双输出航空供电电源交直流变换及其控制方法研究

张庆胜

（济源职业技术学院电气系，河南济源,459000）

0 引言

航空供电电源系统承担着飞机上所有的用电设备，它需要提供绝对的可靠性、安全性以及不间断供电等任务，而且航空供电系统的优劣及可靠性对航空载人及飞机安全有着很重要的作用，该电源系统是一系列操作系统的唯一电源，如通信导航、飞行控制和武器装备。因此，航空电源系统是不可替代的。航空供电系统是地面保障不可缺少的设备。其功能是检查飞机的地面起动和机载设备的电气化。航空电源系统分为应急工作状态、正常工作状态和非正常工作状态三种状态。根据不同的工作状态，可以相互转换，主要工作步骤是保护工作和改造工作。其次，转换工作是指电源在正常状态下的转换，是由操作指导系统控制的，是转换工作的重要组成部分。不间断电源是一种新的电力供应模式。在过去，电源中断主要是由于两个原因造成的，一个是由于电源系统短路造成的，另一个是由于电源之间的切换造成的。电源切换包括飞机主电源、主电源和应急电源之间的切换，以及地面电源和飞机之间的切换，在航空电源系统中，了能由于电源电路中的继电器所需的时间而导致电源中断。

1 航空供电电源系统内容分析

1.1 供电系统的负荷分级分析

机场作为符合区域供电系统及其分支机构的机场供电单元，根据自身的实际情况确定具体的供电负荷水平。根据机场建设标准，按照《供配电系统设计规范》负荷分类的规定选择机场供电系统的负荷水平，根据机场供电系统一级负荷的比例，将供电区域作为一个整体来考虑。机场供电系统负荷水平的选择需要充分考虑系统的安全性和经济性。负荷水平的选择应尽可能保证供电系统的安全，降低水平传播的能量损失，以减少经济损失。作为地方立体交通系统的重要交通枢纽，支线机场供电系统的负荷主要集中在导航台站、航站楼以及航管楼。供电系统的主要负荷占区域机场电力负荷的绝大部分，因此，根据《供配电系统设计规范》关于负荷水平的相关规定确定，机场作为一个整体已达到批准的第一负荷水平。

1.2 供电电源相关内容分析

1.2.1 一级负荷供电系统双电源供电

民航支线机场可以根据机场的实际情况增加应急电源的安装。为了提高民航馈线机场供电系统的安全性和可靠性，在选择第一负荷水平时，选择了两个独立的供电点。机场供电设计人员应时刻注意电压并网问题。目前，大部分地区的主网电压都是以接入网络的方式进行的，所以，部分电力行业从电网回到传输线，建立两个独立的供电工作不能顺利进行。因此，民航支线机场的双重供电可以来自不同的电网。

1.2.2 应急电源

所谓应急电源，它可以在发电机的独立上进行正常工作，也可以通过独立于正常电源的专用电源线或蓄电池供电。例如，机场中央变电所的主应急电源可以使用快速自启动柴油发电机，类似于航站楼和空中交通管制大楼等建筑物，可以用于电源稳定、安全性高的蓄电池或在eps系统设计中。机场供电系统还包括高低压配电系统，在高压供电系统的接线工作中，机场分支供电系统的设计人员可以选择单母线接单电源，也可以从低压侧获得备用电源的一次负载，以确保其与二次负载水平的匹配。在正常情况下，很难使用低压侧的单母线接线，变压器可以采用单母线或单母线分段接线的形式。

2 航空供电电源系统结构及配置

我们在分析“航空航天供电系统”系统配置时。根据配置材料要求，在满足二次供电保证的情况下，应急电源应由两台柴油发电机组提供，架空线路容易受到树木和交叉区施工的影响而停电。结合台站的工程情况，15km以内的线路容易受到雷击，因此，采用双机配置不仅可以延长备用支撑时间，而且可以保证市场供电中断时双机作为唯一备用电源的可靠性。综上所述，柴油发电机的配置不仅满足配置要求，而且在实际运行过程中也是必要的。

