CN114465353A - 一种多电飞机的配电控制试验平台 - Google Patents

一种多电飞机的配电控制试验平台 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种多电飞机的配电控制试验平台，包括：电源管理装置、起动控制管理系统、综合控制装置、供电网络系统、一次配电装置及二次配电装置；其中，所述综合控制装置分别与所述电源管理装置、起动控制管理系统、供电网络系统、一次配电装置及二次配电装置连接；所述综合控制装置用于采集设备的状态信息，依据控制策略向设备发送控制指令，完成相应的操作；所述电源管理装置与所述起动控制管理系统连接，所述电源管理装置用于接收外部控制设备的状态信息，实现对飞机电力系统的综合测试；实现整个供配电系统的重构，试验平台通用性强，能很灵活实现配电系统重构，可以实现多种配电系统的功能和性能验证，完全模拟实际供配电系统。

Description

一种多电飞机的配电控制试验平台
技术领域
本发明涉及电气技术领域，特别是涉及一种多电飞机的配电控制试验平台。
背景技术
多电飞机是指将飞机的发电、配电和用电集成在一个统一的系统内，实行发电、配电和用电系统的统一规划、统一管理和集中控制的飞机。
随着以空客A380和波音B787为代表的多电飞机和全电飞机的发展，飞机电力系统的结构和控制越来越复杂、功率越来越大、电压越来越高，电气系统的浪涌、尖峰等瞬态变化过程，会引起飞机机载电子系统产生误动作甚至于危险的操纵、或对飞机任务设备的性能产生不利的影响，导致飞机任务的取消，所以，现有的多电飞机如何进行电气方面的仿真试验是一个急待解决的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够考核供电网络多通道容错重构构型及负载变化等因素对起动发电系统供电品质的影响的多电飞机的配电控制试验平台。
一种多电飞机的配电控制试验平台，包括：
电源管理装置、起动控制管理系统、综合控制装置、供电网络系统、一次配电装置及二次配电装置；其中，
所述综合控制装置分别与所述电源管理装置、起动控制管理系统、供电网络系统、一次配电装置及二次配电装置连接；所述综合控制装置用于采集设备的状态信息，依据控制策略向设备发送控制指令，完成相应的操作；
所述电源管理装置与所述起动控制管理系统连接，所述电源管理装置用于接收外部控制设备的状态信息，根据控制策略，发送对应的飞机状态信息到设备，实现对飞机电力系统的综合测试；
所述起动控制管理系统用于接收综合控制装置的控制指令，实时接收设备的状态信息，起动供电馈电网络，并将所述状态信息发送给电源管理装置；
所述供电网络系统、一次配电装置、二次配电装置接收起动控制管理系统以及综合控制管理装置的控制指令，对飞机电力系统的运行拓扑进行实时控制。
上述多电飞机的配电控制试验平台，通过五个模块的配合，实现整个供配电系统的重构，试验平台通用性强，能很灵活实现配电系统重构，可以实现多种配电系统的功能和性能验证，供电逻辑实时运算快，完全模拟实际供配电系统，半实物仿真系统缩短了系统试验验证的周期，能让测试人员快速有效的开发新的配电系统和逻辑，一次开发多次复用，可靠高效。
附图说明
图1为本发明中的一种多电飞机的配电控制试验平台的架构图；
图2为本发明中的一种多电飞机的配电控制试验平台的架构图；
图3为本发明中的一种实时仿真控制原理图；
图4为本发明中的一种综合控制装置的架构图；
图5为本发明中的一种一次配电装置的拓扑结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种多电飞机的配电控制试验平台的架构图，包括以下部分：
电源管理装置、起动控制管理系统、综合控制装置、供电网络系统、一次配电装置及二次配电装置；其中，
其中，所述综合控制装置分别与所述电源管理装置、起动控制管理系统、供电网络系统、一次配电装置及二次配电装置连接；所述综合控制装置用于采集设备的状态信息，依据控制策略向设备发送控制指令，完成相应的操作；
进一步地，所述电源管理装置与所述起动控制管理系统连接，所述电源管理装置用于接收外部控制设备的状态信息，根据控制策略，发送对应的飞机状态信息到设备，实现对飞机电力系统的综合测试；
