CN117081227A - 一种双余度高压直流汇流条功率控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航空电气设计技术领域,涉及一种双余度高压直流汇流条功率控制系统及方法。系统包括:左汇流条功率控制装置、左一次配电装置、右汇流条功率控制装置、右一次配电装置、左看门狗和右看门狗;左/右汇流条功率控制装置分别用于监控左/右一次配电装置内的主汇流条电压、互联汇流条电压、接触器辅助触点状态;所述左/右汇流条功率控制装置还分别发送“喂狗”信号至左/右看门狗;所述左/右汇流条功率控制装置监控右/左看门狗的输出信号;所述左/右汇流条功率控制装置还互相监控对方发出的“心跳信号”;所述左/右汇流条功率控制装置还监控另一侧一次配电装置中的主汇流条电压、互联汇流条电压、接触器辅助触点状态。

Description

一种双余度高压直流汇流条功率控制系统及方法
技术领域
本发明属于航空电气设计技术领域,涉及一种双余度高压直流汇流条功率控制系统及方法。
背景技术
目前飞机高压直流供电系统的供电通道转换控制主要依靠接触器辅助触点的硬件互锁实现。但是,满足现有航空电源系统输出功率要求的高压直流接触器辅助触点数量较少,而要实现复杂的通道转换硬件互锁逻辑,往往需要借助外部继电器进行高压直流接触器辅助触点的扩充,导致外部硬件接线繁复冗杂;并且控制逻辑和算法通过硬件固化,难以进一步保障供电的可靠性和控制算法的迭代优化。同时,如果出现接触器主触点和辅助触点状态不一致,通过接触器辅助触点硬件互锁的方式将输出错误的控制命令,则会直接引发负载长时间失电或者高压直流电源长时间并联。
发明内容
本发明的目的是:提出一种双余度高压直流汇流条功率控制系统及方法。有效提升供电安全性,并且易于控制逻辑和控制算法的迭代优化,灵活实现系统重构。
本发明技术方案如下:
一种双余度高压直流汇流条功率控制系统,包括:左汇流条功率控制装置、左一次配电装置、右汇流条功率控制装置、右一次配电装置、左看门狗和右看门狗;
左/右汇流条功率控制装置分别用于监控左/右一次配电装置内的主汇流条电压、互联汇流条电压、接触器辅助触点状态;
所述左/右汇流条功率控制装置还分别发送“喂狗”信号至左/右看门狗;
所述左/右汇流条功率控制装置监控右/左看门狗的输出信号;
所述左/右汇流条功率控制装置还互相监控对方发出的“心跳信号”;
所述左/右汇流条功率控制装置还监控另一侧一次配电装置中的主汇流条电压、互联汇流条电压、接触器辅助触点状态。
进一步,所述左/右汇流条功率控制装置对另一侧看门狗输出信号的监控为一级监控;
所述左/右汇流条功率控制装置对另一侧汇流条功率控制装置发出的“心跳信号”的监控为二级监控;
所述左/右汇流条功率控制装置对另一侧一次配电装置中的主汇流条电压、互联汇流条电压、接触器辅助触点状态监控为三级监控。
进一步,当左/右看门狗未接收到左/右汇流条功率控制装置发出的“喂狗”信号时,左/右看门狗输出信号异常,右/左汇流条功率控制装置触发一级监控报故;
当左/右汇流条功率控制装置接收到的对方的心跳信号异常时,触发二级监控报故;
当左/右汇流条功率控制装置接收到另一侧一次配电装置中的主汇流条电压、互联汇流条电压、接触器辅助触点状态与理论状态不一致时,触发三级监控报故。
进一步,一级监控的优先级最高,二级监控的优先级次之,三级监控的优先级最低。
进一步,当左/右汇流条功率控制装置一级监控报故触发时,直接判定另一侧汇流条功率控制装置未正常运行,并接管另一侧汇流条功率控制装置对另一侧一次配电装置内的接触器进行控制;
