模塊化設備中心分布式獨立保護的制作方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]本文所呈現的實施方式的領域致力于模塊化運載工具架構，并且更具體地，致力于分布式電力和數據飛機架構內的電子保護。
[0002]大多數商用飛機具有用于收容電力和通信設備的一個或更多個集中式設備艙。電力和數據從集中式設備艙遍布整個飛機以控制飛機內的所有功能。集中式設備艙跨越飛機中的一個或更多個段間隙彼此移動。通常，一個集中式設備艙在飛機的前部段中，而另一集中式設備艙在飛機的尾部段中。
[0003]由主推進發動機驅動的發電機為飛機產生三相初級電力。初級電力被首先路由到尾部設備艙，然后通過飛機路由到前部設備艙。初級電力然后被集中配置以便遍及飛機的其余部分以為各種設備負載服務。設備艙內的集中式母線電力控制單元控制遍及飛機的所有電力功能。在集中式轉換之后，次級電力被路由到遠程電力分配單元以為遍及飛機的設備負載服務或者直接路由到設備負載。
[0004]飛機的所有功能依賴于集中式電力和通信設備。如果來自集中式設備艙的電力或數據被服務，則接收設備進入機組人員變得難以確定對應系統的狀態的備用狀態。并且，通信網絡的骨干因為在峰值時間期間到和來自集中式通信設備的高帶寬需求而必定過大。
[0005]復合飛機沒有鋁底架來用作返回電流路徑或網絡。因此，必須添加線的復雜網絡以為所有電路提供電流返回路徑，或者必須為各個設備負載添加專用回線。例如，如標題為CURRENT RETURN NETWORK的美國專利N0.8,031,458所描述的，必須添加沿著復合飛機的長度縱向地以及跨越復合飛機的寬度橫向地延伸的導電布線。這個解決方案向復合飛機添加成本、制造和維護復雜性、增加的電壓降以及不希望的重量。因此，通過使布線最小化來減少復合飛機的重量的嘗試已受到對于增加的雷擊保護組件的需要及其它原因阻礙。
[0006]傳統飛機的鋁底架(例如，組成框架或表層或其組合的組件)以及該飛機的任何其它導電金屬結構被系在一起，以形成用于將電壓基準點返回到源分配接地點的電流返回網絡。該電流返回網絡還提供雷擊保護以及個人安全保護路徑。然而，在底架可以由絕緣材料形成的復合飛機中，線從發電機到前部和尾部設備艙、到遠程電力分配單元以及它們服務的設備負載、并且經由電流返回網絡回到前部設備艙的路由創建大線回路。在復合飛機中，這個長線回路可能在在特定條件下對飛機的雷擊期間引發大電流。為了解決這個擔心，可以屏蔽線回路，但是這個大線回路及其屏蔽將在飛機中不合期望地引入大量的重量。
[0007]商用飛機可以用然后連接在一起以組裝完整飛機的單獨段制造。飛機中的各種系統可以具有跨越多個段分布的組件。在這些段被最終組裝在一起之前，段中的許多組件被安裝和測試以確認它們被正確地組裝。因此，為了測試和驗證段，必須模仿尚不存在于構建序列中的系統的各部分。一旦已經測試了段裝置，就能夠執行形成飛機的段的最終組裝，這將由于有限的可達性而使對在此階段之后找到的錯誤的修補變得更難以校正。
[0008]在現今的飛機中，最終組裝是這種費時過程的原因之一是因為相鄰段之間的大量的初級和次級電力連接以及大量的數據連接。能夠以更快速率構建飛機，并且能夠通過在構建循環中較早地在功能上測試系統從而消除模仿位于飛機的其它部分中的某個設備的需要、減少跨越段間隙的連接的數量、消除集成面板并且通過使飛機布線的重量和復雜性最小化來更迅速地滿足完成飛機的訂單。
[0009]關于這些和其它考慮事項在本文中呈現本公開。
【發明內容】
[0010]應該了解，本
【發明內容】
被提供來以簡化的形式引入在下面在【具體實施方式】中進一步描述的構思的選擇。本
【發明內容】
不旨在被用來限制所要求保護的主題的范圍。
[0011]根據本文所公開的一個實施方式，提供了一種用于為運載工具中的電氣系統提供分布式電氣保護的系統。所述系統包括空間上遍布所述運載工具的模塊化設備中心(MEC)。所述系統還包括在各個MEC內用于通過監測并控制所述飛機的電氣系統來實現保護功能的電力控制器。所述電力控制器中的一個或更多個被配置為實現局部保護功能并執行獨立故障評估。所述運載工具內的一個或更多個其它電力控制器被配置為執行協調故障評估。所述運載工具內的多個電力控制器可以在沒有來自其它MEC的通信的情況下基本上同時實現多個保護動作。
