多冗余度配电通路功率流控制电路及控制方法与流程

1.本发明涉及供配电技术领域，尤其涉及一种多冗余度配电通路功率流控制电路及控制方法。


背景技术：

2.航天器母线系统上会挂载不同类型的配电通路，由传统继电器和硬线直接连接的配电容易发生故障，并且关键负载对所需的容错能力要求较高。因此需要冗余的配电通路为关键负载供电。同时，为适应可变的负载需求需要不同类型配电通路能相互连通。在配电通路需要不同功率输入时，配电通路选择功率输出相对较大的配电通路。


技术实现要素：

3.为解决上述现有技术中存在的技术缺陷，本发明的目的在于提供一种多冗余度配电通路功率流控制电路及控制方法，可以扩展可选功率控制配电通路，同时对整体配电通路的故障进行诊断及预判。
4.为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：
5.一方面，本发明提供一种多冗余度配电通路功率流控制电路，包括：多个功率电源、多条母线、功率开关阵列、开关控制单元和多个传感器，
6.所述多个功率电源与所述多条母线相应地连接，并为所述功率开关阵列提供电源；
7.所述功率开关阵列连接在所述电路的源端和负载端之间形成互联的多个配电通路；
8.所述多个传感器相应地设置在所述多个配电通路的输出端，并检测所述配电通路输出的电信号；
9.所述开关控制单元用于根据所述电信号控制所述功率开关阵列。
10.根据本发明的一个方面，所述功率开关阵列由多个固态功率开关形成，
11.每个配电通路上的多个固态功率开关的第一端分别与相应的多条母线连接，所述每个配电通路上的多个固态功率开关的第二端均与该配电通路上的传感器连接。
12.根据本发明的一个方面，所述功率开关阵列的形状为由9个固态功率开关形成的三行三列矩阵，所述功率开关阵列与源端、负载端形成3个配电通路，所述3个配电通路分别为第一通路、第二通路和第三通路，
13.所述第一通路的第一固态功率开关、所述第二通路的第二固态功率开关和所述第三通路的第三固态功率开关的第一端均与第一母线连接，第二端均与对应通路的传感器连接；
14.所述第一通路的第四固态功率开关、所述第二通路的第五固态功率开关和所述第三通路的第六固态功率开关的第一端均与第二母线连接，第二端均与对应通路的传感器连接；
15.所述第一通路的第七固态功率开关、所述第二通路的第八固态功率开关和所述第三通路的第九固态功率开关的第一端均与第三母线连接，第二端均与对应通路的传感器连接。
16.根据本发明的一个方面，所述传感器为电压传感器或电流传感器，
17.所述电压传感器用于检测所述配电通路输出的电压信号；
18.所述电流传感器用于检测所述配电通路输出的电流信号。
19.根据本发明的一个方面，所述开关控制单元为上位机的功率控制单元。
20.另一方面，本发明还提供一种多冗余度配电通路功率流控制方法，包括：
21.利用多个功率电源通过相应的多条母线为功率开关阵列提供电源；
22.利用功率开关阵列连接在源端和输出端之间形成互联的多个配电通路，配置为多冗余度的功率流配电通路；
23.利用多个传感器相应地检测所述多个配电通路输出的电信号；
24.利用开关控制单元根据所述电信号控制功率开关阵列，实现多个配电通路不同功率流的输出。
25.根据本发明的另一个方面，所述传感器为电压传感器或电流传感器，
26.所述电压传感器用于检测所述配电通路输出的电压信号；
27.所述电流传感器用于检测所述配电通路输出的电流信号。
28.根据本发明的另一个方面，所述开关控制单元为上位机的功率控制单元。
29.有益效果：
30.根据本发明的方案，多冗余度配电通路功率流控制电路中采用阵列式固态功率开关和开关控制单元实现配电通路开关控制，可以消除传统宇航用继电器开关在关断开通瞬间产生的放电及导通瞬态产生的弹跳现象，降低配电功率控制电路的机械开关故障，提升配电功率控制电路的运行寿命。同时为不同功率分配提供开通关断应用功能，可以扩展多个可选功率控制配电通路。
31.根据本发明的一个方案，采用多个固态功率开关构成的阵列的多冗余度配电通路功率流控制电路，包括三种相同电压制式的源端，三条不同负载输出通路，将可选功率控制配电通路扩展到20种以上。
32.多冗余度配电通路功率流控制电路提供电压、电流传感器，通过传感器检测的输出端电压和电流信号，并传输给上位机，上位机输出相应的指令，实现对功率开关阵列中不同开关的关断、开通控制，有利于对整体配电通路的监控和诊断，并对过压、欠压、短路和短路等故障进行诊断和预判。
附图说明
33.图1示意性表示本发明的一种实施方式的多冗余度配电通路功率流控制电路的整体结构示意图；
34.图2示意性表示本发明的一种实施方式的多冗余度配电通路功率流控制方法的流程图。
具体实施方式
35.为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