当左/右汇流条功率控制装置二级监控报故触发时,进入故障判定状态,在等待延时内,如果一级监控或三级监控报故,则判定另一侧汇流条功率控制装置未正常运行,并接管另一侧汇流条功率控制装置对另一侧一次配电装置内的接触器进行控制;
当左/右汇流条功率控制装置三级监控报故触发时,进入故障判定状态,在等待延时内,如果一级监控或二级监控报故,则判定另一侧汇流条功率控制装置未正常运行,并接管另一侧汇流条功率控制装置对另一侧一次配电装置内的接触器进行控制。
进一步,一侧汇流条功率控制装置接管另一侧汇流条功率控制装置过程如下:
禁用另一侧汇流条功率控制装置的控制信号输出,使能本侧汇流条功率控制装置对另一侧一次配电装置接触器的控制信号输出。
一种双余度高压直流汇流条功率控制方法,所述方法用于所述的系统,所述方法包括以下步骤:
步骤一:左/右汇流条功率控制装置检测左右两侧一次配电装置的主汇流条电压、互联汇流条电压信号和接触器辅助触点信号,并根据输入的电源运行状态控制指令计算得到左右两侧接触器的控制输出状态;
步骤二:左/右汇流条功率控制装置根据计算得到的接触器控制输出状态分别输出各侧接触器的控制信号;
步骤三:左/右汇流条功率控制装置通过三级监控相互监测;当一侧汇流条功率控制装置判定另一侧汇流条功率控制装置未正常运行时,进入步骤四;
步骤四:使另一侧汇流条功率控制装置的控制信号输出无效,通过本侧汇流条功率控制装置同时输出两侧一次配电装置接触器的控制信号。
进一步,所述步骤三中,
当一侧汇流条功率控制装置的一次监控报故触发,则直接判定另一侧汇流条功率控制装置未正常运行;
当一侧汇流条功率控制装置二级监控报故触发时,进入等待延时,如果在等待延时期间内,一级监控或三级监控报故触发,则直接判定另一侧汇流条功率控制装置未正常运行;
当一侧汇流条功率控制装置三级监控报故触发时,进入等待延时,如果在等待延时期间内,一级监控或二级监控报故触发,则直接判定另一侧汇流条功率控制装置未正常运行。
进一步,左/右汇流条功率控制装置对另一侧看门狗输出信号的监控为一级监控;
左/右汇流条功率控制装置对另一侧汇流条功率控制装置发出的“心跳信号”的监控为二级监控;
左/右汇流条功率控制装置对另一侧一次配电装置中的主汇流条电压、互联汇流条电压、接触器辅助触点状态监控为三级监控。
本发明的有益效果:
本发明针对机上目前普遍应用的高压直流双通道及多通道供电系统架构,提出一种双余度高压直流汇流条功率控制系统及方法,通过对左、右两侧配电装置的双余度控制,左测汇流条功率控制装置实现对左侧配电装置的主要控制以及对右侧汇流条功率控制器控制芯片的监控和右侧配电装置的备份控制;右侧汇流条功率控制装置实现对右侧配电装置的主要控制以及对左侧汇流条功率控制器控制芯片的监控和左侧配电装置的备份控制,从而实现左、右两侧配电装置的双余度控制,能够有效提升配电的可靠性,从而保证了用电设备的供电可靠性。
附图说明
为了更清晰地说明本发明具体实施方案,下面将对方案具体的附图加以说明。
图1为左右汇流条功率控制系统监控原理框架;
图2为双余度控制三级监控流程图;
图3为双余度汇流条功率控制的原理框图;
图4为双通道高压直流供电系统架构示意图;
图5为左侧汇流条功率控制装置双余度控制接口示意图。
具体实施方式
本部分是本发明的实施例,用于解释和说明本发明的技术方案。
