阅读说明：本技术 一种航空发电系统过压故障诊断和隔离方法 (Overvoltage fault diagnosis and isolation method for aviation power generation system ) 是由 张桂芳 王智慧 李骏 王晓红 陈复盼 于 2019-08-18 设计创作，主要内容包括：本发明提出一种航空发电系统过压故障诊断和隔离方法,对目前的故障检测、故障诊断、故障隔离方法进行优化改进。根据供电系统自身特性,通过一种或多种信息组合的方式,对电源系统各种运行工况和场景进行识别分析,建立多种模式下的故障判别及危害等级分析,以供电任务的完成为导向,判断出故障虚警与真实的过压故障,进行针对性的告警处理与保护,提高供电可靠性与安全性,提高故障隔离率和测试性。(The invention provides an overvoltage fault diagnosis and isolation method for an aviation power generation system, which is used for optimizing and improving the conventional fault detection, fault diagnosis and fault isolation methods. According to the characteristics of a power supply system, various operating conditions and scenes of the power supply system are identified and analyzed in one or more information combination modes, fault discrimination and hazard grade analysis in various modes are established, a fault false alarm and a real overvoltage fault are judged by taking the completion of a power supply task as a guide, targeted alarm processing and protection are carried out, the power supply reliability and safety are improved, and the fault isolation rate and the testability are improved.)

一种航空发电系统过压故障诊断和隔离方法

技术领域

本发明属于航空电气设计技术领域，涉及的航空发电系统过压故障诊断和隔离方法。

背景技术

目前，随着多电飞机的发展，其电源系统的安全性与可靠性得到了普遍关注，但由于电源系统十分复杂，在整个飞行或攻击中起着相当重要的作用，电源的错误和失 效有可能造成很严重的后果，因此对航空电源系统故障诊断的研究尤为重要。如果未 能及时的检查与纠正，故障极易影响系统的状态与功能，严重的将造成安全事故。

飞机电源系统应用故障诊断技术，是保证系统安全的重要方法，是提升系统安全性与可靠性的重要保障，也是影响飞行安全及其战斗力的直接因素。对电源系统的故 障进行有效排除能够提高飞机的战斗力，进而保证飞行任务的完成。但电源系统是复 杂的，其故障也具有复杂性，引起故障的原因较为繁琐，因此有必要对故障诊断技术 进行深入研究。

基于目前的过压故障诊断技术，能够准确判断出发电系统单一的故障模式，并向上位机传输发电系统的故障信息。而实际在试验、外场试飞过程中，经常会出现多种 故障模式，这些故障相互交联，伴随发生，且多数故障并非由于发电系统自身发电功 能异常，而是由于检测信息有限、未考虑发电系统多变量耦合特点、故障判别逻辑不 完备，导致虚警、误保护、误动作引发电源系统退网的事故经常发生，严重影响了电 源系统的任务可靠性。

目前航空发电系统过压故障诊断手段较为简单，主要基于机内BIT自检测技术，依据单一的重要系统状态量进行判断，利用变量间简单机理及逻辑关系，未考虑到发 电系统和电气负载多变量、非线性、强耦合的特点，未建立机上电网全局观念及任务 可靠性，不能对电源系统各种运行工况和各种故障模式进行准确、综合的判断。对于 交联关系复杂的供电网络，软件故障诊断逻辑较简单，故障隔离不准确，不能通过各 项数据与专业经验，实现故障分级评定、故障准确隔离和决策发电系统告警处理、执 行保护之间的协调。

发明内容

为解决航空发电系统发生过压故障时，虚警误动作导致的退网问题及故障隔离不准确导致的外场故障定位困难的问题，本发明提出一种航空发电系统过压故障诊断和 隔离方法，对目前的故障检测、故障诊断、故障隔离方法进行优化改进。根据供电系 统自身特性，通过一种或多种信息组合的方式，对电源系统各种运行工况和场景进行 识别分析，建立多种模式下的故障判别及危害等级分析，以供电任务的完成为导向， 判断出故障虚警与真实的过压故障，进行针对性的告警处理与保护，提高供电可靠性 与安全性，提高故障隔离率和测试性。

本发明的技术方案为：

所述一种航空发电系统过压故障诊断和隔离方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：采集发电机三相电压值，得到POR三相电压最大值POR_MAX；