在一个实施例中，所述起动控制管理系统用于接收综合控制装置的控制指令，实时接收设备的状态信息，起动供电馈电网络，并将所述状态信息发送给电源管理装置；
针对电力设备方面的功能，所述供电网络系统、一次配电装置、二次配电装置接收起动控制管理系统以及综合控制管理装置的控制指令，对飞机电力系统的运行拓扑进行实时控制。
本实施例中，通过五个模块的配合，实现整个供配电系统的重构，试验平台通用性强，能很灵活实现配电系统重构，可以实现多种配电系统的功能和性能验证，供电逻辑实时运算快，完全模拟实际供配电系统，半实物仿真系统缩短了系统试验验证的周期，能让测试人员快速有效的开发新的配电系统和逻辑，一次开发多次复用，可靠高效。
参照图2，示出了本发明的一种配电控制试验平台的架构图；配电控制试验平台包括快速控制原型平台；所述快速控制原型平台分别与所述电源管理装置及所述综合控制装置连接，所述快速控制原型平台用于发送控制策略至电源管理装置及综合控制装置；所述飞机电力系统运行于快速控制原型平台上。
配电控制试验平台采用基于模型的系统工程(Model-Based SystemsEngineering，MBSE)方法进行设计，在一种优选实施例中，配电控制试验平台可以在电源管理装置、起动控制管理系统、综合控制装置、供电网络系统、一次配电装置及二次配电装置的模块上增加快速控制原型平台。
整个飞机电力系统运行在快速控制原型平台上，实时通过电源管理装置接收主发电控制器、辅发电控制器的信息以及飞机状态信息，通过综合控制管理装置接收飞机电力系统的状态，根据控制策略实现对飞机电力系统进行综合控制。
电源管理系统实时接收外部控制设备的状态信息，将该状态信息发送给快速控制原型平台，根据快速控制原型平台的控制策略，发送对应的飞机状态信息到主发电控制器、辅发电控制器，实现对飞机电力系统的综合测试；
综合控制装置实时采集供配电系统的电压、电流等电量以及各开关状态等信息，同时接收快速控制原型平台的控制指令实现对电力系统的运行方式综合控制；
起动管理系统接收综合控制装置的控制指令，实时接收主发电控制器、辅发电控制器以及各起动变换器(主发起动变换器MES、辅发起动变换器AES)的状态信息，起动供电馈电网络，并将各状态信息发送给电源管理装置；
供电网络系统、一次配电装置以及二次配电装置接收起动控制管理系统以及综合控制管理装置的控制指令，对电力系统的运行拓扑进行实时控制，各电力系统配备电压、电流传感器，将采集的电量参数传送给综合控制装置进行处理与显示。
通过半实物仿真的方式，兼顾实时性和稳定性，安全又节省成本的验证了电力系统的安全性和功能稳定性；通过快速控制原型平台实现起动及供电逻辑的实时运算，并通过综合控制装置对各接触器控制，实现不同逻辑的控制以及切换，同时可自定义供配电优先级及供电转换逻辑。
在一种实施例中，所述供电网络系统可以包括主电路和传输电缆；所述主电路接收综合控制装置或主发电机控制器、辅助发电机控制器的控制信号，以实现拟定的控制逻辑、保护功能。
具体地，所述主电路的种类包括230V变频交流主电路、270V直流主电路、115V交流主电路及28V直流主电路；每种所述主电路对应的设备包括汇流条、接触器、电压传感器、电流传感器及汇流条附件。
即供电网络系统可以包括230V变频交流主电路、270V直流主电路、115V交流主电路、28V直流主电路和传输电缆等。每种主电路的主要设备均包括汇流条、接触器、电压传感器、电流传感器、汇流条附件、输电电缆等。
4套变频交流起动发电子系统、2套辅助交流发电子系统和1路地面外部电源为供电网络系统提供电能，与综合控制装置配合，实现各通道接通、断开功能，多通道余度供电功能，故障情况下多通道间容错、重构、转换及保护功能；通过总线交联，进行起动控制指令、起动控制状态、通道电气参数、通道故障保护等信息传递，由电源管理装置进行状态画面显示。
其中，供电网络主要性能指标如下：a、230V变频交流主电路额定输出功率为：4×250kVA+2×225kVA，其中一路APU(225kVA)由电源模拟；b、270V直流主电路额定输出功率为：4×75kW；c、115V交流主电路额定输出功率为：2×50kVA；d、28V直流主电路额定输出功率为：2×9kW；
