一种提高飞机电源利用率的自动加卸载方法及系统与流程

1.本发明属于飞机电源管理技术领域，具体涉及一种提高飞机电源利用率的自动加卸载方法及系统。


背景技术：

2.随着多电飞机相关技术的应用，飞机将使用更多的电气负载消耗更多的电能。电气负载的增多使得飞机配电系统变得越来越复杂，同时也为飞机的负载管理带来了新的困难和挑战。当飞机配电系统供电不足或者负载本身故障不满足供电请求时，如何对飞机上的电气负载进行智能化动态管理是一个需要持续研究和创新的问题。
3.多电化进程对电气负载的管理提出了两个方面的新要求：在电源容量和工作状态允许的条件下，应尽可能多的满足负载的供电需求；大功率多电负载的电动机在起动与制动的瞬间，可能导致电功率成倍增加，为此要减小多个大功率负载起动时对电网的致命冲击。因此，开展负载管理研究具有重要的研究意义。
4.正常情况下电源系统具有给所有负载供电的能力。当飞机电源系统或输配电系统出现故障时，负载管理系统必须进行电气负载管理。譬如，一台主发电机甚至所有主发电机出现故障时，此时电源系统只能给部分供电。因此，一些负载需要被卸除。
5.目前常规的负载管理是对负载进行分组管理，飞机内的负载被分为十几组，当出现故障时根据不同工况按照负载的组别进行加卸载，传统负载加卸载算法比较简单，管理粗犷，当部分负载无法成功加载时，次优先级负载无法补位，电源利用率比较低。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种提高飞机电源利用率的自动加卸载方法及系统。
7.为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
8.一种提高飞机电源利用率的自动加卸载方法，所述方法包括如下步骤：
9.s1：当飞机电源出现故障时，检测当前电源系统架构、电源状态、飞行阶段、控制设备状态和供电通道；
10.s2：根据s1中检测结果，判断供电通道是否失效，若失效则进行配电重构，配电重构后检测有无供电通道过载，若没有失效则直接检测有无供电通道过载；
11.s3：根据s2中检测结果，判断有无供电通道过载，若无供电通道过载则流程结束，若有供电通道过载则启动负载管理程序，完成过载供电通道的自动加卸载；
12.s4：完成过载通道的自动卸载后，跳转到流程s2，重新检测并判断供电通道是否失效。
13.优选地，所述s3中负载管理程序包括如下步骤：
14.s3.1：利用遍历法或背包发确认电源单发故障、双发故障、仅apu供电、仅蓄电池供电、仅rat供电模式下飞机负载动态优先级设置，形成负载配置表；
15.s3.2：根据负载配置表，结合电源功率限制，对负载配置表中没有配置的开关，根据总体负载管理目标设定目标函数和约束函数，完成全部过载供电通道的自动加卸载。
16.优选地，所述飞机负载优先级设置包括如下步骤：
17.s3.1.1：对不同负载进行分类，建立电气负载的控制方程和电源请求方程；把飞机的负载切除、电力分配问题转化为多目标优化问题，引入控制开关的阈值参数进行求解，实现重要负载优先供电，以飞行阶段、电源供电容量和负载用电需求为基础，对全飞行包线下多电负载的优先级进行动态设定；
18.给负载供电的基本原则是：当电源总容量满足当前负载请求时，负载管理应保证所有负载可靠供电；当电源总容量不满足负载请求时，根据负载优先级和相关算法优先加载优先级高的负载；当电源系统故障，电源供电总容量不能保证正常工作的负载用电需求时，应根据优先级卸掉部分负载，重新匹配负载消耗的功率与电源系统的供电功率。
19.优选地，所述负载管理算法为将传统遍历算法与智能算法结合，减小负载加卸载时间的基础上，提高电源利用率。
20.优选地，所述过载供电通道的自动加卸载包括如下步骤：
21.s3.2.1：计算当前状态参数，采集逻辑控制信号状态，求解电源请求方程，读取固态功率控制器sspc、接触器反馈状态信号、卸载控制信号、负载超控方程、负载控制方程和输出负数控制信号；
22.s3.2.2：重复s3.2.1流程，直到完成全部过载供电通道的自动加卸载。
23.优选地，所述负载管理算法的目标函数为(如果用k
l
表示某时刻负载是否接通或闭合)：
[0024][0025]
其中，f
l
为负载的故障信号，f
l
＝1表示负载故障，f
l
＝0表示负载正常工作，d
l
为负载的卸载信号，d
l
＝1表示卸载信号有效，不向负载供电，d
l
＝0表示卸载信号无效；s
l
为负载的超控信号，s
l
＝1表示超控信号有效(向负载供电)，s
l
＝0表示超控信号无效；表示某一飞行阶段某一负载的优先级。
[0026]
优选地，所述负载管理算法的约束函数为：
[0027][0028]umin
≤ub≤u
max
；
[0029]
ib≤i
max
；
[0030]
其中p
l
负载的功率，ps电机的容量，ub汇流条电压，ib汇流条电流。
[0031]
本发明还公开了一种提高飞机电源利用率的自动加卸载系统，至少包括储存器和处理器；其特征在于：所述存储器储存有上述权利要求1-7中所述方法的可执行程序；所述处理器可运行上述权利要求1-7中所述方法的可执行程序。
[0032]
本发明具有以下有益效果：
[0033]
本发明提出了一种提高飞机电源利用率的自动加卸载方法及系统，以不同飞行阶
段、电源供电容量和负载用电需求等条件为基础，对全飞行包线下多电负载的优先级进行了动态设定。当电源总容量不满足负载请求时，将根据负载优先级和负载管理算法自动加卸载，并且在保证关键负载供电的前提下尽可能多的满足负载供电请求，提高了电源利用率。
