基于SSPC的負(fù)載自動(dòng)管理技術(shù)

劉曉羽

摘 要： 隨著飛機(jī)上用電設(shè)備的增多以及多電飛機(jī)概念的引入，常規(guī)配電方式及電網(wǎng)保護(hù)技術(shù)已經(jīng)不能滿足大規(guī)模用電負(fù)載的需要。電力電子技術(shù)的發(fā)展為自動(dòng)配電技術(shù)提供了可能?；诠虘B(tài)功率控制器SSPC進(jìn)行負(fù)載管理和電路保護(hù)，可根據(jù)負(fù)載控制方程自動(dòng)管理負(fù)載。通過(guò)分布式配電技術(shù)實(shí)現(xiàn)負(fù)載就近取電，采用分層式總線布局代替?zhèn)鹘y(tǒng)控制線路，從而減輕了電網(wǎng)的重量。

關(guān)鍵詞： 電力電子； 固態(tài)功率控制器； 自動(dòng)管理； 分層式總線結(jié)構(gòu)

中圖分類(lèi)號(hào)： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）08?0103?02

SSPC?based automatic management technology of electrical loads

LIU Xiao?yu

（AICC Tongfei Academy Co.， Ltd.， Zhuhai 519040， China）

Abstract： With a greater amount of electrical equipments mounted on modern aircraft， especially with the concept introduction of more electric aircraft， the conventional power distribution and grid protection technique can meet the requirements of massive electricity load， but the power electronic technology provides possibilities for automatic power distribution. SSPC is used in load management and circuit protection system， which can automatically manage the electrical load according to the load control equations. The whole system weight can be reduced by the distributed power distribution technology to get power nearby and hierarchical bus architecture to replace the traditional control wires.

Keywords： power electronics； SSPC； automatic management； hierarchical bus architecture

目前飛機(jī)上常規(guī)式的配電方式中，通常將主配電盒設(shè)置在距離發(fā)電機(jī)較近的位置，從主配電盒再向其他用電設(shè)備較為集中位置的次級(jí)配電盒供電。將對(duì)用電設(shè)備的控制線引入飛機(jī)駕駛艙內(nèi)，由斷路器實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的保護(hù)，控制器件集中在駕駛艙頂部操縱板或中央操縱臺(tái)上，飛行員通過(guò)手動(dòng)操縱控制器件進(jìn)行用電設(shè)備的控制。一方面增加了飛行員的負(fù)擔(dān)，另一方面因?yàn)轳{駛艙集成了眾多的控制板、斷路器板，并且需要大量控制線的引入，體積和重量也較大?；诠虘B(tài)功率控制器（SSPC）的自動(dòng)配電系統(tǒng)，采用雙余度分層式總線布局，通過(guò)安裝在飛機(jī)上的電氣負(fù)載管理中心與電源系統(tǒng)處理機(jī)PSP經(jīng)由數(shù)據(jù)總線進(jìn)行交互，能夠根據(jù)飛機(jī)不同飛行階段、發(fā)電機(jī)狀態(tài)、負(fù)載狀態(tài)、匯流條配置、負(fù)載供電優(yōu)先級(jí)等信息，解算負(fù)載控制的邏輯方程，從而自動(dòng)控制用電負(fù)載的配電。

1 固態(tài)功率控制器

傳統(tǒng)的斷路器有熱斷路器、磁斷路器或熱磁斷路器[1]?，F(xiàn)役飛機(jī)上的配電系統(tǒng)大多采用直流28 V、交流115 V的供電體制。隨著多電飛機(jī)以及全電飛機(jī)概念的引入，軍用飛機(jī)的供電體制向著高壓直流270 V的方向發(fā)展，民用飛機(jī)的供電體制向著變頻230 V發(fā)展[2]，而傳統(tǒng)的斷路器不能適應(yīng)較高的電壓體制，并且對(duì)斷路器的監(jiān)控比較復(fù)雜，也不能進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。固態(tài)功率控制器（SSPC）是一種基于MOSFET或IGBT功率半導(dǎo)體器件[2]。固態(tài)功率控制器集成了傳統(tǒng)斷路器與繼電器的功能，但與傳統(tǒng)的斷路器相比，固態(tài)功率控制器具有響應(yīng)迅速，控制簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)自檢測(cè)和狀態(tài)監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn)。并且由于傳統(tǒng)繼電器的電磁式部件接通和斷開(kāi)時(shí)在觸點(diǎn)位置容易產(chǎn)生電弧和火花，觸點(diǎn)易于磨損，而SSPC由電力電子器件和集成電路組成，能夠克服這一缺點(diǎn)，而且其電源需求小，電磁干擾弱。SSPC通過(guò)檢測(cè)電流來(lái)實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)，比傳統(tǒng)斷路器的熱保護(hù)更為靈敏，從而在一定程度上能夠減輕故障引起的后果。典型的SSPC內(nèi)部原理框圖如圖1所示[2]。

2 基于SSPC的負(fù)載自動(dòng)管理技術(shù)

