[发明专利]综合化直流固态功率控制器及故障决策诊断方法

说明书

本发明公开一种综合化直流固态功率控制器及故障决策诊断方法，所述控制器包括功率板和数字控制板。其中，功率板主要负责系统状态的检测、调理、信号上传以及SSPC的驱动和保护控制；数字控制板集成有电弧故障检测及电缆故障检测定位相关电路，基于多传感器检测调理后的系统状态信号，在FPGA主控模块内并行完成定时限电源过欠压故障保护、SSPC的BIT自检、反时限过载保护等常规SSPC的局部故障诊断以及增加的系统电弧故障检测、电缆故障检测定位等局部故障诊断，最后基于多源信息融合技术实现系统状态的决策诊断与健康管理。本发明能够实现增强的系统故障检测与健康管理能力，提高系统安全性、可靠性、测试性和维护性。

技术领域

本发明涉及一种综合化直流固态功率控制器装置及方法，属于电力电子与电工技术领域。

背景技术

固态功率控制器(Solid State Power Controller, 简称SSPC)是以半导体功率管为核心、集继电器的开关转换功能和断路器的保护功能于一体的固态配电装置。SSPC具有无触点、无电弧、无噪声、响应快、电磁干扰小、寿命长、可靠性高、便于计算机远程控制等优点，因而在飞机、舰船及车辆配电网中得到了广泛的应用。以固态功率控制器为代表的智能开关设备作为配电系统的核心部件，在实现无触点接通/关断用电设备的同时，能够实时监测系统电压电流状态，实现短路、过载、过欠压等常见电气故障的保护，从而大大提高了系统运行的安全性和可靠性。

实际应用中发现，除了短路、过流等故障会引起飞机配电系统的不安全，电弧故障也是造成飞机安全事故的罪魁祸首。飞机多电/全电化发展趋势必然带来飞机用电设备的增多，进而大大增加飞机配电线缆长度，而飞机运行过程中的高温、振动、摩擦、腐蚀等作用下极易导致电缆损坏、老化、裂纹和磨损，这些都会引起电弧故障。电弧危害性极大，微小的电弧电流会引起上千摄氏度的高温，而仅0.5A的电流就足以引发火灾，严重时甚至可以造成机毁人亡的惨祸。因此，为提高整个电气系统的安全性，对兼具电弧故障检测功能的固态功率控制器的需求越来越高。

此外，随着多电/全电飞机的发展，电缆网络结构错综复杂并且敷设隐秘，一旦电缆出现致命性故障，可能对整个航天器电源系统带来致命影响，因此必须寻求一种快捷、准确的电缆故障检测定位方法，及时检测并定位出非致命性电缆故障，防患于未然。

综上，为提高配电系统安全性、可靠性和维修性，固态配电装置必须兼具系统常见电气故障如短路、开路、过/欠压、过载、电弧等故障模式的检测和故障部位的隔离功能。而现有的SSPC研究，都未能实现整个配电系统的系统级故障诊断。部分专利的普遍做法是通过外加电弧检测模块或电缆定位模块，从而辅助常规SSPC实现系统各常见电气故障的检测和电缆故障的定位。其中GE公司在专利WO/2016/034599中为克服常规SSPC不能完成的系统电弧故障检测及定位能力，在系统中外加了电弧检测及定位硬件电路，并采用传统时频域方法实现电弧故障检测和基于反射法实现传输线故障定位，但该专利还存在以下几个方面的问题：

（1）未能将增加的电弧检测及电缆定位功能电路集成在SSPC内部，造成了系统体积重量上的负担；

（2）实际系统的任意故障模式，可能出现在系统中的任意组成部件中，而该专利只针对电缆上的电弧故障开展了检测及定位研究，其不具备整个系统的故障隔离能力，包括系统中电源、配电装置、连接器、电缆、负载等各组成部件故障模式的检测和故障部位的隔离；

（3）该专利中基于传统时频域方法的电弧故障检测存在检测率较低，虚警率和误判率较高的缺点，其未能充分利用反射法在电缆硬故障或软故障上的检测能力，因此未能将这两种算法结合以实现系统中部分故障模式如开路、短路、电弧等的增强的检测能力。

发明内容