CN115210983A - 用于地面上的飞机的配电系统 - Google Patents

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CN115210983A CN202180017990.8A CN202180017990A CN115210983A CN 115210983 A CN115210983 A CN 115210983A CN 202180017990 A CN202180017990 A CN 202180017990A CN 115210983 A CN115210983 A CN 115210983A
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Abstract

提供了一种用于地面上的飞机的配电系统，该配电系统包括：第一电负载，其可操作地耦接到地面上的飞机，并且被配置为至少接收由电力供应器提供的预定的最大输入功率中的第一部分；至少一个第二电负载，其可电耦接到地面上的飞机，并且被配置为至少接收由所述电力供应器提供的所述预定的最大输入功率中的第二部分；以及控制器，其适于监测由所述第一电负载和所述至少一个第二电负载中的任一个所消耗的功率的至少一个参数，并至少控制所述第一电负载的功耗，以使得所述第一电负载和所述至少一个第二电负载的总功耗不超过所述预定的最大输入功率；其中，所述预定的最大输入功率经由所述电力供应器与所述第一电负载的输入端口之间的单根电力线提供。

Description

用于地面上的飞机的配电系统
本发明总体上涉及用于机场的地面支持设备(GSE)，并且具体地涉及预调节空气单元(PCA)和由来自外部电网的电力供电的地面供电单元(GPU)。
引言
着陆后，飞机滑行到乘客下机处的门，并卸下货物和行李。在门那里时，会为飞机的下一次飞行做准备而进行各种活动。在此期间，飞机通常需要能量来为机载系统供电，并且能量通常是由辅助动力单元发动机(APU)供应的。这些发动机不仅提供启动主飞机发动机需要的电力(APU的主要目的)，而且还持续供应机载电力以支持飞机电子系统(例如，航空电子装置)以及制热和制冷需要。然而，APU是燃气涡轮发动机并且需要使用喷气燃料，从而导致高成本、噪声污染、CO2排放等。因此，越来越多的机场(例如，伦敦希思罗机场、哥本哈根机场、法兰克福机场等)倾向于禁止或至少减少APU发动机的使用。
为了避免在地面上运行APU，通过例如固态地面供电单元(GPU)提供来自机场航站楼的基于地面的电力。替代性地，还可以通过移动地面支持单元(例如，带有发动机驱动的400Hz发电机的GPU)来提供电力。事实上，最近引入了合适的移动电池供电的GPU(例如，eGPU)来代替任何燃料发动机供电的设备，以便进一步减少机场的排放。进一步地，客舱空调也可以在地面上供电，而不是使用机载APU。然而，需要空调单元(如预调节空气单元(PCA))为飞机提供高效的制热和制冷。与GPU一样，PCA单元可以经由门或作为移动PCA单元物理地连接到航站楼。
现在参考图1，简化的示意图示出了附接到乘客登机桥16(也称为廊桥)的下侧的PCA单元10和两个GPU 12、14。
在这样的传统布局中，三根电力线18、20、22(即，A、B和C)将分别为PCA10和两个供电线圈12、14(供电线圈包括位于单个GPU机箱中的例如400Hz、90kVA的电力供应器和电缆线圈)馈电。在这个特定的示例中，PCA 10可以是“ITW GSE PCA210”，其适合于所有类型的飞机和所有天气并且具有用于针对选的飞机类型以及环境温度和湿度自动调整PCA的输出温度和气流的智能控制单元。在此，PCA 10(例如)的标称线路电流可以是345A(安培)，而供电线圈12、14的标称线路电流可以是141A。因此，必须为机场航站楼30(例如，在技术室中)安装三个不同的配电箱24、26、28。
例如，在PCA配电箱24的3×400V电网电压下，所安装的(视在)功率可以是
Figure BDA0003824298620000021
替代性地，所安装的(视在)功率可以是
Figure BDA0003824298620000022
结果，提供单独的配电箱24、26、28以及所需的电缆18、20、22(例如，在包括能量链的可抽出式乘客登机桥16内部提供)的总成本自然非常高。
