未来飞机动态配电管理技术

张苗欢

【摘 要】提出了一种新颖的动态配电管理方法。首先，依据电源的容量、飞行阶段和负载的重要等级，来确认负载优先级。从而依据各个飞行阶段的状态逻辑信号和故障状态量来建立功率需求方程。然后，建立电气负载控制方程。最后，详细地分析动态配电管理过程。

【关键词】动态配电管理；负载优先级；功率需求方程； 负载控制方程

【Abstract】In this chapter， a novel dynamic power distribution management method is brought forward. The load priority levels are set up according to the power capacity of power sources， flight phases and the importance of loads. Then the power request equation is established in accordance with the status logic signals and the default status value under each flight phase. After that， the electric load control equation is established. Finally， the dynamic power distribution management process is analyzed in detail.

【Key words】Dynamic power distribution management； Load priority levels； Power request equation； Load control equation

0 引言

在未来的飞机，飞机上的设备和系统的二次电源被电源取代。如何有效和高效地管理和控制所有的这些设备变得越来越重要。

动态配电管理，需要供电的设备需获得足够的电源，这就意味着发电机提供的总功率需足够大地满足整个飞机的需求。于是，按照各种各样的飞行剖面和不同状况，配电管理负责采用合适的方法给所有的负载调节和分配电源。为了充分利用可利用的电源，每个负载的性能特性和运行情况需要进行全面详细的研究。所有负载的供电优先级要求管理需要进行讨论和研究。电气负载的电源需求方程和控制方程将会建立。通过采用动态配电管理方法，电源系统的可靠性和维修性将会有显著的改善。

1 负载优先级

当一个或多个飞机电源失效时，剩余的电源无法满足正常情况下所有用电负载的电源需求。动态配电管理系统将会按照预先确定的负载优先级自动卸载一些电气负载，保证剩余负载的功耗与供电系统的容量匹配，从而继续保证飞机的安全飞行。

电气负载的自动管理是基于负载的优先级。设置负载管理的优先级别取决于发电机的数量、发电机的容量、飞行阶段、汇流条的配置、负载的类型和电源要求。

依据负载分析结果，需要控制的所有电气负载可按照其在每个飞行阶段的重要性进行排序。每个负载的重要性和额定功率需要详细地研究。供电的优先级说明了负载获得电源的优先级。每个需要管理的电气负载在每个飞行阶段都有相应的优先级。序号越小，供电的优先级越高。这些优先表存储在汇流条功率控制器（BPCU）中。当BPCU检测到发电通道产生了过流，BPCU将会比较过流值和基限值，从而决定卸载哪些负载来消除过载问题。随后BPCU将给远程功率控制器（RPDU）和电气负载管理控制器（ELMC）发送卸载要求卸载相关负载。

2 功率需求方程

动态配电管理系统通过智能接触器和SSPC执行负载控制功能。在各飞行阶段，BPCU将飞行任务信息发送给RPDU和ELMC。RPDU和ELMC将计算相应的功率需求方程和负载控制方程，从而控制每个电气负载的通断。

在不同的飞行阶段，需在不同的飞行任务下进行供电的相关负载，当电源系统正常运行且负载状态控制逻辑满足要求时，这些负载将被接通供电。当负载应该且可以被接通时，功率需求方程将会发送供电需求信号给电源系统。功率需求方程取决于飞行模式和状态控制逻辑信号。所有的输入变量都是逻辑信号，方程的输出结果也是逻辑状态。Q=1表示电气负载要求供电。Q=0表示电气负载不需要供电。功率需求方程如下：

m1（1？燮i？燮7）：表示负载在七个飞行阶段的运行需求信号，m1=1表示需求信号有效；

lj（1？燮j？燮N）：表示状态逻辑信号，例如传感器信号或接触器状态信号，lj=1表示逻辑信号有效。

3 负载控制方程

如果负载的功率需求信号有效，意味着负载需在目前的飞行阶段工作。然而，负载的开关控制不仅与负载的功率需求信号有关，而且与控制装置本身的缺省状态、高级控制信号和电源的功率容量有关。如果电气负载的控制装置失效，相应负载的供电将会被禁止。若目前的电源功率容量无法满足运行的该飞行阶段电气负载的功率需求时，动态配电管理系统将会自动卸载一些负载。负载控制方程如下所示：

