劉鵬

摘 要：研究和應(yīng)用現(xiàn)有的自動(dòng)配電技術(shù)，集中于新式飛機(jī)系統(tǒng)。這個(gè)配電系統(tǒng)是電機(jī)匯流條和電能的接點(diǎn)之間的配電、傳輸、控制、保護(hù)和管理，它是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分。自動(dòng)配電系統(tǒng)配有分布式總線和自動(dòng)負(fù)載平衡。電氣設(shè)備連接到相鄰的電力線?？刂菩盘?hào)和狀態(tài)信號(hào)通過(guò)多通道數(shù)據(jù)總線從計(jì)算機(jī)傳輸，負(fù)載由固態(tài)電源控制器（SSPC）控制和保護(hù)。減少電纜長(zhǎng)度和飛機(jī)重量節(jié)省駕駛艙空間，減少飛行員的工作量，提高系統(tǒng)的可靠、可維護(hù)和可擴(kuò)展性，并提高飛機(jī)的安全性。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)配電;電氣負(fù)載管理中心

飛機(jī)配電系統(tǒng)是由飛機(jī)電能的生產(chǎn)、變換和輸配等裝置組成得完整的系統(tǒng)，它是飛機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)一個(gè)重要部分，其作用是向飛機(jī)上各電設(shè)備或用電系統(tǒng)提供電能，以滿足規(guī)定的技術(shù)性能，從而確保飛機(jī)的飛行安全和作戰(zhàn)任務(wù)的執(zhí)行。

由于飛機(jī)電能傳輸距離比較短且用電設(shè)備比較集中，因此飛機(jī)配件系統(tǒng)是指從電源通過(guò)匯流條到用電設(shè)備輸入端的部分，由電網(wǎng)、配電裝置和電網(wǎng)保護(hù)裝置等組成。它的作用是將電源所產(chǎn)生的電能可靠有效地傳輸?shù)斤w機(jī)的各用電設(shè)備上去，并保證可靠而又不間斷地向電設(shè)備供電，對(duì)于重要系統(tǒng)或設(shè)備還應(yīng)有多余度的獨(dú)立供電措施。目前，大多數(shù)飛機(jī)都使用傳統(tǒng)或遠(yuǎn)程配電系統(tǒng)。隨著航空技術(shù)的迅速發(fā)展，飛機(jī)性能大幅度提高，用電設(shè)備迅速增加，電源功率不斷增大，致使電網(wǎng)重量過(guò)重，維護(hù)性和可靠性差，響應(yīng)速度慢，嚴(yán)重影響了飛機(jī)性能的整體提高，因此對(duì)現(xiàn)有電源控制管理系統(tǒng)的改變需求就越來(lái)越迫切，自動(dòng)配電系統(tǒng)是改變目前狀況的一個(gè)重要研究方向。

從國(guó)內(nèi)外的研究和實(shí)踐看，飛機(jī)配電系統(tǒng)的總趨勢(shì)就是自動(dòng)配電術(shù)，采用自動(dòng)配電技術(shù)可以根據(jù)飛機(jī)的發(fā)電容量大小、供電系統(tǒng)完好程度以及飛機(jī)不同的飛行階段自動(dòng)斷開(kāi)和接通用電設(shè)備，使系統(tǒng)具有重構(gòu)的能力，從而保證飛行和任務(wù)關(guān)鍵負(fù)載的可靠供電，這種方式有著常規(guī)配電系統(tǒng)無(wú)法比擬的優(yōu)越性，是下一代先進(jìn)飛機(jī)配電發(fā)展的趨勢(shì)。

一、自動(dòng)配電系統(tǒng)具有的優(yōu)點(diǎn)

1.根據(jù)飛行階段、供電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)配置，自動(dòng)負(fù)荷管理、合理配電、加載和卸載、避免系統(tǒng)干擾;在緊急情況下，可以根據(jù)負(fù)載優(yōu)先順序分配和管理，提高飛機(jī)的安全。

2.通過(guò)余度和容錯(cuò)技術(shù)提高可靠性，使自我診斷系統(tǒng)能夠及時(shí)檢測(cè)和預(yù)測(cè)故障。

3.配電系統(tǒng)質(zhì)量明顯下降，機(jī)動(dòng)性明顯提高，飛行動(dòng)力下降。

4.通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)、模塊化和統(tǒng)一的設(shè)計(jì)提高配電系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，以確保高度的可擴(kuò)展性。飛機(jī)改型、功能增強(qiáng)和新設(shè)備只需進(jìn)行適當(dāng)?shù)能浖模纯蓾M足系統(tǒng)要求并降低開(kāi)發(fā)和改造成本。自動(dòng)配電技術(shù)將成為下一代配電趨勢(shì)，但受到設(shè)備和技術(shù)限制，許多技術(shù)問(wèn)題亟待解決。SSPC現(xiàn)在消耗的電力較少，而且抗電磁干擾的可靠性和恢復(fù)能力也有所提高。

