飛機(jī)電網(wǎng)動態(tài)規(guī)劃管理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開一種飛機(jī)電網(wǎng)動態(tài)規(guī)劃管理方法，屬于多電飛機(jī)電網(wǎng)管理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著多電飛機(jī)的發(fā)展，飛機(jī)電源系統(tǒng)的復(fù)雜化、機(jī)載電驅(qū)動負(fù)載數(shù)量的增多、用電 功率需求的增大，對多電飛機(jī)電氣系統(tǒng)的電網(wǎng)管理要求逐漸增高。故需提出更優(yōu)化的電網(wǎng) 管理策略，用以實現(xiàn)對供配電路徑的選擇、配電網(wǎng)各接觸器的控制，和故障狀況下配電網(wǎng)的 容錯重構(gòu)，保證關(guān)鍵負(fù)載的不中斷供電。電網(wǎng)管理是提高配電系統(tǒng)可靠性的重要手段，是保 證機(jī)載設(shè)備穩(wěn)定持續(xù)供電的關(guān)鍵技術(shù)。
[0003] 傳統(tǒng)配電網(wǎng)管理方法是窮舉法，根據(jù)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和負(fù)載要求，排列出所有可能 出現(xiàn)的情況，構(gòu)建相應(yīng)的供電邏輯表。窮舉查表法具有直觀、易讀的優(yōu)點，但前期工作量巨 大，且供電邏輯表不具備不同機(jī)型的通用性。借鑒民用配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的算法研究成果，出現(xiàn) 了基于多代理和基于供電優(yōu)先級的電網(wǎng)管理方法。該方法實現(xiàn)了配電網(wǎng)的自動管理需求， 但僅以優(yōu)先級為約束條件，并沒有結(jié)合配電網(wǎng)可靠性、開關(guān)次數(shù)和功率平衡等因素。另外， 在民用電力系統(tǒng)和船舶配電系統(tǒng)領(lǐng)域，針對配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)管理的研究已經(jīng)比較深入，將配 電網(wǎng)的管理看作是多約束、非線性的多目標(biāo)規(guī)劃問題，根據(jù)管理目標(biāo)確定性能指標(biāo)、目標(biāo)函 數(shù)和約束條件，進(jìn)行電網(wǎng)管理方案的搜索。民用電網(wǎng)管理方法已研究了多種人工智能方法， 如隨機(jī)組合類的遺傳啟發(fā)方式類的最優(yōu)流模式法，以及最優(yōu)化方法類的圖論方法等。
[0004] 現(xiàn)有的飛機(jī)電網(wǎng)管理策略有很多，有很多新的方法還在研究中，但都僅針對單一 機(jī)型，電網(wǎng)管理策略與具體的飛機(jī)供電系統(tǒng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，不同的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)有不同的 控制邏輯，因此不具備不同機(jī)型的通用性；另一個方面僅用一種方法實現(xiàn)電網(wǎng)管理只考慮 單個約束條件，并沒有結(jié)合配電網(wǎng)可靠性、開關(guān)次數(shù)和功率平衡等因素，不能實現(xiàn)最優(yōu)的電 網(wǎng)管理方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述現(xiàn)有飛機(jī)電網(wǎng)管理策略存在的不足，本發(fā)明提出了一種飛機(jī)電網(wǎng)動態(tài) 規(guī)劃管理方法，針對傳統(tǒng)多電飛機(jī)機(jī)電電網(wǎng)管理工作量大和不具備不同機(jī)型通用性的問 題，使用動態(tài)規(guī)劃電網(wǎng)管理策略獲得電網(wǎng)最佳供電結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)電網(wǎng)的冗余供電和容錯重構(gòu)。 而且管理方法簡單、通用性好，該方法能夠有效地代替窮舉法，實現(xiàn)飛機(jī)配電網(wǎng)自動管理， 保證電網(wǎng)可靠配電，為多電飛機(jī)多通道復(fù)雜電網(wǎng)管理提供新的方法。
[0006] 本發(fā)明為實現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案：
[0007] -種飛機(jī)電網(wǎng)動態(tài)規(guī)劃管理方法，其特征是：輸入電網(wǎng)結(jié)構(gòu)描述、約束條件描述， 以及電源系統(tǒng)供電能力、供電系統(tǒng)的工作狀態(tài)、飛機(jī)的飛行階段等信息，將發(fā)電機(jī)到負(fù)載端 的線路圖簡化為等效網(wǎng)絡(luò)圖，并用鄰接矩陣進(jìn)行描述，將配電網(wǎng)管理近似成一個多級最優(yōu) 決策問題，以電網(wǎng)某一特定性能指標(biāo)為電網(wǎng)管理目標(biāo)，在飛機(jī)電網(wǎng)管理固有約束條件下，按 不同飛行狀態(tài)和飛行階段通過逐級決策選取從發(fā)電機(jī)到負(fù)載端的最優(yōu)供電路徑，獲得最優(yōu) 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)方案，輸出飛機(jī)電網(wǎng)控制信號，通過電網(wǎng)的重構(gòu)控制，實現(xiàn)電網(wǎng)的冗余、容錯供電。