此外，已知例如宽体飞机(例如，A340或B787)的平均功耗对于每个电连接器从未真正超过40kVA，并且PCA 10可能只在很短的时段内需要标称线路电流(例如，在极热或极冷的天气条件下)，很明显的是，鉴于飞机负载，目前提供的安装设施尺寸过大，并且过度复杂的设置不必要地浪费了大量资源。
相应地，本发明的目标是提供一种改进的配电系统，该配电系统适于优化到地面支持设备(GSE)的电力供应和分配，从而减少所需的设备的数量并在提供电力以服务于地面上的飞机的同时降低系统复杂性，并且该配电系统允许使现有的门更新换代，在这些现有的门中，预安装的电力供应器是受限的。
发明内容
本发明的(多个)优选实施例寻求克服现有技术的缺点中的一个或多个。
根据本发明的第一实施例，提供了一种用于地面上的飞机的配电系统，该配电系统包括：
第一电负载，其可操作地耦接到地面上的飞机，并且被配置为至少接收由电力供应器提供的预定的最大输入功率中的第一部分；
至少一个第二电负载，其可电耦接到地面上的飞机，并且被配置为至少接收由所述电力供应器提供的所述预定的最大输入功率中的第二部分；以及
控制器，其适于监测由所述第一电负载和所述至少一个第二电负载中的任一个所消耗的功率的至少一个参数，并至少控制所述第一电负载的功耗，以使得所述第一电负载和所述至少一个第二电负载的总功耗不超过所述预定的最大输入功率；
其中，所述预定的最大输入功率经由所述电力供应器与所述第一电负载的输入端口之间的单根电力线提供。
这提供了以下优势：优化了如地面供电单元(GPU)和预调节空气单元(PCA)等地面支持设备(GSE)的电力供应器(即，配电更简单、电力供应器的额定值降低)，并且优化了现有的门的电力供应器安装，还有添加到用于停驻的飞机的地面支持设备的任何其他负载的安装，因此，最大程度上降低了成本。特别地，本发明的配电系统提供的优势在于最大程度上减少了从电力供应器(例如，电网)提供的所需的最大功率(总标称线路电流)，其方法为适应性地控制“较不重要的”负载(如可以简单地以较低能力驱动(例如无级控制)的预调节空气单元(PCA))的功耗以平衡总功耗，使得总功耗不超过预定的最大输入功率，并且因此确保始终可满足负载受控的设备(例如，(多个)GPU)所需的功率需求。
另外，本发明提供的优势还在于最大程度上减少了充分且高效地向具有不同功率要求的负载(例如，GPU、PCA、eGPU)“馈电”所需的电力供应器(设备)，其方法为从负载之一(例如，PCA)在附接的负载(例如，GPU、PCA)之间智能分配预定的最大输入功率，因此，仅需要(例如，来自机场航站楼的)单个标称电力供应器，利用单根电力线电缆将该标称电力供应器提供给第一电负载(例如，PCA)。进一步地，本发明无需对任何耦接的负载进行优先级排序，因为系统的自调节串行方法使用耦接的负载的预定优先级(例如，第一负载(PCA)的优先级总是低于第二负载(GPU))。
有利地，所述第一电负载可以是被配置为向地面上的飞机提供预定温度的空气的预调节空气单元(PCA)。优选地，所述控制器可以适于控制由所述预调节空气单元(PCA)所消耗的功率。
有利地，所述至少一个参数可以是来自向所述第一电负载和所述至少一个第二电负载中的任一个提供的所述预定的最大输入功率的输入电流。
有利地，配电系统可以进一步包括至少一个第三电负载，其被配置为至少接收由所述电力供应器提供的所述预定的最大输入功率中的第三部分。
有利地，所述控制器可以适于控制所述至少一个第三电负载的功耗，以便使所述第一电负载、所述至少一个第二电负载和所述至少一个第三电负载的总功耗不超过所述预定的最大输入功率。
优选地，所述至少一个第三电负载可以是至少可用所述预定的最大输入功率中的所述第三部分充电的电池供电的地面供电单元(GPU)。优选地，所述控制器可以适于控制所述电池供电的GPU的充电电流，以使得所述第一电负载、所述至少一个第二电负载和所述至少一个第三电负载中的任一个的总功耗不超过所述预定的最大输入功率。
有利地，所述充电电流可以经由无线通信无级地控制，或替代性地通过选择性地接通和断开所述充电电流来控制。
有利地，所述电池供电的GPU可以电耦接到所述第一电负载、所述电力供应器以及所述第二电负载中的任一个，其中，电耦接到电力供应器要经由所述电力供应器的预熔电力出口和分线盒中的任一个来完成。
