基于LabVIEW/SIMULINK的自動(dòng)配電系統(tǒng)數(shù)字仿真研究

崔俊濤，王　永，何　斌（.北京航空航天大學(xué)，北京　009；.海軍潛艇學(xué)院，山東青島　66000）

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基于LabVIEW/SIMULINK的自動(dòng)配電系統(tǒng)數(shù)字仿真研究

崔俊濤1，王永1，何斌2
（1.北京航空航天大學(xué)，北京100191；2.海軍潛艇學(xué)院，山東青島266000）

摘要：多電(全電)技術(shù)是航空科技發(fā)展的新趨勢(shì)。通過對(duì)多電飛機(jī)配電系統(tǒng)的分析研究，利用LabVIEW/SIMULINK仿真平臺(tái)模擬建立能夠反應(yīng)多電飛機(jī)配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)運(yùn)行原理的仿真系統(tǒng)，結(jié)果表明：該仿真系統(tǒng)能夠?qū)Σ煌r下一次配電系統(tǒng)的特性，以及基于負(fù)載優(yōu)先級(jí)進(jìn)行自動(dòng)管理的二次配電系統(tǒng)進(jìn)行模擬，為設(shè)計(jì)多電飛機(jī)的配電系統(tǒng)提供了較為方便有效的參考。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)配電系統(tǒng)；LabVIEW/SIMULINK；仿真

隨著科技的迅猛發(fā)展，飛機(jī)正朝多電、全電趨勢(shì)發(fā)展[1]。利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，針對(duì)先進(jìn)飛機(jī)供電系統(tǒng)的仿真研究也在不斷發(fā)展進(jìn)步。文獻(xiàn)[2-3]使用Saber軟件對(duì)典型的機(jī)載負(fù)載建立了模型，對(duì)飛機(jī)的供電系統(tǒng)搭建了仿真模型，并模擬了發(fā)電機(jī)故障情況下供電轉(zhuǎn)換和故障保護(hù)等特性，主要側(cè)重于建立部件精確的數(shù)學(xué)模型和對(duì)電性能的分析；文獻(xiàn)[4]和文獻(xiàn)[5]利用LabVIEW分別針對(duì)高壓直流供電系統(tǒng)和變頻交流系統(tǒng)故障重構(gòu)、余度供電等特性進(jìn)行了仿真研究，重在邏輯功能的實(shí)現(xiàn)；文獻(xiàn)[6]對(duì)先進(jìn)直升機(jī)的配電系統(tǒng)半實(shí)物仿真的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。

本文基于LabVIEW/SIMULINK仿真平臺(tái)開發(fā)先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)配電數(shù)字仿真系統(tǒng)，對(duì)配電系統(tǒng)的故障隔離、系統(tǒng)重構(gòu)、余度供電、容錯(cuò)供電以及基于負(fù)載優(yōu)先級(jí)的負(fù)載自動(dòng)管理等相關(guān)特性進(jìn)行了仿真研究。

1　自動(dòng)配電系統(tǒng)

多電飛機(jī)配電系統(tǒng)包含一次配電系統(tǒng)和二次配電系統(tǒng)。一次配電系統(tǒng)從發(fā)電機(jī)直接或通過相應(yīng)變換獲得電能，主要用于對(duì)電網(wǎng)整體的控制和保護(hù)，二次配電系統(tǒng)從一次配電系統(tǒng)獲得電能并傳輸給電氣負(fù)載，并由固態(tài)功率控制器(SSPC)對(duì)電氣負(fù)載進(jìn)行電源控制和過載保護(hù)。系統(tǒng)具有電力自動(dòng)管理和分配能力，通過系統(tǒng)處理機(jī)(PSP)、負(fù)載管理中心(ELMC)以及固態(tài)功率控制器(SSPC)根據(jù)機(jī)上電氣負(fù)載分類（關(guān)鍵飛行負(fù)載、關(guān)鍵任務(wù)負(fù)載、非關(guān)鍵負(fù)載）以及基于負(fù)載優(yōu)先級(jí)[7]的不同為負(fù)載提供可靠的、容錯(cuò)的、不中斷的供電。

圖1　總體顯控界面

2　配電系統(tǒng)模型

該多電飛機(jī)自動(dòng)配電數(shù)字仿真系統(tǒng)利用Lab?VIEW/SIMULINK平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)。利用LabVIEW實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的人機(jī)交互、一次配電系統(tǒng)的邏輯處理和模擬結(jié)果顯示，以及二次系統(tǒng)中的SSPC控制信號(hào)的顯示。如圖1所示。

