基于LabVIEW/SIMULINK的自动配电系统数字仿真研究

崔俊涛，王　永，何　斌（.北京航空航天大学，北京　009；.海军潜艇学院，山东青岛　66000）



基于LabVIEW/SIMULINK的自动配电系统数字仿真研究

崔俊涛1，王永1，何斌2
（1.北京航空航天大学，北京100191；2.海军潜艇学院，山东青岛266000）

摘要：多电(全电)技术是航空科技发展的新趋势。通过对多电飞机配电系统的分析研究，利用LabVIEW/SIMULINK仿真平台模拟建立能够反应多电飞机配电系统结构运行原理的仿真系统，结果表明：该仿真系统能够对不同工况下一次配电系统的特性，以及基于负载优先级进行自动管理的二次配电系统进行模拟，为设计多电飞机的配电系统提供了较为方便有效的参考。

关键词：自动配电系统；LabVIEW/SIMULINK；仿真

随着科技的迅猛发展，飞机正朝多电、全电趋势发展[1]。利用现代计算机仿真技术，针对先进飞机供电系统的仿真研究也在不断发展进步。文献[2-3]使用Saber软件对典型的机载负载建立了模型，对飞机的供电系统搭建了仿真模型，并模拟了发电机故障情况下供电转换和故障保护等特性，主要侧重于建立部件精确的数学模型和对电性能的分析；文献[4]和文献[5]利用LabVIEW分别针对高压直流供电系统和变频交流系统故障重构、余度供电等特性进行了仿真研究，重在逻辑功能的实现；文献[6]对先进直升机的配电系统半实物仿真的关键技术进行了研究。

本文基于LabVIEW/SIMULINK仿真平台开发先进战机配电数字仿真系统，对配电系统的故障隔离、系统重构、余度供电、容错供电以及基于负载优先级的负载自动管理等相关特性进行了仿真研究。

1　自动配电系统

多电飞机配电系统包含一次配电系统和二次配电系统。一次配电系统从发电机直接或通过相应变换获得电能，主要用于对电网整体的控制和保护，二次配电系统从一次配电系统获得电能并传输给电气负载，并由固态功率控制器(SSPC)对电气负载进行电源控制和过载保护。系统具有电力自动管理和分配能力，通过系统处理机(PSP)、负载管理中心(ELMC)以及固态功率控制器(SSPC)根据机上电气负载分类（关键飞行负载、关键任务负载、非关键负载）以及基于负载优先级[7]的不同为负载提供可靠的、容错的、不中断的供电。

图1　总体显控界面

2　配电系统模型

该多电飞机自动配电数字仿真系统利用Lab⁃VIEW/SIMULINK平台进行开发。利用LabVIEW实现系统的人机交互、一次配电系统的逻辑处理和模拟结果显示，以及二次系统中的SSPC控制信号的显示。如图1所示。

利用SIMULINK实现二次配电系统中PSP、ELMC、SSPC等主要功能模型的建立，如图2所示。

在此，PSP的主要功能为处理供电请求和优先级处理；ELMC的主要功能为负责解算状态方程和负载控制方程。该二次配电系统模型主要功能为：根据一次系统反馈的故障情况信息以及飞行任务（不同的飞行任务负载的优先级不同）解算电气负载方程，输出SSPC的通断控制信号，从而实现自动配电。

图2　二次配电模型

3　配电系统数字仿真

飞机飞行任务阶段和系统故障情况类型较多，现以最大巡航阶段左发电机LG，右发电机RG，1号变流机INV1相继发生故障为例，进行仿真验证。

（1）一次配电系统：故障发生后，发电机接触器LGB、RGB断开，隔离故障的发电机LG、RG，辅助电源接触器IPUB闭合，连接接触器BTB1、BTB2闭合，辅助电源IPU代替LG、RG向左、右舷主干配电网络供电；接触器INB1断开隔离故障的变流器INV1，接触器BTB4闭合，由汇流条BUS7向BUS6供电。如图3所示，可见，各汇流条能继续保持电力供应。

（2）二次配电系统：故障发生后，电源系统容量不能满足该飞行阶段正常工作时的功率要求，依据此时的电源系统电量以及设定好的负载优先级，求解负载控制方程确定相关负载的通断。可见，优先级低的负载被切除（工作负载的总功率以此时系统电源总功率为限）。

4　小结

本文基于LabVIEW/SIMULINK对先进战机配电系统一次配电系统的故障隔离、系统重构、余度供电、容错供电等特性，以及二次配电系统的基于负载优先级的负载自动管理特性进行了仿真验证研究，达到了预期效果。今后可此为基础对先进飞机配电系统关键部件开展实物、半实物仿真研究。

图3　故障后一次配电系统

图4　故障后二次配电系统

参考文献：

［1］沈颂华.航空航天器供电系统［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2005.

［2］梁家琳，周元钧，董世良.多电飞机电力系统集成仿真技术研究［J］.电力电子，2006（4）：11-14.

［3］吴小华，徐刚.飞机供电系统的Saber仿真［J］.计算机仿真，2008（2）：70-73.

［4］陈卫华.飞机270V高压直流供电系统结构及仿真技术研究［D］.南京：南京航空航天大学，2010.

［5］程智勇.大型客机供电系统机构及模拟验证技术研究［D］.南京：南京航空航天大学，2011.

［6］刘杨.先进直升机配电系统半实物仿真关键技术研究［D］.北京：北京航空航天大学，2012.

［7］巩建英，谢拴勤，慕德俊.基于负载优先级的电力分配方法［J］.测控技术，2014（6）：79-82.

(编辑：向飞)

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

作者简介：第一崔俊涛，男，1982年生，河北沧州人，硕士研究生，工程师。研究领域：电力电子与电力传动。

收稿日期：2015－05－21

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

中图分类号：TM762

文献标识码：A

文章编号：1009－9492 ( 2015 ) 11－0105－03