主电路接收综合控制装置或主发电机控制器、辅助发电机控制器对230V变频交流主电路的控制信号，以实现拟定的控制逻辑、保护功能。同时综合控制装置实现对各通道电气参数的数据采集、系统转换控制逻辑解算、接触器转换控制等，并对本变频交流主电路进行状态监控显示。
在一种实施例中，当没有真实的发电机控制单元(Generator Control Unit，GCU)等控制器时，可如图3的实时仿真控制原理图所示，通过综合管理系统中的实时仿真机来模拟L1GCU、L2GCU、LAGCU、RAGCU、R1GCU、R2GCU的控制算法或逻辑，实现对主电路接触器的控制。并通过采集230VAC主电路馈线上的电压、电流，接触器辅助触点等状态信息，进行故障监控和诊断，当系统某通道发生故障时，完成主电路控制逻辑灵活重构，从而实现环形配电。
工控机配置了丰富的通信接口，如串口、CAN、1553B等，方便与其它实物控制器进行通讯。本方案中工控机与工控机、工控机与上位机软件通过TCP/IP(TransmissionControl Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/网际协议)协议进行通讯，完成控制指令下发、信息上传、状态监控及显示。
在另一种实施例中，所述起动控制管理系统向综合控制装置发送的自检测有无故障信息、发电机状态信息、接触器状态信息或辅助发电机的装置信息，并接受综合控制装置传送过来的起动、关机及断开或接通接触器的控制指令。
具体而言，起动控制管理系统对变频交流起动/发电机及其控制装置、起动变换器进行控制和管理；起动控制管理系统实时监测起动供电馈电网络，并实时显示每个变频交流起动/发电机及其控制装置、起动变换器的状态。
起动控制管理系统主要功能包括：在起动过程中，综合控制装置对变频交流起动/发电机、起动控制器、起动接触器进行控制和管理。
接收综合控制装置提供给起动控制器起动的控制指令，起动控制器执行其起动程序。
综合控制装置监测起动过程中交直流电源(电压、电流、频率、相序)、起动发电机(转速等)、起动控制器(起动指令、输出电压、电流和频率、温度、流量、故障信息)、起动接触器(接触器状态)、汇流条(电压、电流、频率、相序)等参数。如果监测到的运行参数异常，综合控制装置断电并报警。对运行参数应采样、图形化显示、存储、回放，可和TDM试验数据管理系统相交联，具体连接方式及协议在详细方案中进行确定。
起动控制管理系统通过以太网将起动信息传输给综合控制装置。起动控制管理系统向综合控制装置发送自检测有无故障信息、发电机状态信息、接触器状态信息、辅助发电机等装置信息，并接受综合控制装置传送过来的起动、关机、断开/接通接触器的控制指令。
实际应用到本实施例中，参照图4，示出了本发明的一种综合控制装置的架构图；所述综合控制装置通过数据总线采集主发电机控制器、辅发电机控制器、二次电源的状态信息，依据控制策略向发电机控制器及供电网络系统中各接触器发送控制指令，完成供电模式切换操作、故障隔离功能操作、故障保护操作以及网络重构操作。
综合控制装置通过数据总线采集主、辅发电机控制器、二次电源等设备的状态信息，将各类数据汇总至综合控制装置的计算机中，计算机对采集的数据进行分析，依据供电逻辑向发电机控制器及供电网中各接触器发送控制指令，完成供电模式切换、故障隔离、保护以及网络重构等功能。同时采集数据将其显示在软件界面中，并对数据进行保存用于试验后进行数据回放；可和TDM试验数据管理系统相交联。
具体功能如下：根据变频交流起动发电子系统和辅助交流发电子系统的工作状态，以及电源供电优先级，对230V变频交流主电路进行控制，使供电系统正常运行；对各通道信息进行解算，按照各通道电源供电优先级，控制通道间的连接功率继电器，实现交流发电系统的正常运行、容错重构。
实时监测和控制管理供电网络，并图像化显示每个控制器件的状态；对一次配电装置进行控制、管理和实时监测；对二次配电装置进行控制、管理和实时监测；通过通讯的方式对二次电源进行控制、管理监测；数据通信功能；
图像化显示各汇流条的状态和参数；图像化显示各供电支路的状态和参数；具有数据记录、存储和输出功能；通过以太网与TDM试验数据管理系统进行通讯，实现数据交联，完成数据的记录、存储，以及完成输出功能数据的存储与解析：
综合控制装置监测起动用交直流电源。监测供电电源的电压、频率、相序等参数，如正常则允许将交直流电源供给起动控制器；如有故障不允许投入，并报警指示。
