一种飞机电力系统架构及电力线通讯网络架构 |
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| 申请号 | CN202311524459.7 | 申请日 | 2023-11-15 | 公开(公告)号 | CN117895638A | 公开(公告)日 | 2024-04-16 |
| 申请人 | 天津航空机电有限公司; | 发明人 | 张井超; 韦清瀚; 韩庆轩; 张亚鹏; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种飞机电 力 系统架构及电力线通讯网络架构，包括直流28V汇流条、电气负载管理中心、远程配电单元、DC/DC变换器、 蓄 电池 充电器、汇流条功率 控制器 、发 电机 控制器；利用28V供 电网 络构建PLC通讯网络，汇流条功率控制器通过28V供电网络架构发送控制指令并收集数据信息。所述飞机电力系统利用28V供电网络，通过电力线通讯装置，作为备份通讯，实现飞机供配电系统控制和数据收集及上报。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种飞机电力系统电力线通讯网络架构，其特征在于，包括第一直流28V汇流条(9)、第二直流28V汇流条(10)、第一电气负载管理中心(6)、第二电气负载管理中心(12)、第一远程配电单元(7)、第二远程配电单元(11)、第三远程配电单元(23)、第四远程配电单元(24)、第五远程配电单元(25)、DC/DC变换器(8)、高压蓄电池充电器(21)、低压蓄电池充电器(2)、汇流条功率控制器(14)、发电机控制器(15)；第一电气负载管理中心(6)、第二电气负载管理中心(12)、第一远程配电单元(7)、第二远程配电单元(11)、第三远程配电单元(23)、第四远程配电单元(24)、第五远程配电单元(25)、DC/DC变换器(8)、高压蓄电池充电器(21)、低压蓄电池充电器(2)、汇流条功率控制器(14)、发电机控制器(15)利用28V供电网络构建PLC通讯网络，汇流条功率控制器(14)通过28V供电网络架构向第一电气负载管理中心(6)、第二电气负载管理中心(12)、第一远程配电单元(7)、第二远程配电单元(11)、第三远程配电单元(23)、第四远程配电单元(24)、第五远程配电单元(25)、DC/DC变换器(8)、高压蓄电池充电器(21)、低压蓄电池充电器(2)、发电机控制器(15)发送控制指令并收集数据信息。 |
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| 说明书全文 | 一种飞机电力系统架构及电力线通讯网络架构技术领域[0001] 本发明属于飞机电力系统设计领域，特别涉及一种飞机电力系统架构及电力线通讯网络架构。 背景技术[0002] 飞机电力系统是指飞机供电系统和用电设备的总称，由供电、配电、用电三个子系统组成。负载故障预测与健康管理(PHM)技术旨在于维护和保障航空机电产品及其系统的安全性、可靠性和经济性能，目前在航空装备领域中得到了广泛运用。为实现负载故障预测与健康管理，需要收集负载信息，增加负载与电气负载管理中心通讯设备及线缆，采用电力线通讯技术不仅可以收集个负载动态信息，还可以减少通讯线缆，减少飞机重量。同时采用电力线通讯技术作为飞机供配电系统备用总线，提高飞机供配电系统可靠性发明内容 [0003] 基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种飞机电力系统架构及电力线通讯网络架构，所述的飞机电力系统利用28V供电网络，通过电力线通讯装置，作为备份通讯，实现飞机供配电系统控制和数据收集及上报。 [0004] 本发明实施例提供一种飞机电力系统电力线通讯网络架构，包括第一直流28V汇流条9、第二直流28V汇流条10、第一电气负载管理中心6、第二电气负载管理中心12、第一远程配电单元7、第二远程配电单元11、第三远程配电单元23、第四远程配电单元24、第五远程配电单元25、DC/DC变换器8、高压蓄电池充电器21、低压蓄电池充电器2、汇流条功率控制器14、发电机控制器15；第一电气负载管理中心6、第二电气负载管理中心12、第一远程配电单元7、第二远程配电单元11、第三远程配电单元23、第四远程配电单元24、第五远程配电单元 25、DC/DC变换器8、高压蓄电池充电器21、低压蓄电池充电器2、汇流条功率控制器14、发电机控制器15利用28V供电网络构建PLC通讯网络，汇流条功率控制器14通过28V供电网络架构向第一电气负载管理中心6、第二电气负载管理中心12、第一远程配电单元7、第二远程配电单元11、第三远程配电单元23、第四远程配电单元24、第五远程配电单元25、DC/DC变换器 8、高压蓄电池充电器21、低压蓄电池充电器2、发电机控制器15发送控制指令并收集数据信息。 [0005] 进一步的，第一电气负载管理中心6、第二电气负载管理中心12、第一远程配电单元7、第二远程配电单元11、第三远程配电单元23、第四远程配电单元24、第五远程配电单元25、DC/DC变换器8、高压蓄电池充电器21、低压蓄电池充电器2、汇流条功率控制器14、发电机控制器15采用多余度28V供电。 [0006] 进一步的，第一电气负载管理中心6和第二电气负载管理中心12均通过CAN总线实现SSPC控制及状态监控，通过TTP、429或者422方式作为主通讯方式，汇流条功率控制器通过总线通讯实现电气负载管控制及负载状态监控；电气负载管理中心通过28V供电网络作为辅助通讯方式与汇流条功率控制器进行通讯，接收汇流条功率控制器控制指令，并上报负载状态信息；汇流条功率控制器与电气负载管理中心实现飞机电力系统智能配电。 [0007] 进一步的，所述第一电气负载管理中心6、第二电气负载管理中心12的架构相同，包括第一PLC模块61、第二PLC模块62、第三PLC模块66、第四PLC模块67、电源板63、多个SSPC板65、控制板64，利用第三PLC模块66通过28V功率线采集28V负载数据、第四PLC模块67通过高压功率线采集高压负载数据；控制板64解析接收到的第三PLC模块66和第四PLC模块67信息，解析后的信息通过第一PLC模块61和第二PLC模块62向汇流条功率控制器14反馈电气负载管理中心的信息和数据，以及负载的信息和数据；电气负载管理中心通过第一PLC模块61和第二PLC模块62利用28V供电线接收汇流条功率控制器14控制指令。 [0008] 进一步的，所述第一电气负载管理中心6、第二电气负载管理中心12均采用分时复用原则接受负载信息。 [0009] 进一步的，第一远程配电单元7、第二远程配电单元11、第三远程配电单元23、第四远程配电单元24、第五远程配电单元25均采用TTP、429或者422方式作为主通讯方式，汇流条功率控制器通过总线通讯实现大功率电气负载管控制，第一远程配电单元7、第二远程配电单元11、第三远程配电单元23、第四远程配电单元24、第五远程配电单元25均利用主通讯将负载状态信息反馈给汇流条功率控制器；第一远程配电单元7、第二远程配电单元11、第三远程配电单元23、第四远程配电单元24、第五远程配电单元25均通过28V供电网络作为辅助通讯方式与汇流条功率控制器进行通讯，接收汇流条功率控制器控制指令，并上报负载状态信息。 [0010] 进一步的，所述第一远程配电单元7、第二远程配电单元11、第三远程配电单元23、第四远程配电单元24、第五远程配电单元25、DC/DC变换器8、高压蓄电池充电器21、低压蓄电池充电器2、汇流条功率控制器14、发电机控制器15的架构中均至少包括第五PLC模块71、第六PLC模块72、电源板3、控制板4；通过第五PLC模块71和第六PLC模块72利用28V供电线接收汇流条功率控制器14控制指令，并向其反馈电气负载管理中心的信息和数据，以及负载的信息和数据。 [0011] 进一步的，低压蓄电池充电器2、高压蓄电池充电器21均采用TTP、429或者422方式作为主通讯方式，汇流条功率控制器通过总线通讯实现蓄电池充放电控制低压蓄电池充电器2、高压蓄电池充电器21利用主通讯将电池组的参数信息、故障信息以及维护信息反馈给汇流条功率控制器；低压蓄电池充电器2、高压蓄电池充电器21均通过28V供电网络作为辅助通讯方式与汇流条功率控制器进行通讯，接收汇流条功率控制器控制指令，并上报电池组的参数信息。 [0012] 第二方面，本发明提供一种飞机电力系统架构，包括如第一方面所述的电力线通讯网络架构，还包括第一发电系统1、第二发电系统26、第一高压直流汇流条3、第二高压直流汇流条4、第三高压直流汇流条5、高压蓄电池22、低压蓄电池13；发电机控制器15控制第一发电系统1、第二发电系统26通过接触器使第一发电机16、第二发电机17向第一高压直流汇流条3、第三高压直流汇流条5供电，汇流条功率控制器14控制第一接触器18、第二接触器19，控制第一高压直流汇流条3、第三高压直流汇流条5向第二高压直流汇流条4供电，DC/DC变换器8将高压直流电转为28V，汇流条功率控制器14控制DC/DC变换器8向第四直流28V汇流条9供电，汇流条功率控制器14控制第三接触器20向第五直流28V汇流条10供电，高压蓄电池22通过高压蓄电池充电器21向第二高压直流汇流条4供电，低压蓄电池13通过低压蓄电池充电器2向第五直流28V汇流条10供电。 [0013] 本发明技术方案提供一种飞机电力系统架构及电力线通讯网络架构，所述的飞机电力系统利用28V供电网络，通过电力线通讯装置，作为备份通讯，实现飞机供配电系统控制和数据收集及上报，且飞机电力系统电力线通讯网络设计是以功率电和28V控制电为基础，适用于多种典型飞机电力系统。附图说明 [0014] 图1为本发明实施例提供的飞机电力系统架构图； [0015] 图2为本发明实施例提供的飞机电力系统电力线通讯网络架构图； [0016] 图3为电气负载管理中心架构图。 具体实施方式[0017] 为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。 [0018] 本发明实施例提供一种飞机电力系统架构，如图1所示，包括发电系统1/26、发电机控制器15、直流270V汇流条3/4/5、电气负载管理中心6/12、远程配电单元7/11/23/24/25、DC/DC变换器8、直流28V汇流条9/10、高压蓄电池22、高压蓄电池充电器21、低压蓄电池 2、低压蓄电池充电器13。 [0019] 发电机控制器控制1/26通过接触器使发单机16/17向直流270V汇流条3/5供电，汇流条功率控制器14控制接触器18/19，控制直流270V汇流条3/5向直流270V汇流条4供电，DC/DC变换器8将直流270V转为28V，汇流条功率控制器14控制DC/DC变换器8向直流28V汇流条9供电，汇流条功率控制器14控制接触器20向直流28V汇流条10供电，蓄电池22通过蓄电池控制器21向直流270V汇流条4供电，蓄电池13通过蓄电池控制器2向直流28V汇流条10供电。 [0020] 本发明实施例提供一种飞机电力系统电力线通讯网络架构，如图2所示，包括：直流28V汇流条9/10、电气负载管理中心6/12、远程配电单元7/11/23/24/25、DC/DC变换器8、高压蓄电池充电器21、低压蓄电池充电器13、汇流条功率控制器14、发电机控制器15组成。 [0021] 电气负载管理中心6/12、远程配电单元7/11/23/24/25、DC/DC变换器8、高压蓄电池充电器21、低压蓄电池充电器13、汇流条功率控制器14、发电机控制器15利用28V供电网络构建PLC通讯网络，汇流条功率控制器14通过28V供电网络构向电气负载管理中心6/12、远程配电单元7/11/23/24/25、DC/DC变换器8、高压蓄电池充电器21、低压蓄电池充电器13、发电机控制器15发送控制指令并收集数据信息。 [0022] 电气负载管理中心6/12、远程配电单元7/11/23/24/25、DC/DC变换器8、高压蓄电池充电器21、低压蓄电池充电器13、汇流条功率控制器14、发电机控制器15采用多余度28V供电，故电力线通讯网络也为多余度通讯。 [0023] 本发明实施例一种电气负载管理中心6/12架构，如图3所示，包括：PLC模块1、PLC模块2、PLC模块6、PLC模块7、电源板3、SSPC板5、控制板4。PLC模块6通过28V功率线采集28V负载数据、PLC模块7通过270V功率线采集270V负载数据。 [0024] 电气负载管理中心通过PLC模块1和PLC模块2利用28V供电线接收汇流条功率控制器14控制指令，并向其反馈电气负载管理中心和负载信息及数据。电气负载管理中心6/12负载数量较多，大量信息叠加会干扰28V及270V电源质量，采用分时复用原则，接受负载信息，减少干扰。 [0025] 本发明实施例提供一种远程配电单元7/11/23/24/25、DC/DC变换器8、高压蓄电池充电器21、低压蓄电池充电器13、汇流条功率控制器14、发电机控制器15架构，包括：PLC模块1、PLC模块2、电源板3、控制板4。通过PLC模块1和PLC模块2利用28V供电线接收汇流条功率控制器14控制指令，并向其反馈电气负载管理中心和负载信息及数据。 [0026] 在一个实施例中，如图1‑图3所示，提供了一种多电飞机的配电控制试验平台的架构，包括以下部分： [0027] 发电系统1/26、发电机控制器15、直流270V汇流条3/4/5、电气负载管理中心6/12、远程配电单元7/11/23/24/25、DC/DC变换器8、直流28V汇流条9/10、高压蓄电池22、高压蓄电池充电器21、低压蓄电池2、低压蓄电池充电器13。 [0028] 其中所述汇流条功率控制器14是配电系统中的管理组件，作为自动配电系统的核心控制部件,需要从综合航电系统接收系统状态信号,从远程终端接收发电系统和配电系统的结构布局以及从负载管理中心接收负载电源请求方程,解算负载方程后,向负载管理中心和远程终端发送相应的控制命令并将系统布局的更改记录至内存数据库,从而实现系统的正常工作；另一方面,又作为上层综合航电系统总线上的终端,负责向上层系统实时传送自动配电系统的状态数据和故障信息。 [0029] 汇流条功率控制器、发电机控制器、接触器等一起实现系统的保护与控制，以保证飞机电气系统的安全运行。汇流条功率控制器的另一主要功能是实现对系统的保护控制和负载的自动控制。汇流条功率控制器采集多电飞机电气系统中汇流条的电压电流，实时监控飞机电气系统的运行状态，当发生过载或者发电机失效时，检测装置会发送信息至管理中心，判断是否需要进行负荷切除或故障隔离。当有发电机失效无法恢复时，飞机发电总容量下降，无法满足机上所有设备供电需求，汇流条功率控制器会根据用电设备的重要性进行卸载，如关断厨房负载等，以保证关键负载的供电。汇流条功率控制器通过数据总线与发电机控制器通讯实现飞机电力系统重构，并接收发电机状态信息。 [0030] 汇流条功率控制器通过TTP、429、422等方式作为主通讯方式与发电机控制器进行通讯，汇流条功率控制器通过28V供电网络构建PLC辅助通讯方式与发电机控制器进行通讯。 [0031] 其中所述发电系统1/26用于为飞机电力系统提供270V供电，发电机控制器15其功能是协调和控制发电机、变换器的工作状况，实现对整个系统的控制、保护、自检和通讯等功能。发电机控制器接收汇流条功率控制器指令控制接触器18/19通断，从而控制直流270V汇流条3/5向直流270V汇流条4供电。 [0032] 其中所述电气负载管理中心是先进飞机配电系统的重要组成部分,它根据汇流条功率控制器的布局命令和负载供电请求,以及机上负载的当前状况,来控制分布式汇流条转换及固态功率控制器(SSPC),从而保证机上电气负载的供电及提高电源利用率。 [0033] 其中所述电气负载管理中心6/12架构，主要包括发PLC模块1、PLC模块2、PLC模块6、PLC模块7、电源板3、多个SSPC板5、控制板4。电气负载管理中心通过CAN总线实现SSPC控制及状态监控，通过TTP、429、422等方式作为主通讯方式，汇流条功率控制器通过总线通讯实现电气负载管控制及负载状态监控。