张大为，刘 迪，刘 铁
（1．海军航空工程学院控制工程系，山东烟台264001;2．海军航空工程学院飞行器工程系，山东烟台264001）
摘要：航空设备对电源的电压精度、稳定度、中断供电时间都有严格的要求，短时间的供电中断都可能使电子设备无法正常工作，从而影响相关联的其他飞机系统，危及飞行安全。从航空电源车的供电结构、对电压波形的要求以及线缆压降补偿技术等方面进行分析，最大限度采用成熟技术和利用可靠装备，进行基于不中断供电技术的航空地面电源车改进方案研究。
关键词：电源车；静变器；谐波；逆变器；滤波器；整流器
中图分类号：TP273 文献标志码：A 文章编号：1006 - 2394( 2015) 09 - 0039 - 02
0 引言
航空地面电源车系统承担着向机载所有用电设备提供安全、可靠和不间断供电的任务，是飞行控制、通信导航、武备与任务等系统的唯一能源。电源车系统工作性能的优劣及可靠性，对飞机完成遂行作战训练任务和保障飞行安全，具有不可替代的作用。航空电源车主要采用车载或拖车式移动电站给飞机供电，可产生115 V/200 V、400 Hz三相中频交流电源，直流输出是将三相交流电经变压、整流、滤波转换为28 V直流电。电源车供电具有机动灵活、自动化程度高、操作简单、保障能力强等特点；地面静态电源广泛应用了电力电子行业的尖端技术，具有高性能、低污染、高效利用电能的特点。其工作原理是将50 Hz工频电源通过整流变为直流电源，然后经由IGBT组成的具有脉宽调制型的逆变器，逆变成115 V/200 V、400 Hz的高品质交流电源，该电源用于向飞机和机载设备提供起动、检查或维修电能，是机电必需的地勤保障设备。静态电源供电具有稳定性好、维护简单、使用方便等特点。
1 航空地面电源车的发展趋势
航空地面电源车系统容易实现不中断供电，飞机主电源若采用直流电源，可以大幅度减少供电中断的可能性，系统的容量和体积将增加很多，发达国家的飞机制造公司提出了发展飞机高压直流供电系统的方案。该系统由于电压提高，使得配电系统质量减轻，同时还保留了低压直流供电系统的优点，能够适应机电传动系统和全电飞机发展的要求。通过研究发现，与传统的400 Hz交流系统相比，就对人身安全而言，270 V直流电更安全一些。总而言之，高压直流供电系统将使得新一代飞机供电方式、飞机操控方式发生革命性的变革，尤其就飞机供电系统不中断供电而言，将会带来较大幅度地改善与提高。飞机采用固态配电系统是提高不中断供电性能指标的另一发展趋势。固态功率控制器(SSPC)是集断路器线路保护功能和固态继电器可靠性于一体的智能开关装置，它采用功率MOSFET作为开关器件，具有开关速度快、无触点、无电弧、电磁干扰小、可靠性高以及便于计算机控制等特点。在固态配电系统中，由于采用固态功率控制器代替了普通开关或自动保护开关，故电网短路时不会使电网电压急剧下降，造成供电中断。
2航空地面电源车的供电结构
航空地面电源车供电结构采用分散式供电方式，分散式供电的可靠性较高、承受故障的能力较强。目前，电源车供电主要是采用移动式分散供电，电源车供电主要应用于民航机场和航空场站。根据其输出特性，电源车可分为交流电源车、直流电源车，以及交直流两用电源车三种，主要采用车载或拖车式移动电站给飞机供电。电源车主要选用无刷发电机，可产生115 V/200 V、400 Hz三相交流电源，交流频率由电子调速器自动调节；28 V直流电源由三相全控桥硅整流、阻容滤波后获得。在进行供电时，各个供电点将380 V、50 Hz市电分散接人各个飞机站位点，交流静变电源利用整流与斩波技术和变频技术将其转换为115 V/200 V、400 Hz电源供飞机使用；直流静变电源为各个站点飞机提供28 V直流电源供飞机使用。若使用长输出电缆，在带有负载的情况下线路压降明显，可根据负载电流按比例调高电压进行补偿。由于分散式供电方式供电站点多、供电线路长，容易造成线路电能损耗。因此采用高压传输方式送电，克服了线路电能损耗导致的终端电压降低的缺陷，保证了各分站点的供电品质。航空地面电源车分散式供电结构图如图1所示。
3航空地面电源车对电压波形的要求
ISO采用总谐波含量和单次谐波含量作为衡量电压波形的标准。总谐波含量和畸变系数在表达式上是一致的，但受负载性质、发电机结构以及其他因素的影响，特别是电力电子设备的非线性负载特性以及交流电压调制、频率调制等因素的影响，实际的交流畸变电压中不仅包括基波整数倍次的谐波分量，而且还包括非整数倍次的非谐波分量。因此，采用谐波含量分析方法所得的结果无法反映实际的电压成分特性，采用畸变系数更为合理。半波整流和大量电力电子设备的使用给飞机交流电网带来了直流分量污染，该分量可能会影响用电设备的正常工作，因此ISO对这一参数进行了限制。ISO对偏离系数进行了限制，但一般谐波含量或畸变系数已经基本包含了对偏离系数的要求，通过计算也可以得到，只要满足谐波含量的要求就不会超出偏离系数规定的范围。
航空地面电源对交流电源电压波形的要求如表1所示。
4航空地面电源车的线缆压降补偿技术
基于安全考虑，航空地面电源应与飞机保持一定距离，地面电源与飞机的供电电缆存在固有线路电抗，当飞机电源系统突加大负载后，造成线缆的压降升高，影响了远端输出端的电压幅值，机载用电设备以远端输出端作为电源输入，所以当线缆压降过大时会影响航空地面电源供电质量。对于交流电源系统，当负载不平衡时，由于各相流过加粗导体以降低其电抗。线缆除了呈现出阻性电抗外还有分布式的电感量，相与相之间的耦合关系会导致即使各相负载一致而各相电缆压降仍不一致的情况，故建议采用对称线缆结构。由于各相线缆的对称性，所以任意两相之间的耦合情况是一样的，且相与相之间的互感部分抵消，从而降低了每一相的线路电抗。线缆压降补偿有多种方案，每种方案各有优缺点，线缆参数补偿方案精度高，但同时需要精确测量线缆参数，而且在测试线缆参数过程中比较繁琐；远端电压反馈补偿方法精度比较高，但对反馈线接触可靠性要求也随之提高；按输出功率分段补偿的方案简单方便，但准确性不高。应结合具体实际，灵活采取不同方案去实现线缆压降的补偿。
的电流不同造成各相线缆压降不同，在远端输出端则加剧了输出电压的不平衡度，故在大功率应用场合应考虑对线缆压降进行补偿。线缆压降与线缆固有电抗有关，为降低线缆压降可以采用多条线缆并行输电的方式，相当于
5结论
在航空电源转换过程中，出现供电中断的情况是不可避免的，这对飞机的安全构成了严峻的挑战。本文从航空电源车的供电结构、对电压波形的要求以及线缆压降补偿技术等方面进行了分析，最大限度采用成熟技术和利用可靠装备，进行基于不中断供电技术的航空地面电源车改进方案研究。