在一种优选实施例中，电源管理装置模拟飞机上的供电管理计算机，电源管理装置主要功能如下：
电源管理装置通过通讯的方式接收发电子系统各GCU以及二次电源状态信息，对该信息进行监测，且可显示工作状态信息、故障状态信息和自检测结果信息等；
通过RS-232/422/485、1553B、CAN等通讯的方式向主辅助发电机控制器、辅助发电机控制器发送飞机状态信息，该状态信息通过快速控制原型平台采用以太网发送到电源管理装置。
通过以太网通讯的方式接收起动控制管理系统的信息并显示；采用RS-232/422/485、1553B、CAN等通讯的方式接收二次电源及外部电源的状态信息，对二次电源及外部电源进行监测、显示(包括状态信息、故障信息、自检结果显示)；通过以太网和TDM试验数据管理系统相交联。
参照图5，示出了本发明的一种一次配电装置的拓扑结构图；一次配电装置属于配电控制试验平台中的专用设备，其由多种规格的230V交流接触器、过流保护器件、电流采样器件、电气连接部件、汇流条、线缆等部件组成，其中的线缆满足相应场地的布置要求。
而二次配电装置同样属于配电控制试验平台中的专用设备，二次配电装置包括配电盘箱，所述配电盘箱包括270V直流二次配电盘箱、115V交流二次配电盘箱、28V直流二次配电盘箱；所述配电盘箱包括接触器、断路器、固态功率控制器、继电器、过流保护器件、电流采样器件、电压采样器件、通讯板卡、控制板卡、电气连接部件、汇流条、电缆；所述接触器包括270V直流接触器、115V交流接触器及28V直流接触器。
具体地，二次配电装置可以包含3个配电盘箱，分别为270V直流二次配电盘箱、115V交流二次配电盘箱、28V直流二次配电盘箱。各配电盘箱由多种规格的270V直流接触器、115V交流接触器、28V直流接触器、断路器、固态功率控制器(SSPC，Solid-State PowerController)(电压体制不低于3种)、继电器、过流保护器件、电流采样器件、电压采样器件、通讯板卡、控制板卡、电气连接部件、汇流条、电缆(长度满足相应场地的布置要求)等。
二次配电装置主要支路功能如下：
为270V直流负载供电的直流供电支路10路，每个270V直流供电支路供电能力在(10A～100A)范围内。其中关键负载供电支路4个，单路供电能力为50A。重要负载供电支路2个，单路供电能力为20A。一般负载供电支路4个，单路供电能力为100A；
为115V三相交流负载供电的三相交流供电支路2个，每个三相交流供电支路供电能力在(5A～30A)/相，其中关键三相负载供电支路1个，单路供电能力为10A/相；重要负载供电支路1个，单路供电能力为20A/相；
为115V单相交流负载供电的单相交流供电支路6个，每个单相交流供电支路供电能力在(5A～20A)范围内。其中关键负载供电支路2个，单路供电能力为10A。重要负载供电支路2个，单路供电能力为5A。一般负载供电支路2个，单路供电能力为20A；
为28V直流负载供电的直流供电支路10个，每个28V直流供电支路供电能力在5A～25A范围内。其中关键负载供电支路4个，单路供电能力为10A。重要负载供电支路3个，单路供电能力为15A。一般负载供电支路3个，单路供电能力为25A。
本实施例中，搭建一套集成了供电网络、一次配电、二次配电以及整个电力系统的管理及保护功能的配电控制试验平台，结合大功率高压直流和大功率变频交流电力系统和各产品的性能分析、仿真验证条件，最终建立满足多电飞机关键技术的控制试验平台。
该配电控制试验平台主要用于考核供电网络多通道容错重构构型及负载变化等因素对起动发电系统供电品质的影响，并对电能进行分配，将230VAC、115VAC交流电、270VDC及28VDC直流电的电能分配给用电设备。采用可分布式节点配置及分布式计算，满足分布式供配电系统需求；物理接口、软件及控制策略均采用柔性构建，具有良好的开放性、易于扩展；方便供配电系统的灵活重构，系统通过综合控制装置控制各接触器根据设定的要求进行容错重构测试。