有利地，所述至少一个第二电负载可以是地面供电单元(GPU)。
有利地，所述预定的最大输入功率可以是所述电力供应器的最大额定功率。
有利地，配电系统可以进一步包括控制接口，其适于从远程位置控制由所述电力供应器提供的所述预定的最大输入功率。
附图说明
现在将参考附图，仅通过示例的方式并且非限制性地描述本发明的优选实施例，在附图中：
图1(现有技术)是以电力(经由GPU)和预调节空气(PCA)服务于地面上的(即，停驻的)飞机的地面支持设备的典型已知布局的简化示意图；
图2示出了利用本发明的配电系统的实施例的以电力(经由GPU)和预调节空气(PCA)服务于地面上的飞机的地面支持设备的所谓的“负载共享”布局的简化示意图；
图3示出了利用本发明的配电系统的替代性实施例的以电力(经由GPU)和预调节空气(PCA)服务于地面上的飞机的地面支持设备(GSE)的扩展的“负载共享”布局的简化示意图，例如，电池供电的GPU(例如，eGPU)可以经由电力出口从外部电源或从PCA充电；
图4示出了以下的简化示意图：(a)将电池供电的GPU和PCA组合在一起的移动GSE，以及(b)两个单独的移动GSE，其中一个用于容纳电池供电的GPU并且一个用于容纳由电池供电的GPU进行供电的PCA；
图5示出了其中GPU和PCA安装在可选的单一壳体内的登机桥设置的简化示意图，(a)中GPU从PCA内电耦接到电力供应器，而(b)中GPU从PCA外部电耦接到电力供应器，以及
图6示出了其中GPU和PCA安装在单一壳体内的另一登机桥设置的简化示意图，(a)中GPU从单一壳体内电耦接到电力供应器，而(b)中GPU从设置在单一壳体上的分配端子电耦接到电力供应器。
具体实施方式
将关于用于地面上的飞机的地面支持设备(例如，配备有预调节空气单元(PCA)和一个或两个GPU(例如，400Hz供电线圈)的乘客登机桥)来描述本发明的示例性实施例。
然而，本领域技术人员将理解，本发明的配电系统的基本概念可以在不脱离本发明的情况下适用于任何合适的布局、数量和/或组合的地面支持设备。此外，应当理解，本发明的范围不限于针对(多个)示例实施例描述的特定设计。
进一步地，在本发明的该特定示例的背景下，将理解，由系统供电的电负载包括任何地面支持设备(如供电设备和客舱调节设备(GPU、PCA))，还包括移动的GPU单元和PCA单元、辅助电机(例如，供电线圈的电缆卷筒电机)或任何监测设备以及乘客登机桥(例如，PCA和(多个)GPU在乘客登机桥操作时可以处于待命状态)。另外，“预定的最大输入功率”和“输入功率”可互换使用，并且应理解为PCA和任何一个GPU基于实际飞机需求所需的功率，与这些单元(PCA、GPU等)的输入额定值不同，即，“指派”给特定飞机类型的一组特定的单元的预定功率量(或最大可接受功耗)。
现在参考图2，示例配电系统100的新布局包括单个配电箱102，其被配置为经由单根电力线104向预定的实际飞机负载供电，该单根电力线连接到预调节空气单元(PCA)106，PCA106附接到乘客登机桥108。在此，单根电力线104应理解为包括例如用于不同相和接地连接的、从航站楼30布线到乘客登机桥208上并且到PCA 106的一束电缆。因此，在航站楼与PCA 106之间不需要其他的电力线104。两个地面供电单元(GPU)110、112通过PCA 106可操作地耦接到输入电力供应器，即，每个地面供电单元都经由单根电缆耦接到PCA 106。在此，GPU 110、112可以与PCA 106的输入端口耦接并与其并联。控制器(未示出)可操作地耦接在GPU 110、112、PCA106与输入电力供应器之间，从而监测所附接的GPU 110、112和PCA 106中的任一个或任何组合的功耗(即，通过监测来自电网的电流)，并控制PCA(和/或任何其他的电GSE)以便根据输入功率来优化(即，限制总功耗或使其与预定的最大输入功率量相匹配)总功耗(即，使其不超过预定的最大输入功率量)。控制器(未示出)可以并入PCA 106，和/或控制PCA 106以及从外部位置以硬接线或无线方式耦接到系统100的任何其他非必要负载。替代性地，控制器(未示出)可以通过现有的电力线使用电力线通信(PLC)来控制任何系统负载。在这个特定的示例中，系统100应理解为使用自我调节的“串行方法”，其中，(多个)GPU 110、112的需求总是优先于PCA 106(即，PCA 106的优先级最低)。因此(并且有利地)，无需由例如另一(外部)控制器对任何耦接负载进行额外的优先级排序。