利用SIMULINK實(shí)現(xiàn)二次配電系統(tǒng)中PSP、ELMC、SSPC等主要功能模型的建立，如圖2所示。

在此，PSP的主要功能為處理供電請(qǐng)求和優(yōu)先級(jí)處理；ELMC的主要功能為負(fù)責(zé)解算狀態(tài)方程和負(fù)載控制方程。該二次配電系統(tǒng)模型主要功能為：根據(jù)一次系統(tǒng)反饋的故障情況信息以及飛行任務(wù)（不同的飛行任務(wù)負(fù)載的優(yōu)先級(jí)不同）解算電氣負(fù)載方程，輸出SSPC的通斷控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配電。

圖2　二次配電模型

3　配電系統(tǒng)數(shù)字仿真

飛機(jī)飛行任務(wù)階段和系統(tǒng)故障情況類型較多，現(xiàn)以最大巡航階段左發(fā)電機(jī)LG，右發(fā)電機(jī)RG，1號(hào)變流機(jī)INV1相繼發(fā)生故障為例，進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

（1）一次配電系統(tǒng)：故障發(fā)生后，發(fā)電機(jī)接觸器LGB、RGB斷開，隔離故障的發(fā)電機(jī)LG、RG，輔助電源接觸器IPUB閉合，連接接觸器BTB1、BTB2閉合，輔助電源IPU代替LG、RG向左、右舷主干配電網(wǎng)絡(luò)供電；接觸器INB1斷開隔離故障的變流器INV1，接觸器BTB4閉合，由匯流條BUS7向BUS6供電。如圖3所示，可見，各匯流條能繼續(xù)保持電力供應(yīng)。

（2）二次配電系統(tǒng)：故障發(fā)生后，電源系統(tǒng)容量不能滿足該飛行階段正常工作時(shí)的功率要求，依據(jù)此時(shí)的電源系統(tǒng)電量以及設(shè)定好的負(fù)載優(yōu)先級(jí)，求解負(fù)載控制方程確定相關(guān)負(fù)載的通斷。可見，優(yōu)先級(jí)低的負(fù)載被切除（工作負(fù)載的總功率以此時(shí)系統(tǒng)電源總功率為限）。

4　小結(jié)

本文基于LabVIEW/SIMULINK對(duì)先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)配電系統(tǒng)一次配電系統(tǒng)的故障隔離、系統(tǒng)重構(gòu)、余度供電、容錯(cuò)供電等特性，以及二次配電系統(tǒng)的基于負(fù)載優(yōu)先級(jí)的負(fù)載自動(dòng)管理特性進(jìn)行了仿真驗(yàn)證研究，達(dá)到了預(yù)期效果。今后可此為基礎(chǔ)對(duì)先進(jìn)飛機(jī)配電系統(tǒng)關(guān)鍵部件開展實(shí)物、半實(shí)物仿真研究。

圖3　故障后一次配電系統(tǒng)

圖4　故障后二次配電系統(tǒng)

參考文獻(xiàn)：

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［4］陳衛(wèi)華.飛機(jī)270V高壓直流供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及仿真技術(shù)研究［D］.南京：南京航空航天大學(xué)，2010.

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(編輯：向飛)

Research on Digital Simulation of Automatic Distribution System Based on LabVIEW / SIMULINK

CUI Jun-tao1，WANG Yong1，HE Bin2
（1. Beijing University of Aeronautics and Astronautics，Beijing100191，China；2. Naval Submarine University，Qingdao266000，China）

Abstract:More Electric Aircraft is a new technology development of the Aviation Technology，which is more complex. Based on the analysis of the distribution system of MEA，a simulation system based on LabVIEW would be established that can run More Electric Aircraft power distribution system structure，the study shows that the system can simulate primary power distribution character of MEA as well as the second power distribution based on the load priority auto-management system in different working condition，which offer an effectively way to design distribution system.

Key words:power distribution system；LabVIEW/SIMULINK；simulation

作者簡(jiǎn)介：第一崔俊濤，男，1982年生，河北滄州人，碩士研究生，工程師。研究領(lǐng)域：電力電子與電力傳動(dòng)。

收稿日期：2015－05－21

DOI:10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2015. 11. 028

中圖分類號(hào)：TM762

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009－9492 ( 2015 ) 11－0105－03