37.如图1所示，第一方面，本实施方式的多冗余度配电通路功率流控制电路，包括：多个功率电源1、多条母线2、功率开关阵列4、开关控制单元5和多个传感器3。它们之间的具体结构是：多个功率电源1与多条母线2相应地连接，并为功率开关阵列4提供电源。功率开关阵列4连接在电路的源端和负载端之间形成互联的多个配电通路。多个传感器3相应地设置在多个配电通路的输出端，并检测配电通路输出的电信号。开关控制单元5用于根据电信号控制功率开关阵列4。该电路可以解决传统硬线定义配电架构的问题，解耦现有配电通路，为软件定义配电通路提供硬件基础。同时为不同功率分配提供开通关断应用功能，可以扩展多个可选功率控制配电通路。
38.上述功率开关阵列4由多个固态功率开关形成。每个配电通路上的多个固态功率开关的第一端分别与相应的多条母线2连接，每个配电通路上的多个固态功率开关的第二端均与该配电通路上的传感器3连接。固态功率开关阵列4连接在源端与负载端之间形成互联的阵列，该阵列配置为多冗余度的功率流配电通路，可以通过不同节点开关的开通关断有选择地向不同负载端提供多个不同功率水平的能量流。固态功率开关用于通路开关的控制，以替代宇航成熟应用传统继电器。其主要功能是控制开关通断，为不同功率分配提供开通关断应用功能，并且能提供较快的响应时间，可以消除传统继电器开关在关断开通瞬间产生的放电及导通瞬态的弹跳现象，降低配电功率控制电路的机械开关故障，提升配电功率控制电路的运行寿命。
39.上述传感器3指的是电压传感器或电流传感器，前者用来检测相应的配电通路输出的电压信号，后者则用来检测相应的配电通路输出的电流信号。通过上述电流信号或电压信号对不同配电通路的状态进行监测监控。通过实时监测供配电通路电流输出状态，确认供配电系统的供电状态和供电能力，还有利于对过压、欠压、短路和短路等故障进行诊断和预判。
40.开关控制单元5为上位机的功率控制单元，根据传感器3检测的各配电通路的电压信号或电流信号输出相应的控制指令，从而实现对功率开关阵列4中不同开关的关断和导通的控制。通过上位机将传统硬件定义连接状态进行解耦，并对不同供配电功率流进行主动控制，实现不同配电通路向不同负载输出预定功率的功能。
41.也就是说，根据本发明的一种实施方式，如图1所示，该电路包含分别为第一母线、第二母线和第三母线的三条母线、三个功率电源p1、p2、p3、三个传感器3以及功率开关阵列4。三个功率电源p1、p2、p3分别与第一母线、第二母线和第三母线连接。该功率开关阵列4为由9个固态功率开关形成的三行三列矩阵，功率开关阵列4与源端、负载端形成3个配电通路，分别为第一通路、第二通路和第三通路。
42.其中，第一通路的第一固态功率开关k1、第二通路的第二固态功率开关k2和第三
通路的第三固态功率开关k3的第一端均与第一母线连接，第二端均与对应通路的传感器3连接。第一通路的第四固态功率开关k4、第二通路的第五固态功率开关k5和第三通路的第六固态功率开关k6的第一端均与第二母线连接，第二端均与对应通路的传感器3连接。第一通路的第七固态功率开关k7、第二通路的第八固态功率开关k8和第三通路的第九固态功率开关k9的第一端均与第三母线连接，第二端均与对应通路的传感器3连接。
43.不同负载l1、l2、l3通过配电通路连接到源端p1、p2、p3，源端可以有相同的负载输出特性也可以有不同的输出特性，通过上位机的功率控制单元实现对源端及负载端的特性匹配，并构建由kn固态功率开关作为主通路的功率主动控制配电通路。上述包括三种相同电压制式的源端、三条不同负载输出通路和由9个固态功率开关形成的功率开关阵列的多冗余度配电通路功率流控制电路将可选功率控制配电通路扩展到20种以上。
44.如图2所示，第二方面，本实施方式还提供一种基于上述电路的多冗余度配电通路功率流控制方法，包括以下步骤：
45.利用多个功率电源通过相应的多条母线为功率开关阵列提供电源；
46.利用功率开关阵列连接在源端和输出端之间形成互联的多个配电通路，配置为多冗余度的功率流配电通路；
47.利用多个传感器相应地检测多个配电通路输出的电信号；
48.利用开关控制单元根据电信号控制功率开关阵列，实现多个配电通路不同功率流的输出。
49.在本实施方式中，按航天器任务需求、载荷优先级管理规则，对功率流控制电路中各配电通路的开通关断进行动态管理，实现航天器能源的主动分配。通过对航天器配电端口分层级，对用电负载灵活配置，完成对不同重要程度配电通路构建。同时，根据负载距离配电母线距离远近可以对用电负载通路进行分布式配置，阵列开关就近接入配电通路，并通过单机遥控遥测完成对配电通路的控制构建。
50.多冗余功率流控制电路和方法需由多个阵列开关组合互联形成不同配电通路，通过不同开关组合实现后级负载多冗余度故障隔离、通路重构和功率调配功能。不同配电通路正常工作所需的控制指令都来自于上位机，开关指令、状态遥测均通过硬线上传至上位机，将功率控制组件所有信息处理后对配电通路进行决策执行。
51.以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。