为进一步阐明先进飞机供电系统的结构和配置，分析其功能和组成，以民用大型客机B787为例进行分析，其供电系统如图1所示，包括发电机、变换器、配电、固态功率控制器和无刷直流电动机等各种部件。以下是整个供电系统的系统结构以及配置。

图1 航空供电电源系统结构

3 关于航空供电电源系统的优化举措

3.1 双向直流变换设计

当双向直流变换器系统的输入电压或负载发生变化时，将影响直流变换器系统输出电压的稳定性。为了调节输出电压，需要设计一个双向直流变换器的闭环反馈系统来调节器件的输出电压。双向直流变换器系统是闭环的，反馈系统的总体方案如图2所示。硬件部分由双向全桥直流变换电路、信号采集电路和驱动电路组成，软件部分由主程序、死区控制程序和移相pwm产生程序组成。

图2 双向直流变换系统

双向直流变换器系统的基本原理:f2812的adc模块采集双向全桥直流变换器的电压信号。通过f2812内置ev模块处理后，通过gpio模块pwm1-8接口输出移相可调的pwm波形，驱动电路放大后，驱动双向全桥dc/dc变换器调整输出电压。

3.2 方案设计

飞机起飞过程中还有一个问题需要重视“功率切断”我们将鲁棒控制以及智能控制两个理论进行结合，应用于航空以及地面电源转换控制中，从而来实现航空以及地面两个电源的直流转换。变流器技术改造过程中是可以通过同步控制技术来进行降低过电流以及过电压来提高航空电源系统以及记载电源设备的使用寿命。

飞机地面供电设备的计算机核心是飞机总线控制计算机，该计算机运行良好，即使在极其恶劣的生态环境下也可以保持正常的工作来提供良好的稳定性。每台计算机均均采用高科技以及高性能的器件来进行对电路、接口电路以及传感器的处理，数据由传感器进行采集，计算机来处理，根据检测信号的参数各项指标来预防电源即将发生的故障以及故障原因，使飞机的供电系统更加完善。

3.3 软件更新设计

软件系统中采用了独立的故障诊断模块以及独立的数据采集模块。故障诊断模块是对供电电源系统出现的问题及时作出诊断，并及时找出故障原因并排除故障。数据采集模块包括对数据的处理、数据采集以及数据输入。两个模块都使用VC语言进行编写，编写好的界面可以实时监测测量结果，使程序实现模块化设计。航空电子地面电源采用c++语言编程，既有先进的编程功能，也有低级汇编语言功能，这两个模块是航空供电电源系统重要的模块应及时更新保持两个模块正常的运行。

4 双输出航空供电电源需要注意的问题

我们应该重视备用供电电源自动投入，以用来提高供电系统的稳定以及安全性，也应务必重视备用供电电源自动投入的要求，在母线分段断路器上进行备用供电电源自动投入的安装，应注意低压柴油发电机系统接入作用。如果供电电源系统出现问题，务必第一时间去解决供电系统可能会出现的任何问题。除外，电力系统的电源之间也是能设置机电联合锁的，不过不是紧急情况不要采取并网运行，柴油发电机和外部变流技术之间是可以采取四极开关的，要最大限度去减少机场供电系统的经济损失，降低电力资源消耗，做好节能工作，避免与外部网计费模式搞混。供电电源系统的设计人员应考虑引入接线工作得灵活性，确保机场供电系统能够根据机场运行和发展的需要进行动态调节，以满足非事故情况下能够提供部分重要负荷的用电可能性。

5 结语

在航空电源的转换过程中，尤其是保障系统运行当中断电情况是无可避免的，现在不中断供电的应用仅能在电源工作正常中进行实现，结合智能控制理论，利用成熟的技术以及可靠的装备，来进行航空电源不中断电源的实现改进方案。通过地面供电电源技术的提升，地面电源向航空电源系统的无缝过渡也已经得到了实现，航空电源供电可靠性得到了质的飞跃。针对航空电源系统测试平台的控制技术进行了透彻的分析以及研究，深入了解了该技术的优势特点，可为航空电源系统测试平台的开发提供有效的参考，进一步促进航空工业的可持续发展。