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。通過對多電飛機配電系統(tǒng)的分析研究，利用LabVIEW/SIMULINK仿真平臺模擬建立能夠反應(yīng)多電飛機配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)運行原理的仿真系統(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，以及基于負載優(yōu)先級進行自動管理的二次配電系統(tǒng)進行模擬，為設(shè)計多電飛機的配電系統(tǒng)提供了較為方便有效的參考。

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

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

本文基于LabVIEW/SIMULINK仿真平臺開發(fā)先進戰(zhàn)機配電數(shù)字仿真系統(tǒng)，對配電系統(tǒng)的故障隔離、系統(tǒng)重構(gòu)、余度供電、容錯供電以及基于負載優(yōu)先級的負載自動管理等相關(guān)特性進行了仿真研究。

1　自動配電系統(tǒng)

多電飛機配電系統(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)電機直接或通過相應(yīng)變換獲得電能，主要用于對電網(wǎng)整體的控制和保護，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載，并由固態(tài)功率控制器(SSPC)對電氣負載進行電源控制和過載保護。系統(tǒng)具有電力自動管理和分配能力，通過系統(tǒng)處理機(PSP)、負載管理中心(ELMC)以及固態(tài)功率控制器(SSPC)根據(jù)機上電氣負載分類（關(guān)鍵飛行負載、關(guān)鍵任務(wù)負載、非關(guān)鍵負載）以及基于負載優(yōu)先級[7]的不同為負載提供可靠的、容錯的、不中斷的供電。

圖1　總體顯控界面

2　配電系統(tǒng)模型

該多電飛機自動配電數(shù)字仿真系統(tǒng)利用Lab?VIEW/SIMULINK平臺進行開發(fā)。利用LabVIEW實現(xiàn)系統(tǒng)的人機交互、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控制信號的顯示。如圖1所示。

利用SIMULINK實現(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求和優(yōu)先級處理；ELMC的主要功能為負責(zé)解算狀態(tài)方程和負載控制方程。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)負載的優(yōu)先級不同）解算電氣負載方程，輸出SSPC的通斷控制信號，從而實現(xiàn)自動配電。

圖2　二次配電模型

3　配電系統(tǒng)數(shù)字仿真

飛機飛行任務(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LG，右發(fā)電機RG，1號變流機INV1相繼發(fā)生故障為例，進行仿真驗證。

（1）一次配電系統(tǒng)：故障發(fā)生后，發(fā)電機接觸器LGB、RGB斷開，隔離故障的發(fā)電機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的功率要求，依據(jù)此時的電源系統(tǒng)電量以及設(shè)定好的負載優(yōu)先級，求解負載控制方程確定相關(guān)負載的通斷?？梢?，優(yōu)先級低的負載被切除（工作負載的總功率以此時系統(tǒng)電源總功率為限）。

4　小結(jié)

本文基于LabVIEW/SIMULINK對先進戰(zhàn)機配電系統(tǒng)一次配電系統(tǒng)的故障隔離、系統(tǒng)重構(gòu)、余度供電、容錯供電等特性，以及二次配電系統(tǒng)的基于負載優(yōu)先級的負載自動管理特性進行了仿真驗證研究，達到了預(yù)期效果。今后可此為基礎(chǔ)對先進飛機配電系統(tǒng)關(guān)鍵部件開展實物、半實物仿真研究。

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：

［1］沈頌華.航空航天器供電系統(tǒng)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

［2］梁家琳，周元鈞，董世良.多電飛機電力系統(tǒng)集成仿真技術(shù)研究［J］.電力電子，2006（4）：11-14.

［3］吳小華，徐剛.飛機供電系統(tǒng)的Saber仿真［J］.計算機仿真，2008（2）：70-73.

［4］陳衛(wèi)華.飛機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.

［5］程智勇.大型客機供電系統(tǒng)機構(gòu)及模擬驗證技術(shù)研究［D］.南京：南京航空航天大學(xué)，2011.

［6］劉楊.先進直升機配電系統(tǒng)半實物仿真關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.北京：北京航空航天大學(xué)，2012.

［7］鞏建英，謝拴勤，慕德俊.基于負載優(yōu)先級的電力分配方法［J］.測控技術(shù)，2014（6）：79-82.

(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。

收稿日期：2015－05－21

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

中圖分類號：TM762

文獻標識碼：A

文章編號：1009－9492 ( 2015 ) 11－0105－03