重新加载回原状态。
供电电源输出短路影响后级配电网络的安全性，智能控制单元针对距离该供电电源最近的SSU单体配电单元通过通讯线缆发送断开指令，使配电网络脱离故障供电电源。

Claims (10)

1.一种基于飞行器的智能固态配电网络，采用固态控制技术及总线通讯技术实现，其特征在于：采用三级配电架构搭建，由至少3个不低于400A的一级SSU单体固态单元组成一级配电架构、至少12个不低于50A的二级SSU单体固态单元组成二级配电架构，至少3个单个负载通道不低于15A的RPDU远程配电单元组成三级配电架构，智能固态配电网络还包括至少1个智能控制单元；通过实时监控、实时控制、通道电流配置，实现对整个智能固态配电网络的电流分配，实现整个配电网络负载的适应性智能匹配，以及异常情况下通过加载、卸载负载组，实现电网电流的重新分配，且通过SSU单体固态单元、RPDU远程配电单元的自身保护功能，实现负载及电网的短路、过流保护；
其特征在于，供电电源连接至少一个一级SSU单体固态单元的输入端，每个一级SSU单体固态单元的输出端连接至至少4个二级SSU单体固态单元的输入端，依据实际负载对电源类型、电流大小的使用需求，将大功率负载直接连接至一个二级SSU单体固态单元的输出端，依据实际负载对电源类型的使用需求，将每个RPDU远程配电单元的输入端连接至少一个二级SSU单体固态单元，每个RPDU远程配电单元的输出端连接小功率负载；智能控制单元通过现有的航空总线，与各级SSU单体固态单元、RPDU远程配电单元组成通讯网络。
2.依据权利要求1所述的一种基于飞行器的智能固态配电网络，其特征在于,供电电源与一级SSU单体固态单元之间，二级SSU单体固态单元与RPDU远程配电单元之间，均采用配电线缆连接。
3.依据权利要求2所述的一种基于飞行器的智能固态配电网络，其特征在于，所述供电电源包括主电源、应急电源和地面电源。
4.依据权利要求3所述的一种基于飞行器的智能固态配电网络，其特征在于，SSU单体固态单元、RPDU远程配电单元采用通用的固态控制器件，具备负载控制、电流采集、通道保护功能。
5.依据权利要求4所述的一种基于飞行器的智能固态配电网络，其特征在于,智能控制单元，通过总线技术加载、卸载负载组电流，实现的整个智能固态配电网络电流的重新分配，智能控制单元通过对各级SSU单体固态单元与RPDU远程配电单元每个通道进行电流配置，保证该智能固态配电网络架构针对不同负载状态均具有适应性。
6.依据权利要求5所述的一种基于飞行器的智能固态配电网络，其特征在于，SSU单体固态单元的数量依据实际负载使用需求增减，SSU单体固态单元电流规格等级依据实际负载使用需求，在该SSU单体固态单元通道最大电流额定基础上向下进行智能配置，以适应实际负载情况。
7.依据权利要求6所述的一种基于飞行器的智能固态配电网络，其特征在于，采用RPDU远程配电单元，RPDU远程配电单元依据实际负载使用需求增加或缩减数量。
8.依据权利要求7所述的一种基于飞行器的智能固态配电网络，其特征在于，单个RPDU远程配电单元包含多路负载控制通道，依据实际负载使用数量需求增加或缩减通道使用数量，依据实际负载使用供电来源需求在负载控制通道的输入端增加或缩减供电电源选择。
9.依据权利要求8所述的一种基于飞行器的智能固态配电网络，其特征在于，RPDU远程配电单元的电流规格等级，依据实际负载使用需求，在该RPDU远程配电单元通道最大电流额定基础上向下进行智能配置，以适应实际负载情况。
10.如权利要求1-9中任一项所述的一种基于飞行器的智能固态配电网络的配电方法，包括如下步骤：
1)智能固态配电网络正常配电运行状态
供电电源供电后，智能控制单元、SSU单体配电单元、RPDU远程配电单元启动，智能控制单元通过通讯线缆发送配置指令，SSU单体配电单元、RPDU远程配电单元接收配置指令，依据当前的飞行器负载情况，配置一级、二级、三级各节点的SSU单体配电单元、RPDU远程配电单元的电流状态；
智能控制单元通过通讯线缆完成配置后，对各节点SSU单体配电单元、RPDU远程配电单元通道发送控制指令，完成各节点的固态开关的开通关断，完成对整个智能固态配电网络的电流分配，智能固态配电网络进入正常工作状态，同时实时监控各节点的SSU单体配电单元、RPDU远程配电单元电流状态；
2)智能固态配电网络异常状态的配电方式
若单个负载发生短路或过流故障时，与该负载交联的各级SSU单体配电单元或RPDU远程配电单元会针对该负载进行关断保护，隔离故障；
若某一级SSU单体配电单元或RPDU远程配电单元发生短路或过流故障时，由上一级SSU单体配电单元完成关断保护；
当供电电源发生故障时，供电电源输出电流变小，无法带动后级全部负载，智能控制单元通过通讯线缆发送负载组卸载信息，二级SSU单体配电单元和/或RPDU远程配电单元对非关键负载进行关断，保障电网的安全性，当供电电源输出电流恢复后，智能控制单元通过通讯线缆发送负载组加载信息，SSU单体配电单元和/或RPDU远程配电单元对非关键负载进行重新开通；
当供电电源输出短路，影响后级配电网络的安全性，智能控制单元针对距离该供电电源最近的同级SSU单体配电单元通过通讯线缆发送断开指令，使配电网络脱离故障供电电源。
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