在本实施例中的多电飞机的配电控制试验平台，可以包含多种的计算机设备，该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、移动蜂窝网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种多电飞机的配电控制试验平台的数据处理步骤。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为装置或计算机程序产品。因此，本发明可采用结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种多电飞机的配电控制试验平台，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的系统及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种多电飞机的配电控制试验平台，其特征在于，包括：
电源管理装置、起动控制管理系统、综合控制装置、供电网络系统、一次配电装置及二次配电装置；其中，
所述综合控制装置分别与所述电源管理装置、起动控制管理系统、供电网络系统、一次配电装置及二次配电装置连接；所述综合控制装置用于采集设备的状态信息，依据控制策略向设备发送控制指令，完成相应的操作；
所述电源管理装置与所述起动控制管理系统连接，所述电源管理装置用于接收外部控制设备的状态信息，根据控制策略，发送对应的飞机状态信息到设备，实现对飞机电力系统的综合测试；
所述起动控制管理系统用于接收综合控制装置的控制指令，实时接收设备的状态信息，起动供电馈电网络，并将所述状态信息发送给电源管理装置；
所述供电网络系统、一次配电装置、二次配电装置接收起动控制管理系统以及综合控制管理装置的控制指令，对飞机电力系统的运行拓扑进行实时控制。
2.根据权利要求1所述的配电控制试验平台，其特征在于，所述配电控制试验平台包括快速控制原型平台；所述快速控制原型平台分别与所述电源管理装置及所述综合控制装置连接，所述快速控制原型平台用于发送控制策略至电源管理装置及综合控制装置；所述飞机电力系统运行于快速控制原型平台上。
3.根据权利要求1所述的配电控制试验平台，其特征在于，所述供电网络系统包括主电路和传输电缆；所述主电路接收综合控制装置或主发电机控制器、辅助发电机控制器的控制信号，以实现拟定的控制逻辑、保护功能。
4.根据权利要求3所述的配电控制试验平台，其特征在于，所述主电路的种类包括230V变频交流主电路、270V直流主电路、115V交流主电路及28V直流主电路；每种所述主电路对应的设备包括汇流条、接触器、电压传感器、电流传感器及汇流条附件。
5.根据权利要求1所述的配电控制试验平台，其特征在于，所述起动控制管理系统向综合控制装置发送的自检测有无故障信息、发电机状态信息、接触器状态信息或辅助发电机的装置信息，并接受综合控制装置传送过来的起动、关机、断开或接通接触器的控制指令。
6.根据权利要求1所述的配电控制试验平台，其特征在于，所述综合控制装置通过数据总线采集主发电机控制器、辅发电机控制器、二次电源的状态信息，依据控制策略向发电机控制器及各接触器发送控制指令，完成供电模式切换操作、故障隔离功能操作、故障保护操作以及网络重构操作。
7.根据权利要求6所述的配电控制试验平台，其特征在于，所述综合控制装置与TDM试验数据管理系统连接，实现数据交联、记录、存储和输出操作。
8.根据权利要求1所述的配电控制试验平台，其特征在于，所述一次配电装置包括230V交流接触器、过流保护器件、电流采样器件、电气连接部件、汇流条及线缆。
9.根据权利要求1所述的配电控制试验平台，其特征在于，所述二次配电装置包括配电盘箱，所述配电盘箱包括270V直流二次配电盘箱、115V交流二次配电盘箱及28V直流二次配电盘箱。
10.根据权利要求9所述的配电控制试验平台，其特征在于，所述配电盘箱包括接触器、断路器、固态功率控制器、继电器、过流保护器件、电流采样器件、电压采样器件、通讯板卡、控制板卡、电气连接部件、汇流条及电缆；所述接触器包括270V直流接触器、115V交流接触器及28V直流接触器。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117439022A (zh) * 2023-12-20 2024-01-23 天津航空机电有限公司 一种配电盘箱保护结构及保护方法

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