附图说明
[0034]
图1为本发明一种提高飞机电源利用率的自动加卸载方法的工作流程图。
[0035]
图2为本发明一种提高飞机电源利用率的自动加卸载方法的负载管理算法流程图。
[0036]
图3为本发明一种提高飞机电源利用率的自动加卸载方法的各方向方式下负载定义表。
[0037]
图4为本发明一种提高飞机电源利用率的自动加卸载方法的负载管理算法和智能算法、遍历算法的负载加载时间和寻优时间结果对比表。
具体实施方式
[0038]
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
[0039]
参见图1，一种提高飞机电源利用率的自动加卸载方法，所述方法包括如下步骤：
[0040]
s1：当飞机电源出现故障时，检测当前电源系统架构、电源状态、飞行阶段、控制设备状态和供电通道；
[0041]
s2：根据s1中检测结果，判断供电通道是否失效，若失效则进行配电重构(配电重构主要是改变配电网络拓扑结构)，配电重构后检测有无供电通道过载，若没有失效则直接检测有无供电通道过载；
[0042]
s3：根据s2中检测结果，判断有无供电通道过载，若无供电通道过载则流程结束，若有供电通道过载则启动负载管理程序，完成过载供电通道的自动加卸载；
[0043]
s4：完成过载通道的自动卸载后，跳转到流程s2，重新检测并判断供电通道是否失效。
[0044]
参见图2，具体实施时，所述s3中负载管理程序包括如下步骤：
[0045]
s3.1：利用遍历法或背包发确认电源单发故障、双发故障、仅apu供电、仅蓄电池供电、仅rat供电模式下飞机负载动态优先级设置，形成负载配置表；
[0046]
s3.2：根据负载配置表，结合电源功率限制，对负载配置表中没有配置的开关，根据总体负载管理目标设定目标函数和约束函数，完成全部过载供电通道的自动加卸载。
[0047]
具体实施时，所述飞机负载优先级设置包括如下步骤：
[0048]
s3.1.1：对不同负载进行分类，建立电气负载的控制方程和电源请求方程；把飞机的负载切除、电力分配问题转化为多目标优化问题，引入控制开关的阈值参数进行求解，实现重要负载优先供电，以飞行阶段、电源供电容量和负载用电需求为基础，对全飞行包线下多电负载的优先级进行动态设定；参见图3，是某型号飞机负载优先级配置结果表。
[0049]
给负载供电的基本原则是：当电源总容量满足当前负载请求时，负载管理应保证所有负载可靠供电；当电源总容量不满足负载请求时，根据负载优先级和相关算法优先加载优先级高的负载，并且在保证关键负载供电的前提下尽可能多的满足负载供电请求；当
电源系统故障，电源供电总容量不能保证正常工作的负载用电需求时，应根据优先级卸掉部分负载，重新匹配负载消耗的功率与电源系统的供电功率，尽量保证完成飞行任务，。
[0050]
具体实施时，所述负载管理算法为将传统遍历算法与智能算法结合，减小负载加卸载时间的基础上，尽可能多将优先级高的负载进行加载，以提高电源利用率，参见图4，是某飞机采用本发明负载管理算法的负载加载时间和寻优时间结果对比表，试验对比结果证明本发明的负载管理算法具有明显优势(图中p0、p1、p2指不同发电机状态，构型指具体哪些电机可用，1代表正常，0代表不可用)。
[0051]
具体实施时，所述过载供电通道的自动加卸载包括如下步骤：
[0052]
s3.2.1：计算当前状态参数(例如发电机状态)，采集逻辑控制信号状态，求解电源请求方程，读取固态功率控制器sspc、接触器反馈状态信号、卸载控制信号、负载超控方程、负载控制方程和输出负数控制信号；
[0053]
s3.2.2：重复s3.2.1流程，直到完成全部过载供电通道的自动加卸载。
[0054]
具体实施时，所述负载管理算法的目标函数为(如果用k
l
表示某时刻负载是否接通或闭合)：
[0055][0056]
其中，f
l
为负载的故障信号，f
l
＝1表示负载故障，f
l
＝0表示负载正常工作，d
l
为负载的卸载信号，d
l
＝1表示卸载信号有效，不向负载供电，d
l
＝0表示卸载信号无效；s
l
为负载的超控信号，s
l
＝1表示超控信号有效(向负载供电)，s
l
＝0表示超控信号无效；表示某一飞行阶段某一负载的优先级。
[0057]
具体实施时，所述负载管理算法的约束函数为：
[0058][0059]umin
≤ub≤u
max
；
[0060]
ib≤i
max
；
[0061]
其中p
l
负载的功率，ps电机的容量，ub汇流条电压，ib汇流条电流。
[0062]
本发明还公开了一种提高飞机电源利用率的自动加卸载系统，至少包括储存器和处理器；具体实施时，所述存储器储存有上述方法的可执行程序；所述处理器可运行所述方法的可执行程序。
[0063]
本发明提出的一种提高飞机电源利用率的自动加卸载方法及系统，以不同飞行阶段、电源供电容量和负载用电需求等条件为基础，对全飞行包线下多电负载的优先级进行了动态设定。当电源总容量不满足负载请求时，将根据负载优先级和负载管理算法自动加卸载，并且在保证关键负载供电的前提下尽可能多的满足负载供电请求，提高了电源利用率。
[0064]
虽然上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在
不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。