[發明專利]用于功率質量保護的方法和系統

有效

• 申請號: 201110198376.4
• 申請日: 2011-07-15
• 公開（公告）號: CN102340130A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: E.加尼夫;C.阮;W.沃爾
• 申請（專利權）人: 霍尼韋爾國際公司
• 主分類號: H02H7/22
• 分類號: H02H7/22
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張曉冬;蔣駿

相關申請的交叉引用

本申請要求2010年7月16日提交的美國臨時專利申請第61/365236號的優先權的權益，該申請通過引用合并于此。

技術領域

本發明涉及電力電子設備領域，且更具體地涉及用于電功率質量保護的方法和系統。

背景技術

功率質量在現代航天/軍用工業中扮演重要的角色。在用于飛行器和航天器的更加電氣化的架構（more?electric?architecture,?MEA）的領域中尤其如此。

商用飛行器行業正朝著具有電氣無引氣環境控制系統（environmental?control?system,?ECS）、電氣可變頻率（variable-frequency,?VF）配電系統、以及電氣作動（actuation）發展。典型的示例是現有的波音787平臺。而且，空中客車A350飛機將并入大量的MEA元件。將來，下一代波音飛機（737的替代者）和下一代空中客車飛機（A320的替代者）將很可能使用MEA。一些軍用飛行器已經利用MEA，除了其它功能以外，以用于主要和輔助飛行控制。

軍用地面交通工具已經朝著混合電氣技術遷移，其中主要的推動力由電驅動來執行。因此，這些領域中出現了對于增長的電力電子設備的相當大的需求。

未來的空間交通工具將需要電功率生成系統，以用于推力矢量和飛行控制作動。這些系統必須更加魯棒，并且與許多現有的空間穿梭機功率系統相比提供了安全性以及極大地減少的操作成本。

這些新的MEA航天和軍用趨勢顯著增加了所安裝的電源和負載，連同使電氣設備適應新的平臺的挑戰。這已經導致增加的操作電壓以及減少系統損耗、重量和體積的努力。已經創建了一組新的電功率質量要求來滿足系統性能。傳統上，需要源（發電機）來維持一定的功率質量要求，并且它們的負載要能夠在這些要求下操作。而且，需要所述負載在配電總線上不產生一定級別之上的功率質量干擾。另外，由于大量的安裝的電氣設備以及它們復雜的相互作用的原因，增加了功率質量問題的可能性。

需要功率質量允許在相同的配電總線上安裝的源和負載之間的兼容性。典型的飛行器電功率系統由主電源、應急電源、功率轉換設備、控制/保護設備、以及互連網絡（即，線、電纜和連接器）組成。主電源包括主發電機，其由飛行器推進力引擎驅動。應急功率從飛行器電池、獨立于飛行器的輔助功率單元（Auxiliary?power?unit,?APU）、以及飛行器沖壓空氣或者液壓驅動的發電機引出。

針對AC電氣設備的功率質量要求由大量參數組成。這些參數中的一些包括電流失真、突入電流、電壓失真、電壓調制、功率因子、相位平衡和DC含量。由AC諧波構成的電流失真是電氣設備的關鍵設計驅動因素。對于電流諧波、分諧波以及間諧波的要求將可允許的失真指定為設備輸入電壓的基頻的倍數的函數。

典型的AC電流諧波包括高達39的所有奇次諧波，其限度是從最大電流基頻的百分之十到百分之0.25。電流失真要求是關鍵的設計驅動因素，這是因為其通常顯著地影響設備重量。電流失真也被指定為設備的額定功率的函數，這是因為更高功率設備對電源總線具有更大影響。針對功率質量的廣泛使用的規范是MIL-STD-704-A到F的空中客車ABD0100和波音TBD。

對于MEA飛行器而言功率質量是主要關心要素，這是因為大量的電功率系統和設備安裝在相同的電氣總線上。這些系統和設備的功率質量具有嚴格的要求，以確保所有功率供應/利用設備一起適當地起作用。

對于電源設備，實施額外的監視特征來對可能經受功率質量問題的設備或者設備組進行檢測和隔離。此隔離能力是用來保護其它的工作的功率供應和利用設備。對于功率利用設備，施加嚴格的功率質量要求。針對所述要求的至少一些原因如下：（a）對功率質量問題產生影響的設備導致其它設備故障；（b）設備由于該源的功率質量下降而阻止達到其設計性能或者可靠性；（c）或許為了滿足期望的最小重量，被設計為不具有功率裕量的設備趨于更易受功率質量問題的影響；以及（d）被設計為使重量最小化的設備趨于產生功率質量問題。