在该特定的示例中，PCA 106(即，并入的控制器)监测总线路电流，并且在附接的负载(GPU、PCA、eGPU等)所请求的总电流超过配电箱102和/或“馈电”电力线104的额定值的那些罕见情况下，PCA 106(即，并入的控制器)将控制PCA 106以便通过利用例如(如在EP2408669 B1中描述的)可变速压缩机控制来降低制冷功率(或制热功率)。
例如，在400V的输入电压下，安装单个500A(安培)配电箱102(相当于
Figure BDA0003824298620000061
Figure BDA0003824298620000062
)将确保到PCA 106和GPU 110、112的所需的功率，并使成本与用于运行传统系统布局(参见图1)所需的成本相比显著降低，并且显著节约与机场航站楼30中的总体配电有关的成本。
另外，预定的最大输入功率量(即，最大可接受或允许的功耗)可以例如经由RS-485Modbus接口远程控制(调整，即，增加或减少、限制或简单地设置)。因此，在潜在的“过载情况”下，(在为一个以上的门供电的情况下)一个或多个门所花费的总功耗可以经由中央控制器以对于乘客造成最少的不便的方式进行限制/调整(不过要记住，GPU的优先级使其总能接收到飞机所要求的功率)。
如针对该示例所图示的，本发明的配电系统100的所谓“负载共享”在服务于窄体飞机(例如，A320、B737)的乘客登机桥108方面也效果很好。典型的安装设施可以由较小的PCA 106和仅一个GPU 110(如，供电线圈)组成。由于窄体飞机的平均功耗通常低于20kVA，因此相比宽体飞机可以有相对更高的能量节约。
图3示出了本发明的包括预熔电力出口214(或在出口处的具有熔丝的分线盒)的另一示例实施例200的图示，该预熔电力出口从配电箱202提供并且可以用于为一个或多个电池供电的GPU 216(例如，eGPU或其他的eGSE)充电。在另一示例中，电力出口214可以从PCA 206提供。因此，不是建立昂贵的新基础设施来为eGPU 216充电，而是可以利用现有的电力供应基础设施，从而允许eGPU 216由门进行充电，其中在门那里电力供应器可供使用。例如，整合到PCA 206和/或eGPU 216中的无线控制器218(包括无线通信模块)可以控制(即，限制)eGPU 216所花费的最大充电电流，从而使系统200绝不会过载(即，不超过配电箱202提供的总输入功率)。结果，eGPU 216可以在任何方便的时间停驻以进行充电，而不会有断电的风险。
另外，电力出口214可以是允许连接例如移动固态转换器的电力线，以便在GPU(例如，供电线圈)故障时提供400Hz的电力。此外，eGPU 216可以配备有双向机载充电器，以使得eGPU 216可以用于在峰值时段期间支持电网或者甚至在电力中断的情况下完全接替电网。
现在参考图4(a)和图4(b)，这些图图示了(多个)移动GSE单元的不同示例实施例的简化示意图。在一个示例实施例(图4(a))中，移动GSE单元400容纳一个或多个GPU 402和PCA 404，其中，GPU 402(第二电负载)和PCA 404(第一电负载)中的每一个可以由车载电力供应器406(例如，电池)供电。替代性地，GPU 402(第二电负载)可以通过PCA 404(第一电负载)连接到电力供应器406。在另一示例(图4(b))中，一个或多个GPU 402(第二电负载)可以与电力供应器406(例如，电池)一起设置在第一移动GSE单元408中，并且PCA 404(第一电负载)可以设置在第二移动GSE单元410中，该第二移动GSE单元与设置在第一移动GSE单元408中的电力供应器406电连接。
图5(a)、图5(b)和图6(a)、图6(b)示出了用于登机桥508的不同配电设置的图示。一个或多个GPU 502和PCA 504可以设置在附接到登机桥508的下侧的单一壳体510中，并且电力供应器506被配置为利用单根电力线电缆512向(多个)GPU 502中的任一个和PCA 504提供预定的最大输入功率。单一壳体510对于图5(a)和(b)中示出的实施例而言是可选的，因此(多个)GPU 502和PCA 504可以位于不同的壳体中也可以包括在单一壳体510中。