步骤二：判断POR最高相电压值POR_MAX是否超过过压门限值U，如果是，设置 过压故障标志，并执行步骤三；否则执行步骤四；

步骤三：判断发电机电流IGCT、线路电流ILCT、永磁机整流电压u_TRU28V及u_LiCi是 否满足0≤IGCT_(A,B,C)≤IGCT_2倍载、0≤ILCT_(A,B,C)≤ILCT_2倍载、u_TRU28V<ΔU₁,u_LiCi＜ΔU₂，如果其中有一 个条件满足，则认为此时发生过压故障，执行步骤五；如果均不满足，则认为此时为控制器采样引起的过压故障虚警，向上位机报送“控制器故障”，并进入步骤八；其中IGCT_2倍载为2倍载的发电机电流，ILCT_2倍载为2倍载的线路电流，ΔU₁和ΔU₂为设定的阈值 电压；

步骤四：判断运行的上周期是否发生过压故障，如果发生，则复位过压故障标志，并执行步骤八；如果没发生，则复位过压故障保护标志、过压固定延时Udelay1和过 压反延时Udelay2，同时进入步骤八；

步骤五：判断励磁电流If是否满足If<1/2If₀，If₀为空载励磁电流，如果是，则 认为此时励磁负线发生对地短路，故障隔离到励磁负线，向上位机报送“励磁负线短 路引起过压故障”，如果否，则进一步判断励磁电流If是否满足If>2If_2倍载，If_2倍载为2倍载的励磁电流，如果满足，则认为此时励磁控制功率管不受控，故障隔离到控制 器，向上位机报送“控制器故障”，如果否，则进一步判断当前故障时的线路电流ILCT _(当前)与无故障时的线路电流ILCT_(无故障)是否满足|ILCT_(当前)-ILCT_(无故障)|>ΔI，ΔI为设 定的线路电流阈值，如果满足，则认为是外部负载端突然异常引起的故障，故障隔离 到外部负载，向上位机报送“外部负载引起过压故障”，否则，认为此时调压电路工作 异常，故障隔离到控制器，向上位机报送“控制器故障”；

此外，本步骤中还判断是否达到过压反延时Udelay2，如果是，设置过压故障保 护标志，并执行步骤七；否则累加过压差和积分门限，执行步骤六；

步骤六：判断是否达到过压固定延时Udelay1，如果是，则设置过压故障保护标志，执行步骤七；否则，递增延时，同时进入步骤八；

步骤七：输出主接触器断开指令，控制发电系统退网，并进入步骤八；

步骤八：退出。

有益效果

本发明以降低发电系统过压故障虚警及误动作、提高供电可靠性为着眼点，依据发电系统多变量耦合特点，对不同工况、不同故障模式的发电系统进行分析。针对不 同故障原因，根据故障危害度及故障特征，提出不同的故障诊断策略，对故障分级及 保护优先级进行判定，以完成发电系统任务为导向，采取告警处理或保护退网措施以 对故障进行隔离。减少虚警故障引起的发电系统退网事故，提高供电可靠性与稳定性， 对未来飞机供电系统性能提升具有重要意义。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1过压故障诊断原理框图；

图2过压故障模式FTA分析；

图3过压故障处理逻辑框图；

图4过压故障隔离逻辑框图。

具体实施方式

本发明提出一种航空发电系统过压故障诊断和隔离方法，在现有硬件电路基础上， 对过压故障诊断(即故障判断、故障保护、故障隔离)软件控制逻辑进行优化改进。 根据供电系统自身特性，通过一种或多种信息组合的方式，对电源系统各种运行工况 和场景进行识别分析，建立多种模式下的故障判别及危害等级分析，以供电任务的完 成为导向，判断出故障虚警与真实的过压故障，进行针对性的告警处理与保护，提高 供电可靠性与安全性，提高故障隔离率和测试性。

过压故障诊断的原理框图如图1所示，控制器采集敏感线三相电压，通过内部的峰值采样处理电路、总线接口电路送入DSP控制电路，通过软件过压监测模块比较电 压采样值与过压判别门限，通过输出控制模块对各种故障模式进行综合，输出主接触 器控制命令，控制发电系统与机上电网的接通与断开。当检测到过压时，控制器经过 一定时间延时，输出主接触器断开指令和励磁断开指令，控制发电系统退网，实现保 护功能。

依据交流电源系统的故障模式、影响、危害性(FMECA)分析，结合飞机上近几年 发生的多起过压故障，本发明对过压故障发生的机理进行深入分析，其原因可由发电 机、控制器、负载及线路等一种或多种因素引起，建立发电系统过压故障树(FTA)如 图2所示。

