基于双余度的一种智能配电装置设计

张玲杰

（上海交通大学 上海市 200030）

基于双余度的一种智能配电装置设计

张玲杰

（上海交通大学 上海市 200030）

该智能配电装置的特点是体积小、功率密度高。它独特地采用了双余度平台控制系统，大大提高了系统任务的可靠性。制作了原理样机并进行了试验验证，结果表明双余度设计切实可行，达到预期目的，具有高可靠性。

智能配电装置；双余度；可靠性

引言

智能配电装置是由较早的固态二次配电装置改进而来，其相对于固态二次配电装置结构更紧凑、重量更轻、重心更低、功率密度大幅提高、配电分布更合理。智能配电装置的电源部分和控制部分均采用了DSP[2]双余度设计，大大提高了系统任务的可靠性。当然，它也能够实时获取负载的运行状态，具备健康诊断和主动实时监控功能，并可以根据针对不同的负载特性进行精确的保护控制，达到安全可靠运行的目的。

1 总体框图

如图1所示，智能配电装置包括由相互独立的A平台模块和B平台模块组成，其中，A平台的控制部分为主控制平台，B平台的控制部分为备份控制平台。A、B平台之间采用相似双余度热备份的工作机制，当A平台控制失效时，能够切换到B平台，确保所有固态功率控制器保护功能和性能不损失。当B平台控制失效时，能够切换到A平台，确保所有固态功率控制器保护功能和性能不损失。智能配电装置的供电电源由A平台电源模块和B平台电源模块经过二极管或之后输出，确保供电电源正常。

图1 智能配电装置总体框图

A平台模块和B平台模块分别有电源模块、控制模块和多路固态功率控制器组成。

2 系统整体功能实现

如图1所示，智能配电装置由相互独立的A平台模块和B平台模块组成。其中，A平台模块包括电源模块（21）、控制模块（41）和n路固态功率控制器（81）。B平台模块包括电源模块（31）、控制模块（61）和n路固态功率控制器（81）。A平台的控制模块为主控制平台，B平台的控制模块为备份控制平台。A、B平台之间采用相似双余度热备份的工作机制，当A平台控制失效时，能够切换到B平台，确保所有固态功率控制器保护功能和性能不损失。当B平台控制失效时，能够切换到A平台，确保所有固态功率控制器保护功能和性能不损失。

外部控制电源1（1）经过电源模块（21）输出工作电源V3（22）给主控模块和2n路固态功率控制器（81）供电，外部控制电源2（3）经过电源模块（31）输出工作电源V4（32）给主控模块和2n路固态功率控制器供电，实现供电电源的双余度，确保系统供电的可靠性。

A平台的控制模块（41）和B平台的控制模块（61）通过外部通讯总线1（10）或外部通讯总线2（11）接收综合管理计算机（9）的指令执行各个直流负载（14）的开通和关断，完成多路固态功率控制器（81）的控制和数据传输功能。外部通讯总线1（10）和外部通讯总线2（11）两路总线之间互为热备份。A平台的控制模块（41）接收外设硬线超控信号（5）的超控信号开通关断各路直流负载（14），且A平台的控制模块（41）对外部离散量信号（7）经过隔离、处理后进行外部状态信号的采集。B平台的控制模块（61）接收外设硬线超控信号（6）的超控信号开通关断各路直流负载（14），且B平台的控制模块（61）对外部离散量信号（8）经过隔离、处理后进行外部状态信号的采集。A平台的控制模块（41）通过内部通讯总线（42）与固态功率控制器（81）通讯，同时采集固态功率控制器（81）的上传数据来完成直流负载（14）供电状态监控和供电保护。

固态功率控制器（81）之间相互独立，相互隔离，具有过载、短路、超温等保护功能。固态功率控制器（81）的通断命令可以通过两种方式实现，一是综合管理计算机（9）通过软件指令方式实现；一是通过外设硬线超控信号来实现，超控功能主要用于应急状态（智能配电装置的控制模块与固态功率控制器通讯失效）下对负载开关的直接控制。将超控信号接地，关断SSPC通道；将超控信号接28V，开通SSPC通道。超控的形式包括：开通超控、关断超控、开通关断超控，可以根据不同负载的需要采用不同的超控形式。

3 总结

智能配电装置是以计算机技术、功率电子技术[3]和通讯技术为基础，对多路机载电气负载提供开关控制、安全用电保护和智能监控功能的新一代智能配电管理系统。其主要实现了：

（1）结构与热设计技术：通过降低功率器件的功耗、控制系统的电源功耗，散热需求、屏蔽需求和模块化结构设计相结合的方式减少智能配电装置的体积和重量，从而提高系统的功率密度；

（2）冗余技术：外部总线、DSP处理器、辅助电源采用双余度设计；

（3）容错技术：具有自检测、故障隔离和故障信息反馈功能，还具有状态锁定、历史时间记录功能；

（4）固态功率控制器（SSPC）[4]健康诊断和故障辨识技术：采用静态与动态相结合的状态和故障在线检测技术；

（5）固态功率控制器的保护功能技术：SSPC具有I2T过流保护功能、热记忆保护功能、短路立即保护功能、重合闸保护功能、感性负载续流保护功能、容性负载与短路判别功能、上电输出保护功能、状态锁定功能、CPU失效时总线保护功能；

（6）负载适应性技术：固态功率控制器模块根据不同负载（阻性、容性、感性、白炽灯、电动机）的特性设计了各种保护电路。

[1]周梅.飞机现代配电技术的研究[D].南京：南京航空航天大学，1998，3.

[2]顾卫钢.手把手教你学DSP：基于TMS320X281x.北京航空航天大学出版社，2011，4.

[3]丁道宏.电力电子技术[M].北京：航空工业出版社，1992.

[4]袁旺.一种远程直流负载控制器，专利号：200710712765.3.

V233

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1004-7344（2016）25-0050-01

2016-8-21