[0008] 本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果：
[0009] 1)與其他智能電網(wǎng)管理方法相比，動態(tài)規(guī)劃方法不僅滿足了智能電網(wǎng)管理算法的 基本要求，同時具備原理簡單、易推廣的優(yōu)點。相比其他算法的固定目標(biāo)函數(shù)，動態(tài)規(guī)劃方 法的性能指標(biāo)可以根據(jù)不同的最優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行更改，比如可以根據(jù)可靠性最優(yōu)而選擇失效 率作為性能指標(biāo)，可以根據(jù)效率最優(yōu)而選擇損耗作為性能指標(biāo)。
[0010] 2)本發(fā)明提出動態(tài)規(guī)劃管理算法實現(xiàn)對配電網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)，該方法能夠減輕窮舉法 構(gòu)建供電邏輯的工作量，可根據(jù)不同目標(biāo)及性能指標(biāo)實現(xiàn)配電網(wǎng)的最優(yōu)化管理，該方法建 立的模型具有與電網(wǎng)之間的規(guī)范化的接口，適用于不同機(jī)型飛機(jī)電網(wǎng)的管理，可推廣適用 于各型飛機(jī)配電系統(tǒng)等小型配電網(wǎng)絡(luò)的管理與控制。
【附圖說明】
[0011] 圖1飛機(jī)電網(wǎng)動態(tài)規(guī)劃管理方法結(jié)構(gòu)圖；
[0012] 圖2某型民用飛機(jī)變頻交流電源系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖；
[0013] 圖3(a)飛機(jī)供電系統(tǒng)交流部分網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖；
[0014] 圖3(b)為圖3(a)的等效網(wǎng)絡(luò)圖；
[0015] 圖4(a)飛機(jī)供電系統(tǒng)直流部分網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖；
[0016] 圖4(b)為圖3(a)的等效網(wǎng)絡(luò)圖；
[0017] 圖5動態(tài)規(guī)劃配電網(wǎng)管理算法流程圖；
[0018] 圖6(a)飛機(jī)雙通道配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
[0019] 圖6(b)飛機(jī)雙通道配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖等效網(wǎng)絡(luò)圖
[0020] 圖7雙發(fā)正常配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖
[0021] 圖8(a)單發(fā)故障網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖
[0022] 圖8(b)雙發(fā)故障交流網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖
[0023] 圖9 (a)接觸器RGB故障電網(wǎng)重構(gòu)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖
[0024] 圖9 (b)接觸器RGB、BTB3故障電網(wǎng)重構(gòu)結(jié)構(gòu)圖
[0025] 圖10(a)RGB、BTB3、TRU3故障網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)直流電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖
[0026] 圖10(b)RGB、BTB3、TRU3、BTB10故障網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)直流電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖
【具體實施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖對發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明：
[0028] 飛機(jī)電網(wǎng)動態(tài)規(guī)劃管理方法如圖1所示。輸入為電網(wǎng)結(jié)構(gòu)描述、約束條件描述，以 及電源系統(tǒng)供電能力、供電系統(tǒng)的工作狀態(tài)、飛機(jī)的飛行階段等信息，將發(fā)電機(jī)到負(fù)載端的 線路圖簡化為等效網(wǎng)絡(luò)圖，并用鄰接矩陣進(jìn)行描述，將配電網(wǎng)管理近似成一個多級最優(yōu)決 策問題，以電網(wǎng)某一特定性能指標(biāo)為電網(wǎng)管理目標(biāo)，在飛機(jī)電網(wǎng)管理固有約束條件下，按不 同飛行狀態(tài)和飛行階段通過逐級決策選取從發(fā)電機(jī)到負(fù)載端的最優(yōu)供電路徑，獲得最優(yōu)電 網(wǎng)結(jié)構(gòu)方案，輸出飛機(jī)電網(wǎng)控制信號，通過電網(wǎng)的重構(gòu)控制，實現(xiàn)電網(wǎng)的冗余、容錯供電。