针对图2中每种故障现象，对其故障危害度进行评估，以完成系统供电任务、降 低虚警为导向，对故障处理及故障隔离策略进行分析，根据每种故障模式特征，对故 障进行分类，采取不同的处理措施，具体分析如下：

a)B1、B6、B8故障模式(励磁负线对地短路)：实际励磁电流达几十安培，而 控制器采样的励磁电流较小(接近零)，此时发电机端输出电压最大，达到其输出特 性饱和值，发电系统后级的所有电气设备均会受到损害，危害范围较广，为防止故障 的扩大化，需在数十毫秒内执行保护，同时向上位机报送电压故障。

b)B2故障模式(励磁控制开关管损坏，全导通)：此种情况下控制器采样的励 磁电流和实际的励磁电流均较大，系统输出电压最大，即饱和值，危害程度同a)， 也需在数十毫秒内执行保护，同时向上位机报送电压故障。

c)B3故障模式(调压电路基准源漂移、反馈端均值减小)：此种情况下调压电 路占空比增大，电压升高，在饱和电压以内，励磁电流增大，电压持续加在用电设备 上，危害设备绝缘，根据采集的敏感电压大小，应在一百毫秒及几秒内保护，同时向 上位机报送电压故障。

d)B4(泄放电路异常)、B5故障模式(采样电路异常)：泄放功能异常及参漂 引起的采样电路功能异常，造成采样的敏感电压非实时峰值，此种情况下仅引起软件 读取的电压采样值不准确，而实际敏感线上电压正常，系统的发电功能正常，为保飞 行安全及系统任务可靠性，应保持供电，不保护并将故障隔离，同时向上位机告警处 理，报送过压故障及控制器故障。

e)B7故障模式(外部负载异常)：此种情况引起的过压主要由大功率负载的投 入或切除、电网电源的转换、负载的短路和短路的切除、电动机负载的起动等因素导 致，动态时间一般从数毫秒至数秒，此时负载端故障点处自身电流保护功能应优先起 作用，在故障发生时进行有效隔离，发电系统过压保护功能应与负载自身保护上下级 相配合，在负载自身保护功能失效不能有效隔离的情况下，由发电系统执行保护，切 除故障进行隔离。

下面结合附图对本发明进一步说明。

图3为过压故障处理逻辑框图，依据图2分析可知，除B4、B5过压故障模式处理 措施为故障告警外，其余故障模式均需保护退网操作，保证后级用电设备安全。B4、 B5故障模式为控制器检测采样问题引起的过压故障，利用发电系统其他状态量(发电 机电流、负载电流、励磁正电压、永磁机整流电压等)进行识别判断，若这些状态量 正常，则可认为过压由故障相采样异常引起。属于虚警，此时只报故不保护。具体软 件控制逻辑如下：

步骤一：采集发电机三相电压值，得到POR三相电压最大值POR_MAX；

步骤二：判断POR最高相电压值POR_MAX是否超过过压门限值U，如果是，设置 过压故障标志，并执行步骤三；否则执行步骤四；

步骤三：判断发电机电流IGCT、线路电流ILCT、永磁机整流电压u_TRU28V及u_LiCi是 否满足0≤IGCT_(A,B_,C)≤IGCT_2倍载、0≤ILCT_(A,B_,C)≤ILCT_2倍载、u_TRU28V<ΔU₁,u_LiCi＜ΔU₂，如果其中有一 个条件满足，则认为此时发生过压故障，执行步骤五；如果均不满足，则认为此时为采样引起的故障虚警，并执行步骤八；其中IGCT_2倍载为2倍载的发电机电流，ILCT_2倍载为 2倍载的线路电流，ΔU₁和ΔU₂为设定的阈值电压；

步骤四：判断软件运行上周期是否发生过压故障，如果发生，则复位过压故障标志，并执行步骤九；如果没发生，则复位过压故障保护标志、过压固定延时Udelay1 和过压反延时Udelay2，同时进入步骤九；

步骤五：判断是否达到过压反延时Udelay2，如果是，设置过压故障保护标志， 并执行步骤七和步骤八；否则累加过压差和积分门限，执行步骤六；

步骤六：判断是否达到过压固定延时Udela_y1，如果是，则设置过压故障保护标志，执行步骤七和步骤八；否则，递增延时，同时进入步骤九；

步骤七：输出主接触器断开指令，控制发电系统退网，并进入步骤九；

步骤八：控制器向上位机报送过压故障，进入步骤九；

步骤九：退出。

图4为过压故障隔离逻辑框图，软件故障隔离逻辑如下：

步骤一：在发电系统发生过压情况下，判断发电机电流IGCT、线路电流ILCT、永 磁机整流电压u_TRU28V及u_LiCi是否满足0≤IGCT_(A,B,C)≤IGCT_2倍载、0≤ILCT_(A,B,C)≤ILCT_2倍载、 u_TRU28V<ΔU₁,u_LiCi＜ΔU₂，如果其中有一个条件满足，执行步骤二；否则认为是采样异常引 起的过压故障，采样功能由控制器实现，因此故障隔离到控制器，向上位机报送“控 制器故障”，并进入步骤五；

