[发明专利]一种基于储能装置的飞机多余度供电系统架构

说明书

本发明提出一种基于储能装置的飞机多余度供电系统架构，由低压直流汇流条、高压直流汇流条、电能存储装置、电能回馈控制器、电机控制器及电机构成；在飞机正常供电及负载工作时，由低压直流汇流条与高压直流汇流条向电机控制器及电机供电，实现电机控制及驱动功能，在电机回馈制动时通过电能回馈控制器将回馈电能存入储能装置进行电能存储，实现电机能量回收功能；并且当低压直流汇流条故障、高压直流汇流条故障或者低压直流汇流条故障与高压直流汇流条同时故障时，通过多余度供电控制策略，提高直流供电系统的可靠性。

技术领域

本发明涉及飞机供电系统领域，具体为一种基于储能装置的飞机多余度供电系统架构。

背景技术

新型飞机大量采用多电技术，用电能逐渐去取代液压能、气压能源和机械能等二次能源，使机上大多数机载设备和操纵系统都将由电能驱动，实现飞机的电气化管理，因此整机的用电功率非常大，一般在数百千瓦到兆瓦级。而高压直流电源系统已显示出了明显的技术优势，在供电体制上采用高压直流供电方式，能够减轻输电线缆的重量，摆脱恒速恒频电源系统的恒速传动装置和变速恒频电源系统的全功率电子变换装置，使系统具有更轻的重量、更低的寿命周期费用、高的可靠性、良好的维修性、大功率发电和高的效率，其代表了未来飞机电源系统的发展方向。

现有的某型飞机主电源采用双通道高压直流电源系统，实现飞机大功率的供电需求，其主电源系统构型如图1所示，飞机主电源系统包含两台发动机，每台发动机分别驱动两台高压直流主发电机(HVDG)，每台(HVDG)的额定容量为65kW，输出为270V高压直流电压，两台主发电机结构、性能相同，可以互换，且采用270V高压直流供电体制，其中有270VDC、28VDC用电负载，实现左、右270VDC汇流条，左、右28VDC汇流条间实现互为备份，实现飞机电源余度供电，270VDC与28VDC之间无法备份。

在现有技术中，可以实现多电飞机大功率的用电需求，但现有方案也存在如下缺点：

多电飞机存在大量的高压直流电驱负载，如环控系统、电动液压泵、电刹车系统等，其在飞机上的负载等级较高，其中机载作动类电驱动系统在制动时会向系统产生电能回馈，现有电驱动系统多利用制动电阻将回馈能量吸收，并未进行利用，产生大量热量需设计专用冷却系统，给系统带来短时散热问题，同时严重制约机载电能利用，当所需功率较大时，还容易带来系统电网电压过高等问题。

不能将飞机在不同飞行工况下由电机多象限运行产生的“费能”进行利用，从而实现多电飞机中针对电能管理进行“削峰填谷”的调节需求及能量的高效利用，保证飞机电能供给，降低飞行能耗及提高供电系统安全性和可靠性。

发明内容

为了提高机上电能利用效率，增加关键负载安全工作余度，解决未来多电、全电飞机能量优化等问题，本发明提出一种基于储能装置的多电飞机多余度适用于高效能量利用的多电飞机的电源系统架构。

本发明的技术方案为：

一种基于储能装置的飞机多余度供电系统架构，由低压直流汇流条、高压直流汇流条、电能存储装置、电能回馈控制器、电机控制器及电机构成；

在飞机正常供电及负载工作时，由低压直流汇流条与高压直流汇流条向电机控制器及电机供电，实现电机控制及驱动功能，在电机回馈制动时通过电能回馈控制器将回馈电能存入储能装置进行电能存储，实现电机能量回收功能；

电能回馈控制器同时监测低压直流汇流条与高压直流汇流条，当低压直流汇流条出现故障时，由高压直流汇流条的输出转化为低压后为低压侧负载供电，而当高压直流汇流条出现故障时，通过电能回馈控制器将低压直流汇流条的输出升压后为负载运行提供高压功能，实现供电系统的多余度供电；当在低压直流汇流条及高压直流汇流条同时出现故障时，电能存储装置通过电能回馈控制器向故障的低压直流汇流条及高压直流汇流条进行供电，为机上关键设备提供应急供电。

进一步的，低压直流汇流条与高压直流汇流条之间保证电流隔离，以防止任何一路电源故障时，对另一路产生冲击。