[0029] 根據(jù)如圖2所示飛機(jī)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以最高可靠性為電能管理目標(biāo)，配電網(wǎng)管理方法 實現(xiàn)步驟如下：
[0030] (1)讀取電網(wǎng)結(jié)構(gòu)描述信息，簡化飛機(jī)電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，構(gòu)建等效結(jié)構(gòu)圖的鄰接矩 陣。根據(jù)圖3(a)和圖4(a)所示某型供電系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)交流部分和直流部分，得到圖3(b) 和圖4(b)所示等效網(wǎng)絡(luò)圖。等效規(guī)則為：TRU(變壓整流器）和匯流條等電能交匯的地方 抽象為等效網(wǎng)絡(luò)圖節(jié)點，交流部分按A1~A5依次編號，直流部分以D1~D5編號；饋電線、 接觸器等電氣設(shè)備抽象為網(wǎng)絡(luò)圖邊，邊的權(quán)值為接觸器等元件失效率λ;邊的方向為電能 傳遞的方向；省略負(fù)載支路和地面匯流條支路。
[0031] 可靠性是衡量飛機(jī)供電系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)，可通過可靠度和平均故障間隔時間 (MTBF)等指標(biāo)來衡量?？煽慷仁侵革w機(jī)供電系統(tǒng)和部件在規(guī)定時間內(nèi)規(guī)定條件下完成規(guī)定 功能的概率。瞬時失效率λ是指在t時刻尚未失效的系統(tǒng)或部件，在t時刻后單位時間內(nèi) 失效的概率，簡稱失效率。失效率是國防和航空業(yè)應(yīng)用最廣泛的合同可靠性參數(shù)之一，可通 過失效率來衡量各個系統(tǒng)的可靠性。
[0032]將飛機(jī)交流配電部分的等效網(wǎng)絡(luò)圖3(b)和直流配電部分等效網(wǎng)絡(luò)圖4(b)，分別 根據(jù)式1表示為鄰接矩陣的形式。
[0033]
[0034] 其中，G為飛機(jī)電網(wǎng)等效網(wǎng)絡(luò)圖，i, j分別為節(jié)點序號，λ^為節(jié)點vi指向vj的支 路失效率，如果節(jié)點vi能直通節(jié)點Vj，則權(quán)值設(shè)為對應(yīng)的邊的失效率，否則設(shè)為0。根據(jù) 上式得到交流部分網(wǎng)絡(luò)鄰接矩陣Ml如表1所示，直流部分網(wǎng)絡(luò)鄰接矩陣M2如表2所示。
[0035] 表1某型飛機(jī)配電系統(tǒng)交流配電網(wǎng)絡(luò)鄰接矩陣表
[0036]

[0040]串聯(lián)系統(tǒng)指系統(tǒng)組成單元中的任一單元失效便會導(dǎo)致整個系統(tǒng)失效的系統(tǒng)。串聯(lián) 系統(tǒng)的可靠度為各組成單元可靠度的乘積。以RS(t)表示串聯(lián)系統(tǒng)可靠度，簡寫為RS，以 Ri表示第i個單元可靠度，則串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度和MTBF的表達(dá)式為：
[0043] 已知配電系統(tǒng)中某一配電路徑上的各個部件組成一串聯(lián)系統(tǒng)，該供電路徑的可靠 度是各個組成單元可靠度的乘積。由式（2)和（3)可知，當(dāng)各個部件失效率的和最小時，該 供電路徑的可靠度和MTBF最高，即可靠性最高。
[0044] 參考國軍標(biāo)以及可靠性相關(guān)文獻(xiàn)對飛機(jī)配電系統(tǒng)中各個部件失效率的計算數(shù)據(jù)， 得到各基本部件失效率如表3所示。在本文中，所有接觸器、變壓整流器等元件失效率均按 該表取值。
[0045] 表3配電網(wǎng)基本部件失效率

[0049] 2)代入動態(tài)規(guī)劃配電網(wǎng)管理算法。
[0050] 動態(tài)規(guī)劃配電網(wǎng)管理算法流程圖如圖5所示，實現(xiàn)該算法的主要步驟如下：
[0051] i.用鄰接矩陣表記錄源點到任何其它節(jié)點的最小權(quán)值，初始化時，若源點能直通 某節(jié)點，則權(quán)值設(shè)為對應(yīng)的邊的權(quán)，否則設(shè)為0。
[0052] ii.從終點開始逆推，沿當(dāng)前累積權(quán)值最小的節(jié)點可達(dá)的邊逐級遍歷節(jié)點，用后一 級節(jié)點中累積權(quán)值最小的節(jié)點更新當(dāng)前節(jié)點及相應(yīng)的到達(dá)路徑和累積權(quán)值。
[0053] iii.重復(fù)上一步，直至所有的可達(dá)節(jié)點都被遍歷一遍，得到累積最小權(quán)值的路徑。
[0054] iv.從鄰接矩陣表中獲取與累積最小權(quán)值的路徑相對應(yīng)的路徑，即為最優(yōu)供電路 徑結(jié)果。
[0055] 以圖6(a)所示簡單雙通道網(wǎng)絡(luò)為例，說明動態(tài)規(guī)劃飛機(jī)配電