一种双余度高压直流汇流条功率控制系统,每侧的高压直流汇流条功率控制装置对本侧的主汇流条电压、互联汇流条电压、接触器辅助触点状态以及电源系统运行的状态信息进行实时监测;同时监测另一侧汇流条功率控制装置看门狗监控电路的输出情况、另一侧高压直流汇流条功率控制芯片发送的“心跳信号”,以及另一侧配电装置中接触器的辅助触点状态、主汇流条电压、互联汇流条电压。当检测到另一侧的高压直流汇流条功率控制装置非正常运行时,则使能本侧汇流条功率控制装置对另一侧配电装置中接触器的备份控制输出。当另一侧的高压直流汇流条功率控制装置正常运行时,不使能该备份控制输出信号。
每侧的高压直流汇流条功率控制装置按照图1所示进行另一侧汇流条功率控制装置的监控。通过监测另一侧高压直流汇流条功率控制装置的看门狗输出WDO#以监控另一侧汇流条功率控制装置控制芯片的运行状态,另一侧汇流条功率控制装置中的控制芯片发送高低电平变化的WDI“喂狗”信号,为一级监控;通过监测另一侧汇流条功率控制装置控制芯片发送的高低电平“心跳”信号以判断另一侧汇流条控制装置是否运行正常,为二级监控;通过监测另一侧配电装置中的接触器辅助触点状态和汇流条电压与该供电状态下的状态信息是否一致,为三级监控。
一级监控的优先级别最高;二级监控的优先级次之;三级监控的优先级最低。
当一级监控判定另一侧汇流条功率控制装置未正常运行时,则判定为另一侧汇流条功率控制装置故障,转由本侧汇流条功率控制装置接管进行控制。
当二级监控判定另一侧汇流条功率控制装置运行不正常时,进入故障判断状态,在等待延时2s内,如果一级监控或者三级监控也判定另一侧汇流条功率控制装置故障,则判定另一侧汇流条功率控制装置故障,转由本侧汇流条功率控制装置进行控制;否则进入正常的状态监测。
当三级监控判定另一侧汇流条功率控制装置运行不正常时,进入故障判断状态,在等待延时2s内,如果一级监控或者二级监控也判定另一侧汇流条功率控制装置故障,则判定另一侧汇流条功率控制装置故障,进入故障确认状态,转由本侧汇流条功率控制装置进行控制;否则进入正常的状态监测。具体见图2所示。
一种双余度高压直流汇流条功率控制方法,具体步骤如下:
步骤1:依据检测到的主汇流条电压、互联汇流条电压信号、接触器辅助触点信号、电源系统状态信号等,并根据输入的电源系统运行状态和逻辑控制算法计算得到左右两侧接触器的控制输出状态;;
步骤2:根据步骤2计算得到的接触器输出状态,两侧汇流条功率控制装置输出本侧配电装置中接触器的控制信号;
步骤3:汇流条功率控制装置分别对另一侧配电装置中的接触器辅助触点、汇流条电压和另一侧的电源运行状态进行监测;
步骤4:当本侧汇流条功率控制装置对另一侧汇流条功率控制装置的一级监控判定另一侧汇流条功率控制装置中的控制芯片未正常运行时,即未检测到另一侧汇流条功率控制装置输出正常的看门狗输出信号,则转入步骤5;当二级监控判定另一侧汇流条功率控制装置失效时,即未接收到另一侧汇流条功率控制装置中有效的“心跳”信号,则转入步骤6,当三级监控判定另一侧汇流条功率控制装置失效时,即通过控制算法得到的接触器状态和汇流条电压与实际监测到的接触器状态和汇流条电压不一致,则转入步骤7;
步骤5:使另一侧汇流条功率控制装置输出的接触器控制信号无效,由本侧汇流条控制装置进行两侧配电装置中相应接触器的控制;
步骤6:进行等待延时,如果在等待延时2s内,一级监控或者三级监控也判定另一侧汇流条功率控制装置故障,则转入步骤5,否则进入步骤3;
步骤7:进行等待延时,如果在等待延时2s内,一级监控或者二级监控也判定另一侧汇流条功率控制装置故障,则转入步骤5;否则转入步骤3。
双余度汇流条功率控制的原理框图见图3所示。