[0012]根據本文所公開的另一實施方式，提供了一種為運載工具的電氣系統提供分布式保護和控制架構的方法。所述方法包括以下步驟:遍及所述運載工具空間上分布MEC;將初級電力從電源分配給所述MEC中的每一個;將次級電力從各個MEC分配給最接近各個MEC的設備負載;提供集成保護芯片組(IPC)，其中各個IPC提供電子保護功能;執行在各個MEC處從所述電源接收初級電力的高功率級保護；以及獨立地執行從各個MEC向與各個MEC關聯的所述設備負載分配次級電力的低功率級保護。
[0013]根據本文所公開的又一實施方式，提供了一種用于提供運載工具中的電氣系統的分布式保護的系統。所述系統包括空間上遍布所述運載工具的MEC。一個或更多個電源向所述MEC提供初級電力，并且一個或更多個設備負載由所述MEC中的每一個服務。所述系統還包括用于監測并控制所述飛機內的電氣系統的IPC。所述IPC被配置為實現多個保護功能，并且所述IPC中的一個或更多個被配置為進行獨立故障評估。
[0014]此外，本公開包括根據以下條款的實施方式:
[0015]條款1.一種用于為運載工具中的電氣系統提供分布式保護的系統，該系統包括:
[0016]多個模塊化設備中心(MEC)，所述多個MEC空間上遍布所述運載工具；以及
[0017]多個電力控制器，所述多個電力控制器用于通過監測并控制所述運載工具內的電氣系統來實現保護功能，各個MEC內的所述電力控制器中的一個或更多個被配置為實現局部保護功能并執行獨立故障評估，并且所述運載工具內的一個或更多個其它電力控制器被配置為執行協調故障評估，其中，所述多個電力控制器在所述運載工具內基本上同時實現保護動作。
[0018]條款2.根據條款I所述的系統，其中，各個MEC包括被配置用于執行在各個MEC處接收初級電力的高功率級保護的所述電力控制器中的至少一個以及被配置用于執行從各個MEC分配次級電力的低功率級保護的至少一個電力控制器。
[0019]條款3.根據條款I所述的系統，其中，各個MEC還包括被配置用于執行從另一MEC接收初級電力的高功率級保護的至少一個電力控制器。
[0020]條款4.根據條款I所述的系統，其中，在各個MEC內被配置為實現局部保護功能并執行獨立故障評估的所述電力控制器中的一個或更多個獨立于向所述MEC中的一個或更多個提供電力的電源的電力控制器而實現保護功能。
[0021]條款5.根據條款I所述的系統，其中，所述保護功能包括以下項的組中的至少一個:差動保護、接地故障保護、過電壓保護、過電流保護、欠電流保護、不平衡電流保護、開相保護、電暈故障檢測、過溫保護以及電弧故障檢測。
[0022]條款6.根據條款I所述的系統，其中，所述保護功能包括電壓感測、電流感測、電流傳遞、電壓RMS/相位功能性以及阻抗評估或其組合。
[0023]條款7.根據條款I所述的系統，其中，在各個MEC內被配置為實現局部保護功能并執行獨立故障評估的所述電力控制器中的一個或更多個不與其它MEC通信，以使得能實現故障清除以及制定校正動作的處理。
[0024]條款8.根據條款I所述的系統，該系統還包括包含電力控制器的發電機控制器，并且其中，所述發電機控制器的電力控制器被配置為連同一個或更多個MEC的一個或更多個電力控制器一起執彳丁協調故障評估。
[0025]條款9.根據條款I所述的系統，其中，所述多個電力控制器的電力控制器中的每一個是集成保護芯片組(IPC)。
[0026]條款10.根據條款9所述的系統，其中，專用IPC被嵌入在MEC的多個接觸器中的每一個上。
[0027]條款11.根據條款9所述的系統，其中，跨越在MEC的多個接觸器復用IPC。
[0028]條款12.根據條款I所述的系統，其中，一個或更多個IPC被實現在至少一個MEC的電力分配模塊中。