电气负载管理中心通过28V供电网络作为辅助通讯方式与汇流条功率控制器进行通讯，接收汇流条功率控制器控制指令，并上报负载状态信息。汇流条功率控制器与电气负载管理中心实现飞机电力系统智能配电。 [0034] 所述电气负载管理中心6/12，利用PLC模块6通过28V功率线采集28V负载数据、PLC模块7通过270V功率线采集270V负载数据。控制板4解析收PLC模块6和PLC模块7信息，解析后的信息通过PLC模块1和PLC模块2向汇流条功率控制器14反馈电气负载管理中心和负载信息及数据。电气负载管理中心通过PLC模块1和PLC模块2利用28V供电线接收汇流条功率控制器14控制指令。 [0035] 电气负载管理中心通过PLC模块1和PLC模块2利用28V供电线接收汇流条功率控制器14控制指令，并向其反馈电气负载管理中心和负载信息及数据。电气负载管理中心6/12负载数量较多，大量信息叠加会干扰28V及270V电源质量，采用分时复用原则，接受负载信息，减少干扰。 [0036] 所述远程配电管理单元，包括270V远程配电单元和28V远程配电单元，其包括电源板4、控制板3、PLC模块1和PLC模块2，远程配电管理单元采用TTP、429、422等方式作为主通讯方式，汇流条功率控制器通过总线通讯实现大功率电气负载管控制，远程配电管理单元利用主通讯将负载状态信息反馈给汇流条功率控制器。远程配电管理单元通过28V供电网络作为辅助通讯方式与汇流条功率控制器进行通讯，接收汇流条功率控制器控制指令，并上报负载状态信息。 [0037] 远程配电管理单元通过PLC模块1和PLC模块2利用28V供电线接收汇流条功率控制器14控制指令，并向其反馈电气负载管理中心和负载信息及数据。 [0038] 所述DC/DC变换器8将270V功率电转换为28V功率电，DC/DC变换器采用TTP、429、422等方式作为主通讯方式，汇流条功率控制器通过总线通讯实现DC/DC变换器控制，DC/DC变换器利用主通讯将负载状态信息反馈给汇流条功率控制器。DC/DC变换器通过28V供电网络作为辅助通讯方式与汇流条功率控制器进行通讯，接收汇流条功率控制器控制指令，并上报状态信息。 [0039] 航空蓄电池的主要用途是：当飞机主电源不能正常工作或发生故障时，航空蓄电池作为辅助电源或应急电源向飞机上的重要用电设备供电，或者作为飞机发动机的起动电源，或在某些(如在无电源的野外)的特殊情况下用作飞机上某些小功率用电设备飞行前检查的电源。 [0040] 蓄电池控制器的作用是将电池组的参数状态、工作状态、器件状态及维护状态等通过约定好的总线通信协议发送至飞机主机，飞机主机根据蓄电池控制器相应的协议格式对收到的数据帧进行解析并显示在屏幕上，这些信息包括电池组的参数信息、故障信息以及维护信息等。通过分析这些信息，飞机主机将相应的维护、控制等命令传给蓄电池控制器从而进行相应的维护与控制，确保航空电池组的使用安全。 [0041] 所述蓄电池控制器，包括270V蓄电池控制器和28V蓄电池控制器，其包括电源板4、控制板3、PLC模块1和PLC模块2，蓄电池控制器采用TTP、429、422等方式作为主通讯方式，汇流条功率控制器通过总线通讯实现蓄电池充放电控制蓄电池控制器利用主通讯将电池组的参数信息、故障信息以及维护信息等反馈给汇流条功率控制器。蓄电池控制器通过28V供电网络作为辅助通讯方式与汇流条功率控制器进行通讯，接收汇流条功率控制器控制指令，并上报电池组的参数信息。 [0042] 蓄电池控制器通过PLC模块1和PLC模块2利用28V供电线接收汇流条功率控制器14控制指令，并向其反馈电池组的参数信息、故障信息以及维护信息等。 [0043] 本发明技术方案提供一种飞机电力系统架构及电力线通讯网络架构，所述的飞机电力系统利用28V供电网络，通过电力线通讯装置，作为备份通讯，实现飞机供配电系统控制和数据收集及上报，且飞机电力系统电力线通讯网络设计是以功率电和28V控制电为基础，适用于多种典型飞机电力系统。 |
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