步骤二：采样功能正常，判断励磁电流If是否满足If<If₀/2(If₀为空载励磁电流)，如果是，则认为此时励磁负线发生对地短路，故障隔离到励磁负线，向上位机报 送“励磁负线短路引起过压故障”，进入步骤五；否则，进入步骤三；

步骤三：判断励磁电流If是否满足If>2If_2倍载(If_2倍载为2倍载的励磁电流)，如 果满足，则认为此时励磁控制功率管不受控，故障隔离到控制器，向上位机报送“控 制器故障”，并进入步骤五；否则，进入步骤四；

步骤四：判断当前故障时的线路电流ILCT_(当前)与无故障时的线路电流ILCT_(无故障)是否满足|ILCT_(当前)-ILCT_(无故障)|>ΔI，ΔI为设定的线路电流阈值，如果满足，则认 为是外部负载端突然异常引起的故障，故障隔离到外部负载，向上位机报送“外部负 载引起过压故障”；否则，认为此时调压电路工作异常，故障隔离到控制器，向上位机 报送“控制器故障”；同时进入步骤五；

步骤五：退出。

将上述过压故障处理与过压故障隔离相结合，则能够得到以下步骤：

步骤一：采集发电机三相电压值，得到POR三相电压最大值POR_MAX；

步骤二：判断POR最高相电压值POR_MAX是否超过过压门限值U，如果是，设置 过压故障标志，并执行步骤三；否则执行步骤四；

步骤三：判断发电机电流IGCT、线路电流ILCT、永磁机整流电压u_TRU28V及u_LiCi是 否满足0≤IGCT_(A,B,C)≤IGCT_2倍载、0≤ILCT_(A,B,C)≤ILCT_2倍载、u_TRU28V<ΔU₁,u_LiCi＜ΔU₂，如果其中有一 个条件满足，则认为此时发生过压故障，执行步骤五；如果均不满足，则认为此时为控制器采样引起的过压故障虚警，向上位机报送“控制器故障”，并进入步骤八；其中IGCT_2倍载为2倍载的发电机电流，ILCT_2倍载为2倍载的线路电流，ΔU₁和ΔU₂为设定的阈值 电压；

步骤四：判断运行的上周期是否发生过压故障，如果发生，则复位过压故障标志，并执行步骤八；如果没发生，则复位过压故障保护标志、过压固定延时Udelay1和过 压反延时Udelay2，同时进入步骤八；

步骤五：判断励磁电流If是否满足If<1/2If₀(If₀为空载励磁电流)，如果是， 则认为此时励磁负线发生对地短路，故障隔离到励磁负线，向上位机报送“励磁负线 短路引起过压故障”，如果否，则进一步判断励磁电流If是否满足If>2If_2倍载(If_2倍载 为2倍载的励磁电流)，如果满足，则认为此时励磁控制功率管不受控，故障隔离到控 制器，向上位机报送“控制器故障”，如果否，则进一步判断当前故障时的线路电流 ILCT_(当前)与无故障时的线路电流ILCT_(无故障)是否满足|ILCT_(当前)-ILCT_(无故障)|>ΔI，ΔI 为设定的线路电流阈值，如果满足，则认为是外部负载端突然异常引起的故障，故障 隔离到外部负载，向上位机报送“外部负载引起过压故障”，否则，认为此时调压电路 工作异常，故障隔离到控制器，向上位机报送“控制器故障”；

此外，本步骤中还判断是否达到过压反延时Udelay2，如果是，设置过压故障保 护标志，并执行步骤七；否则累加过压差和积分门限，执行步骤六；

步骤六：判断是否达到过压固定延时Udelay1，如果是，则设置过压故障保护标志，执行步骤七；否则，递增延时，同时进入步骤八；

步骤七：输出主接触器断开指令，控制发电系统退网，并进入步骤八；

步骤八：退出。

可以看出，本发明作为一种航空发电系统过压故障诊断和隔离方法，具有抗干扰能力强、故障诊断策略智能化等特点，有效提高飞机供电系统任务可靠性、安全性与 鲁棒性。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和 宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。