某型飛機(jī)由兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的交流發(fā)電機(jī)作為主電源，一臺(tái)輔助動(dòng)力裝置APU驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)作為輔助電源，一組蓄電池組作為應(yīng)急電源。機(jī)上二次電源為一臺(tái)靜止變流器和兩臺(tái)變壓整流器。兩臺(tái)交流發(fā)電機(jī)采用轉(zhuǎn)換供電的方式，正常工作時(shí)分別向各自的匯流條供電，在任一臺(tái)發(fā)電機(jī)失效后，可由另一臺(tái)發(fā)電機(jī)向兩個(gè)主匯流條供電。變壓整流器用于將交流115 V，400 Hz主交流電轉(zhuǎn)為28 V直流電向機(jī)上直流負(fù)載供電，靜止變流器用于將蓄電池的28 V直流電轉(zhuǎn)換為交流115 V，400 Hz交流電，供交流應(yīng)急負(fù)載使用。輔助電源用于無(wú)地面電源時(shí)的地面維護(hù)和主發(fā)電機(jī)的空中再起動(dòng)以及起飛爬升和地面滑行時(shí)的輔助供電，蓄電池為應(yīng)急電源，在主電源及輔助電源失效后，保證用于緊急著陸的應(yīng)急負(fù)載的供電?；閭浞莸膬膳_(tái)匯流條功率控制器用于單個(gè)主電源故障時(shí)，將兩個(gè)主交流匯流條并聯(lián)，并能監(jiān)測(cè)匯流條的狀態(tài)，通過(guò)ARINC629數(shù)據(jù)總線向電源系統(tǒng)處理機(jī)（PSP）傳遞匯流條狀態(tài)信息。機(jī)上設(shè)置4個(gè)電氣負(fù)載管理中心（ELMC），分別安裝在駕駛艙左、右設(shè)備柜和機(jī)身中后部用電設(shè)備相對(duì)集中的區(qū)域，ELMC通過(guò)其電氣遠(yuǎn)程終端（ERT）經(jīng)由數(shù)據(jù)總線與PSP交互，向PSP發(fā)出負(fù)載的狀態(tài)信息，并接收來(lái)自PSP的控制信號(hào)。數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)采用分層式總線布局，電氣系統(tǒng)的控制采用單獨(dú)的雙余度ARINC629數(shù)據(jù)總線，通過(guò)電源系統(tǒng)處理機(jī)（PSP）連接到航電ARINC629數(shù)據(jù)總線見(jiàn)圖2。

PSP對(duì)于航電數(shù)據(jù)總線是一個(gè)遠(yuǎn)程終端，對(duì)于電氣控制總線則是總線控制器。兩臺(tái)PSP互為備份，對(duì)整個(gè)電氣系統(tǒng)控制。PSP利用發(fā)電機(jī)控制器GCU、匯流條功率控制器BPCU向PSP提供發(fā)電機(jī)及匯流條的狀態(tài)信息，航電系統(tǒng)經(jīng)由航電數(shù)據(jù)總線傳來(lái)實(shí)時(shí)的飛行狀態(tài)信息，ELMC反饋的負(fù)載狀態(tài)信息等信息通過(guò)軟件解算負(fù)載控制方程，向ELMC發(fā)出控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣負(fù)載的供電控制，替代傳統(tǒng)使用繼電器的手動(dòng)控制。通過(guò)實(shí)時(shí)信息控制負(fù)載的通斷，可達(dá)到對(duì)電源有效的利用[4]。同時(shí)，PSP經(jīng)由航電ARINC629數(shù)據(jù)總線將電網(wǎng)狀態(tài)信息以及自動(dòng)控制指令信息反饋到發(fā)動(dòng)機(jī)指示和機(jī)組警告系統(tǒng)（EICAS）顯示器上，從而提高系統(tǒng)的人機(jī)功效。

ELMC與PSP經(jīng)由ARINC629數(shù)據(jù)總線進(jìn)行交互，每個(gè)ELMC內(nèi)嵌一個(gè)電氣遠(yuǎn)程終端ERT，由ERT內(nèi)部微處理機(jī)進(jìn)行總線接口管理。根據(jù)所管理負(fù)載數(shù)量的不同，每個(gè)ELMC中有不同數(shù)量的SSPC。SSPC控制器件從ERT接收控制信號(hào)，控制機(jī)上負(fù)載的供斷電，對(duì)負(fù)載提供過(guò)流保護(hù)并向ERT輸出SSPC狀態(tài)。ELMC中的配電模塊PDC采用多路電源輸入，能夠?qū)崿F(xiàn)供電轉(zhuǎn)換，正常時(shí)由主電源供電，在主電源故障的情況下通過(guò)轉(zhuǎn)換供電匯流條進(jìn)行供電。由于ELMC安裝在用電設(shè)備較為集中的區(qū)域，由主配電盒向ELMC供電，實(shí)現(xiàn)了分布式配電技術(shù)，減少了饋電線的長(zhǎng)度，從而減輕了電網(wǎng)重量。

3 結(jié) 語(yǔ)

在負(fù)載自動(dòng)管理系統(tǒng)中，采用分布式配電技術(shù)，負(fù)載就近取電，電源系統(tǒng)處理機(jī)解算負(fù)載控制方程，通過(guò)雙余度數(shù)據(jù)總線傳遞控制信號(hào)，由SSPC進(jìn)行負(fù)載控制和電網(wǎng)保護(hù)。同時(shí)，由于采用模塊化設(shè)計(jì)及分層式總線布局，電氣系統(tǒng)控制采用單獨(dú)雙余度數(shù)據(jù)總線，由PSP作為遠(yuǎn)程終端加載在航電數(shù)據(jù)總線上，因此負(fù)載管理系統(tǒng)具有極大的擴(kuò)展性。在飛機(jī)更改構(gòu)型時(shí)，對(duì)于負(fù)載管理系統(tǒng)而言僅需更改負(fù)載控制軟件，而無(wú)須協(xié)調(diào)航電系統(tǒng)的更改，從而縮短了研制周期，節(jié)約了成本。

參考文獻(xiàn)

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