通过汇流条电压等电压信号采样1、接触器辅助触点状态采样2以及电源系统运行状态信息采样3对供电系统的状态信息进行实时监测;根据供电通道转换的控制流程和算法进行相应接触器控制状态的标定4,并输出本侧配电装置接触器的控制信号5;根据对另一侧汇流条功率控制装置运行情况监控和判断6,图1所示,判断是否使能备份控制信号7,当另一侧汇流条功率控制装置运行正常时,不使能本侧对另一侧配电装置中接触器的控制输出,由另侧汇流条功率控制装置对其进行控制;否则,由本侧汇流条功率控制装置对另一侧配电装置中接触器输出控制信号;经过功率驱动8获取驱动功率,以满足控制接通/断开接触器9的功率需求。
一种双余度高压直流汇流条功率控制方法通过对双通道或多通道供电系统架构中左、右两侧高压直流功率汇流条的备份控制,从而保证了供电可靠性。图4所示为双通道高压直流供电系统架构。ZF1和ZF2分别为左、右主电源系统发电机,GC1、GC2分别为左、右主电源通道接触器;APU为辅助动力装置,APC为辅助电源通道接触器;EP为地面电源系统,EPC为地面电源通道接触器;PBTC1、PBTC2、PBTC3、PBTC4为通道转换接触器。
图5所示为左侧汇流条功率控制装置的外部接口图,右侧汇流条功率控制装置的外部接口与之相似。输入信号分别为:270V直流汇流条电压BUS1,互联汇流条电压,270V直流汇流条电压BUS2,电源通道接触器辅助触点状态(GC1_Aux、GC2_Aux、APC_Aux、EPC_Aux),通道转换接触器辅助触点状态(PBTC1_Aux、PBTC2_Aux、PBTC3_Aux、PBTC4_Aux),各电源系统正常运行状态信息(ZF1正常运行信号、ZF2正常运行信号、APU正常运行信号、GRD_POWER正常运行信号),电源系统故障信号(ZF1故障信号、ZF2故障信号、APU故障信号、GRD_POWER故障信号),以及监控信号(右侧汇流条功率控制装置的看门狗输出信号WDO#、右侧汇流条功率控制装置控制芯片发送的“心跳”信号)。
输出信号包括左侧接触器EPC、PBTC1、PBTC3的控制信号,以及右侧配电装置中接触器APC(接触器负端)、PBTC2、PBTC4的使能控制。当监控单元判定右侧汇流条功率控制装置控制无效时,使右侧配电装置中的接触器APC(接触器负端)、PBTC2、PBTC4控制输出无效,并从本侧输出接触器APC(接触器负端)、PBTC2、PBTC4的控制信号。

Claims (9)

1.一种双余度高压直流汇流条功率控制系统,其特征在于:所述系统包括:左汇流条功率控制装置、左一次配电装置、右汇流条功率控制装置、右一次配电装置、左看门狗和右看门狗;
左/右汇流条功率控制装置分别用于监控左/右一次配电装置内的主汇流条电压、互联汇流条电压、接触器辅助触点状态;
所述左/右汇流条功率控制装置还分别发送“喂狗”信号至左/右看门狗;
所述左/右汇流条功率控制装置监控右/左看门狗的输出信号;
所述左/右汇流条功率控制装置还互相监控对方发出的“心跳信号”;
所述左/右汇流条功率控制装置还监控另一侧一次配电装置中的主汇流条电压、互联汇流条电压、接触器辅助触点状态。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:所述左/右汇流条功率控制装置对另一侧看门狗输出信号的监控为一级监控;
所述左/右汇流条功率控制装置对另一侧汇流条功率控制装置发出的“心跳信号”的监控为二级监控;
所述左/右汇流条功率控制装置对另一侧一次配电装置中的主汇流条电压、互联汇流条电压、接触器辅助触点状态监控为三级监控。