Con： 负载接通控制命令。Con=1：表示接通控制命令可以发送给控制装置，相应的负载将会在接通后开始工作。Con=0：表示控制装置不能被接通，相应的负载无法获得电源。

N：每个电气负载的状态标志。N=1：表示电气负载正常工作，可以获得电源。N=0：表示电气负载故障。

D：目前飞行阶段，电气负载的供电缺省状态。D=1：表示在目前的飞行阶段需要向该负载供电。D=0：表示在目前的飞行阶段该负载不需要工作。

Q：表示上面提及的电气负载的功率需求信号，是功率需求方程的结果。Q=1：表示这个负载能获得电源。Q=0：表示这个负载不能获得电源。

S：表示来自BPCU的卸载信号。S=1：表示卸载信号有效，该负载需被卸载。

H：表示来自驾驶舱的高级控制信号。H=1：表示高级控制信号有效。H=0：表示无高级控制信号。驾驶员通过位于驾驶舱的触摸屏接通或关闭一些重要负载，拥有较高的优先级去干涉系统。

需要控制的每个负载分别拥有独特的控制方程，这些负载的控制方程通过RPDU和ELMC解决。

4 动态配电管理

正常运行时，电源的功率容量足够每个电气负载运行。然而，当发电系统发生故障，或一个或两个主发电机不可用时，剩余的功率容量不足以支持所有的电气负载。在这种情况下，一些非重要负载应该被自动卸载。因此，动态配电管理系统将会运行去管理电气负载。对于多发动机的飞机，配电管理包括两个阶段：系统重构和电气负载自动卸载。

首先，BPCU实时收集飞行任务剖面和电源的状态。当BPCU监测到发电通道发生故障时，它将会进行系统重构，如图1所示。

之后，BPCU仍然监测发电通道的过载信号，它将决定哪些负载需要卸载，然后将这些负载的卸载信号发送给相应的RPDU或ELMC。RPDU和ELMC将会等待负载管理程序解决负载控制方程。然后一些非重要负载将会自动卸载。

当飞行阶段转换或发电系统故障时，电气负载控制程序将会被触发。按照飞行阶段，每个负载对应的故障状态和电源状态，电气负载控制程序能够确认负载的电源请求信号。随后负载控制程序将会计算当前每个负载的控制命令，将能够为一些电气负载供电。负载管理流程图如图2所示。

负载管理工程由RPDU和ELMC实现。在飞行过程中，RPDU和ELMC监控状态控制逻辑信号、飞行阶段信号、供电通道状态和控制装置的目前故障状态，并完成功率需求方程。随着SSPC/接触器失效状态信号、来自BPCU的卸载信号和来自驾驶员的高级控制信号，RPDU和ELMC将会完成负载控制方程。最后，每个负载将会按照负载控制方程的结果获得电源，整个过程是自动运行的。

4 结论

通过使用此动态配电管理方法，所有的电气负载可以有效地管理。通过使用此方法，依据详细的负载分析和负载分配，确认开关设备的故障状态矩阵，供电系统的电源容量可以得到有效地减小。更重要的，当发生过载故障时，通过使用动态负载管理，剩余的供电电源容量能够尽可能地得到更有效地利用。

【参考文献】

[1]Joseph A. Weimer. Electrical Power Technology for the More Electric Aircraft[G]. Wright Patterson AFB， OH 45433-7658.

[2]Mike Sinnett. 787 No- Bleed Systems： Saving Fuel and Enhancing Operational Efficiencies[J]. AERO magazine， 2007，07：（28）.

[3]Moir， I. and Seabridge， A. G. Aircraft systems： mechanical， electrical， and avionics subsystems integration[M]. 3rd Ed. Wiley， Chichester， West Sussex， England； Hoboken， NJ， 2008.

[4]Bailey. Protection and Switching of Large Loads for the More Electric Aircraft[C]// EPE 2009 Conference， Barcelona.6.

[5]Mike Howse. All Electric Aircraft[J]. IEE Power Engineer，2003.

[责任编辑：邓丽丽]