在一个示例实施例(即，图5(a))中，(多个)GPU 502可以从PCA 504(例如，插头或插座)内电耦接到电力供应器506，其中，在另一示例实施例(即，图5(b))中，(多个)GPU 502可以从PCA 504外部(并且壳体510外部，如果存在壳体的话)的到电力线电缆512的连接电耦接到电力供应器506。
在又另一实施例(即，图6(a))中，(多个)GPU 502可以从壳体510内的到电力线电缆512的连接电耦接到电力供应器506，并且其中，在又另一示例实施例(即，图6(b))中，(多个)GPU 502可以从设置在壳体510(或PCA 504的壳体)上的分配端子514(即，输入端子)电耦接到电力供应器506。
本领域技术人员将理解的是，以上(多个)实施例已经仅通过示例的方式进行了描述，并且没有任何限制意义，并且在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，各种改变和修改是可能的。

Claims (13)

1.一种用于地面上的飞机的配电系统，所述配电系统包括：
第一电负载，所述第一电负载可操作地耦接到所述地面上的飞机，并且被配置为至少接收由电力供应器提供的预定的最大输入功率中的第一部分；
至少一个第二电负载，所述至少一个第二电负载可电耦接到所述地面上的飞机，并且被配置为至少接收由所述电力供应器提供的所述预定的最大输入功率中的第二部分；以及
控制器，所述控制器适于监测由所述第一电负载和所述至少一个第二电负载中的任一个所消耗的功率的至少一个参数，并至少控制所述第一电负载的功耗，以使得所述第一电负载和所述至少一个第二电负载的总功耗不超过所述预定的最大输入功率；
其中，所述预定的最大输入功率经由所述电力供应器与所述第一电负载的输入端口之间的单根电力线提供。
2.根据前述权利要求中任一项所述的配电系统，其中，所述第一电负载是被配置为向所述地面上的飞机提供预定温度的空气的预调节空气单元(PCA)。
3.根据权利要求2所述的配电系统，其中，所述控制器适于控制由所述预调节空气单元(PCA)所消耗的功率。
4.根据前述权利要求中任一项所述的配电系统，其中，所述至少一个参数是向所述第一电负载和所述至少一个第二电负载中的任一个提供的所述预定的最大输入功率的输入电流。
5.根据前述权利要求中任一项所述的配电系统，进一步包括至少一个第三电负载，所述至少一个第三电负载被配置为至少接收由所述电力供应器提供的所述预定的最大输入功率中的第三部分。
6.根据权利要求5所述的配电系统，其中，所述控制器适于控制所述至少一个第三电负载的功耗，以使得所述第一电负载、所述至少一个第二电负载和所述至少一个第三电负载的总功耗不超过所述预定的最大输入功率。
7.根据权利要求5和6中任一项所述的配电系统，其中，所述至少一个第三电负载是至少可用所述预定的最大输入功率中的所述第三部分充电的电池供电的地面供电单元(GPU)。
8.根据权利要求7所述的配电系统，其中，所述控制器适于控制所述电池供电的GPU的充电电流，以使得所述第一电负载、所述至少一个第二电负载和所述至少一个第三电负载中的任一个的总功耗不超过所述预定的最大输入功率。
9.根据权利要求8所述的配电系统，其中，所述充电电流经由无线通信无级地控制，或通过选择性地接通和断开所述充电电流来控制。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的配电系统，其中，所述电池供电的GPU可电耦接到所述第一电负载、所述电力供应器以及所述第二电负载中的任一个，其中，电耦接到所述电力供应器要经由所述电力供应器的预熔电力出口和分线盒中的任一个来完成。
11.根据前述权利要求中任一项所述的配电系统，其中，所述至少一个第二电负载是地面供电单元(GPU)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的配电系统，其中，所述预定的最大输入功率是所述电力供应器的最大额定功率。
13.根据前述权利要求中任一项所述的配电系统，进一步包括控制接口，所述控制接口适于从远程位置控制由所述电力供应器提供的所述预定的最大输入功率。
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