3.根据权利要求2所述的系统,其特征在于:当左/右看门狗未接收到左/右汇流条功率控制装置发出的“喂狗”信号时,左/右看门狗输出信号异常,右/左汇流条功率控制装置触发一级监控报故;
当左/右汇流条功率控制装置接收到的对方的心跳信号异常时,触发二级监控报故;
当左/右汇流条功率控制装置接收到另一侧一次配电装置中的主汇流条电压、互联汇流条电压、接触器辅助触点状态与理论状态不一致时,触发三级监控报故。
4.根据权利要求3所述的系统,其特征在于:一级监控的优先级最高,二级监控的优先级次之,三级监控的优先级最低。
5.根据权利要求4所述的系统,其特征在于:当左/右汇流条功率控制装置一级监控报故触发时,直接判定另一侧汇流条功率控制装置未正常运行,并接管另一侧汇流条功率控制装置对另一侧一次配电装置内的接触器进行控制;
当左/右汇流条功率控制装置二级监控报故触发时,进入故障判定状态,在等待延时内,如果一级监控或三级监控报故,则判定另一侧汇流条功率控制装置未正常运行,并接管另一侧汇流条功率控制装置对另一侧一次配电装置内的接触器进行控制;
当左/右汇流条功率控制装置三级监控报故触发时,进入故障判定状态,在等待延时内,如果一级监控或二级监控报故,则判定另一侧汇流条功率控制装置未正常运行,并接管另一侧汇流条功率控制装置对另一侧一次配电装置内的接触器进行控制。
6.根据权利要求5所述的系统,其特征在于:一侧汇流条功率控制装置接管另一侧汇流条功率控制装置过程如下:
禁用另一侧汇流条功率控制装置的控制信号输出,使能本侧汇流条功率控制装置对另一侧一次配电装置接触器的控制信号输出。
7.一种双余度高压直流汇流条功率控制方法,所述方法用于权利要求1-6中任一项所述的系统,其特征在于:所述方法包括以下步骤:
步骤一:左/右汇流条功率控制装置检测左右两侧一次配电装置的主汇流条电压、互联汇流条电压信号和接触器辅助触点信号,并根据输入的电源运行状态控制指令计算得到左右两侧接触器的控制输出状态;
步骤二:左/右汇流条功率控制装置根据计算得到的接触器控制输出状态分别输出各侧接触器的控制信号;
步骤三:左/右汇流条功率控制装置通过三级监控相互监测;当一侧汇流条功率控制装置判定另一侧汇流条功率控制装置未正常运行时,进入步骤四;
步骤四:使另一侧汇流条功率控制装置的控制信号输出无效,通过本侧汇流条功率控制装置同时输出两侧一次配电装置接触器的控制信号。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于:所述步骤三中,
当一侧汇流条功率控制装置的一次监控报故触发,则直接判定另一侧汇流条功率控制装置未正常运行;
当一侧汇流条功率控制装置二级监控报故触发时,进入等待延时,如果在等待延时期间内,一级监控或三级监控报故触发,则直接判定另一侧汇流条功率控制装置未正常运行;
当一侧汇流条功率控制装置三级监控报故触发时,进入等待延时,如果在等待延时期间内,一级监控或二级监控报故触发,则直接判定另一侧汇流条功率控制装置未正常运行。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于:左/右汇流条功率控制装置对另一侧看门狗输出信号的监控为一级监控;
左/右汇流条功率控制装置对另一侧汇流条功率控制装置发出的“心跳信号”的监控为二级监控;
左/右汇流条功率控制装置对另一侧一次配电装置中的主汇流条电压、互联汇流条电压、接触器辅助触点状态监控为三级监控。
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