二、飛機(jī)自動(dòng)配電系統(tǒng)的基本架構(gòu)與工作方式

1.飛機(jī)自動(dòng)配電原理。每個(gè)系統(tǒng)在正常情況下由GCU發(fā)電機(jī)控制，發(fā)電機(jī)組G通過(guò)GCB斷路器為交流總線和交流負(fù)載供電。交流直流輸電通過(guò)TRU變壓器適配器進(jìn)行，BTB斷路器為直流匯流條和負(fù)載供電。備用總線和臨界負(fù)荷由下一個(gè)斷路器控制，應(yīng)急總線將獲得一個(gè)備用電池，該電池將為變頻器上的關(guān)鍵交流負(fù)載供電。另一個(gè)電源可以通過(guò)總線斷路器（AC BTB或DC BTB）供電。地面上EPS接地電力系統(tǒng)可以為飛機(jī)供電。

2.飛機(jī)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式。飛機(jī)的自動(dòng)配電系統(tǒng)集成到飛機(jī)的電源中。高速數(shù)據(jù)總線鏈路建立了分布式自動(dòng)配電控制系統(tǒng)。PSP負(fù)責(zé)電力系統(tǒng)的綜合管理。主配電系統(tǒng)由BPCU控制，負(fù)責(zé)監(jiān)控、保護(hù)和控制主配電中心的總線布局。如果主電源出現(xiàn)故障，兩條總線將并行連接。二級(jí)配電系統(tǒng)電氣負(fù)載不同位置的不同管理中心（ELMC）組成。

三、飛機(jī)自動(dòng)配電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

1.自動(dòng)電氣負(fù)載管理技術(shù)?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)上所有負(fù)載的嚴(yán)格智能控制。飛行員只需發(fā)送當(dāng)前飛行時(shí)間和一些特別指示。自動(dòng)配電系統(tǒng)可以自動(dòng)管理電氣系統(tǒng)和飛機(jī)的各種負(fù)荷。自動(dòng)負(fù)載管理需求：根據(jù)可用電源容量、任務(wù)需求和負(fù)載優(yōu)先級(jí)提供電源。確保可用的電力容量與主負(fù)荷相同。如果電源通道出現(xiàn)故障，可以更換電源以確保電源的容錯(cuò)能力。

2.自動(dòng)電氣負(fù)載管理實(shí)施步驟：根據(jù)飛機(jī)可用的配電類(lèi)型確定電力容量（例如地面供應(yīng)、雙單發(fā)、應(yīng)急預(yù)案和電池）。根據(jù)電源和配電模式指定要處理的電力負(fù)荷及其相關(guān)電力需求的列表。如果容量不足，則根據(jù)電氣負(fù)荷的優(yōu)先級(jí)確定要?jiǎng)h除的電氣負(fù)荷列表。負(fù)荷管理邏輯在配電系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。PSP在飛行的不同階段向ELMS發(fā)送任務(wù)信息。ELMS計(jì)算相應(yīng)的電力需求和電力負(fù)荷控制方程。根據(jù)解決方案的結(jié)果加載或卸載。

ELMC是飛機(jī)自動(dòng)配電系統(tǒng)中的物理單元。每個(gè)ELMC都有一個(gè)遠(yuǎn)程電源插座設(shè)備，由內(nèi)部value微處理器通過(guò)總線接口進(jìn)行管理。ELMC通過(guò)數(shù)據(jù)總線與PSP通信，向PSP發(fā)送負(fù)載狀態(tài)信息，接收PSP控制信號(hào)，并通過(guò)SSPC加載或卸載相應(yīng)的電負(fù)荷。

3.ELMC以?xún)煞N模式運(yùn)行：正常模式，起動(dòng)后，遠(yuǎn)程終端通過(guò)初始化和自我控制來(lái)確定其當(dāng)前狀態(tài)。在正常情況下，系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)執(zhí)行多任務(wù)調(diào)度，并根據(jù)優(yōu)先級(jí)正確運(yùn)行。如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，請(qǐng)向PSP報(bào)告故障狀態(tài)。緊急模式：當(dāng)與PSP通信失敗時(shí)，ELMC切換到緊急模式，是一個(gè)管理和控制負(fù)載的小型系統(tǒng)。故障診斷后，系統(tǒng)可以返回正常模式。

4.SSPC。是一種集成的智能開(kāi)關(guān)裝置，具有轉(zhuǎn)換交換和斷路器。它是實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化的重要工具，電源MOSFET或IGBT用作開(kāi)關(guān)裝置，例如電機(jī)電源裝置。它具有無(wú)觸點(diǎn)、電弧、噪聲、快速響應(yīng)、低電磁干擾、超長(zhǎng)使用壽命、高可靠性和簡(jiǎn)單的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制等優(yōu)點(diǎn)。SSPC還具有短路保護(hù)、電涌保護(hù)器、自我識(shí)別和通信功能。

自動(dòng)配電技術(shù)正在成為新一代飛機(jī)配電的趨勢(shì)，因?yàn)樗叨茸詣?dòng)化和智能化，大大降低了體積和質(zhì)量，提高了安全性。與傳統(tǒng)的分布式模式相比，它具有可靠性和可擴(kuò)展性。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和統(tǒng)一的設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)可擴(kuò)展性并降低系統(tǒng)更新成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]傅善光.飛機(jī)自動(dòng)配電管理系統(tǒng)電氣負(fù)載管理技術(shù)的研究[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2020，34（1）：73-78.