[0029]條款13.根據條款I所述的系統，其中，一個或更多個IPC被實現在至少一個MEC的初級電力開關網絡裝置中。
[0030]條款14.一種用于為運載工具的電氣系統提供分布式保護和控制架構的方法，該方法包括以下步驟:
[0031 ]遍及所述運載工具空間上分布多個模塊化設備中心(MEC);
[0032]將初級電力從電源分配給所述MEC中的每一個；
[0033]將次級電力從各個MEC分配給最接近各個MEC的設備負載；
[0034]提供多個集成保護芯片組(IPC)，其中各個IPC提供電子保護功能；
[0035]執行在各個MEC處從所述電源接收初級電力的高功率級保護；以及
[0036]獨立地執行從各個MEC向與各個MEC關聯的所述設備負載分配次級電力的低功率級保護。
[0037]條款15.根據條款14所述的方法，該方法還包括以下步驟:執行從另一MEC接收初級電力的高功率級保護。
[0038]條款16.根據條款15所述的方法，其中，執行從另一MEC接收初級電力的高功率級保護的步驟包括協調MEC之間的故障評估。
[0039]條款17.根據條款15所述的方法，其中，執行從另一MEC接收初級電力的高功率級保護的步驟包括實現MEC之間的差動保護。
[0040]條款18.根據條款14所述的方法，其中，執行在各個MEC處從所述電源接收初級電力的高功率級保護的步驟包括實現發電機與初級MEC之間的差動保護。
[0041]條款19.根據條款14所述的方法，該方法還包括以下步驟:跨越用于實現差動保護的所述多個MEC之間的一個或更多個通信信道以數字方式共享數據。
[0042]條款20.根據條款14所述的方法，其中，執行高功率級保護和低功率級保護的步驟各自由與各個相應的MEC關聯的IPC執行。
[0043]條款21.根據條款14所述的方法，其中，獨立于所述電源的電力控制器執行獨立地執行低功率級保護的步驟。
[0044]條款22.根據條款14所述的方法，該方法還包括以下步驟:向一個或更多個其它MEC的一個或更多個IPC傳送由一個MEC的一個IPC實現的保護功能的狀態。
[0045]條款23.根據條款14所述的方法，該方法還包括以下步驟:一個IPC使故障隔離；向一個或更多個其它IPC傳送所述故障的隔離；以及響應于使所述一個IPC的故障隔離而擴展所述一個或更多個其它IPC的保護功能的區域。
[0046]條款24.根據條款14所述的方法，該方法還包括以下步驟:提供與一個或更多個IPC關聯的保護的區域；以及在所述區域內檢測到電流失配時，擴展所述區域以包括一個或更多個其它IPC來使故障隔離。
[0047]條款25.根據條款14所述的方法，該方法還包括以下步驟:提供與一個或更多個IPC關聯的保護的區域；以及在所述區域內丟失電力時，擴展所述區域以包括一個或更多個其它IPC來執行保護功能。
[0048]條款26.根據條款14所述的方法，該方法還包括以下步驟:兩個或更多個IPC的微處理器并行工作并且所述兩個或更多個IPC中的每一個在本地獨立地處理故障清除并制定校正動作。
[0049]條款27.根據條款14所述的方法，該方法還包括以下步驟:通過反射測量阻抗來確定到故障的距離。
[0050]條款28.—種用于提供運載工具中的電氣系統的分布式保護的系統，該系統包括:[0051 ]多個模塊化設備中心(MEC)，所述多個MEC空間上遍布所述運載工具；
[0052]一個或更多個電源，所述一個或更多個電源向所述MEC提供初級電力；
[0053]一個或更多個設備負載，所述一個或更多個設備負載由所述MEC中的每一個服務；以及
[0054]多個集成保護芯片組(IPC)，所述多個IPC用于監測并控制所述運載工具內的電氣系統，各個IPC被配置為實現多個保護功能，并且所述多個IPC中的一個或更多個IPC被配置為進行獨立故障評估。
[0055]條款29.根據條款28所述的系統，其中，一個或更多個MEC內的一個或更多個IPC限定保護區域。
[0056]條款30.根據條款29所述的系統，其中，到MEC中的全部或一部分的電力丟失并且所述區域被擴展為包括另一 MEC的一個或更多個附加IPC以執行保護功能。
[0057]條款31.根據條款28所述的系統，其中，MEC內的一個或更多個IPC基于從其它MEC提供的信息來各自進行它們自己的故障評估。
[0058]已經討論的特征、功能和優點能夠被獨立地實現在本公開的各種實施方式中，或者可以被組合在仍然其它的實施方式中，能夠參照以下描述和附圖看到另外的細節。
【附圖說明】
[0059]根據詳細描述和附圖，本文所呈現的實施方式將變得更被充分理解，其中:
[0060]圖1例示了根據本文所公開的至少一個實施方式的具有其中設備負載由最近MEC服務的空間分布式模塊化設備中心(MEC)的飛機的一個配置的頂視圖，
[0061]圖2例示了根據本文所公開的至少一個實施方式的每個飛機發動機的兩個發電機相對于飛機的前部和尾部的分割，
[0062]圖3例示了根據本文所公開的至少一個實施方式的連接至使電力總線網絡通電的發電機的初級電力饋線的一個配置，
[0063]圖4例示了根據本文所公開的至少一個實施方式的初級MEC和次級MEC的一個配置，
[0064]圖5A-5F例示了根據本文所公開的至少一個實施方式的初級MEC、次級MEC和備用MEC的容錯組合式初級和次級電力分配網絡的一個配置，
[0065]圖6例示了根據本文所公開的至少一個實施方式的飛機的前部段中的次級電力總線網絡的一個配置，
[0066]圖7例示了根據本文所公開的至少一個實施方式的用于為設備負載服務并且具有用于分布式計算功能以及雙向數據在MEC之間的網關路由的計算和網絡接口模塊的MEC的一個配置，
[0067]圖8例示了根據本文所公開的至少一個實施方式的在被段間隙分離的空間分布式MEC之間具有通信總線接口的數據網絡結構的一個配置，
[0068]圖9例示了根據本文所公開的至少一個實施方式的用于分布式計算功能以及雙向數據的網關路由的計算和接口模塊的一個配置，
[0069]圖10A-10D例示了根據本文在所公開的至少一個實施方式的初級MEC相對于特定電力輸入源和多個不同的電力輸出端的高電壓初級電力總線接口的各種配置，
[0070]圖11例示了根據本文所公開的至少一個實施方式的具有與初級MEC—起使用的公共電力輸入源和多個公共電力輸出端的初級電力開關網絡裝置的公共結構和布局，
[0071]圖12A至圖12C例示了根據本文所公開的至少一個實施方式的與從發電機接收三相電力的初級MEC—起使用的初級電力開關網絡裝置的一個配置，
[0072]圖13例示了根據本文所公開的至少一個實施方式的MEC的多層集成構架系統的分解立體圖，
[0073]圖14例示了根據本文所公開的至少一個實施方式的具有多個電力和通信傳遞層的初級MEC的一個配置，
[0074]圖15通常例示了根據本文所公開的至少一個實施方式的從主發電機路由到多個變壓器整流器單元(TRU)和自耦變壓器單元(ATU)的三相初級電力導致零直流(DC)偏移電壓的一個配置，
[0075]圖16例示了根據本文所公開的至少一個實施方式的交流(AC)或DC電力利用雙絞且屏蔽電導體對從TRU和ATU到設備負載的分配的一個配置，
[0076]圖17例示了根據本文所公開的至少一個實施方式的飛機的底部內的MEC的集成構架系統的一個配置，
[0077]圖18例示了根據本文所公開的一個實施方式的具有其中電力饋線與主發電機、輔助電力單元和MEC互連以便執行本地保護功能的集成保護芯片組(IPC)的一個配置，
[0078]圖19例示了根據本文的至少一個實施方式的具有安裝在MEC的接觸器上的IPC的MEC的一個配置，以及
[0079]圖20例示了根據本文所公開的至少一個實施方式的用于為運載工具的電氣系統提供分布式保護和控制架構的例行程序的一個配置。
[0080]本公開所示的各個圖示出了所呈現的實施方式的一個方面的變化，并且將詳細地討論僅差異。
【具體實施方式】
[0081]以下詳細描述致力于具有模塊化設備中心以增加運載工具系統冗余同時還按照使線重量和所需線連接的數量最小化以減少總運載工具重量和生產時間的這樣一種方式遍及運載工具分布模塊化設備中心(MEC)的運載工具。本發明容許許多不同形式的實施方式。不存在將本發明