1前言
随着通信产品应用范围的扩大，在国际上某些电网质量较差的地区，通信站点有时会出现直流（DC）侧设备损坏的严重事故。究其原因，主要是站点交流配电网过电压通过配电网的防雷和接地系统转移到直流电源侧，直流电源上出现了交流暂态过电压（TOV），从而影响到直流侧设备。在工程上进行直流电源TOV的防护，一方面需要研究直流电源TOV的机理和模型，另外也要研究直流电源TOV的试验方法，通过试验再现或模拟真实工程场景，通过试验和理论研究直流电源TOV的机理和模型，通过试验支撑直流电源TOV的工程防护设计和验证。
2研究意义
2.1对提高机载用电设备可靠性的意义
机载用电设备的安全可靠运行离不开高品质的电源系统，必须进行供电适应测试，只有飞机供电系统与用电设备协同作用，保持良好的运行状态，才能确保机载用电设备的安全可靠运行。许多事故案例表明，没有按照相关标准的要求开展飞机供电适应性测试，或飞机供电系统与机载用电设备不能兼容，会埋下严重的安全隐患。因此，开展飞机供电适应性测试相关研究，对航空装备的安全可靠运行具有十分重要的意义。
2.2对提升测试效率和准确性的意义
供电适应性测试的一项重要内容是测试人员控制电源输出浪涌、尖峰等需要的波形。目前，该测试中测试电源的输出主要依靠手动调节，但该过程烦琐，且效率低下，常因测试人员不熟悉标准和硬件，导致电源输出达不到标准要求，影响测试的准确性。若能实现对测试电源的自动控制，仅按动按钮便可控制电源输出预想的波形，同时能检测并显示电源输出参数，将会大大提高供电适应性测试的准确性和效率。因此，测试电源的程控研究对提升测试效率和准确性具有重要意义。
3高压直流供电系统
3.1高压直流供电系统的优势
目前国产直升机上所使用的最新供电体制为115V交流供电体制，主电源为115V交流电。270V高压直流电是通过对交流115V整流得到的，在并联供电及不间断供电设计上存在很大优势。经评估，270V供电体制与115V供电体制相比，特点主要有：（1）重量轻、体积小。传输同样功率，高压直流输、配电系统重量轻、体积小、损耗小。（2）适应性好。随着航空技术水平的不断发展，用电设备逐渐从线性特性转化为非线性特性，如大量使用的电力电子变换器、调速电动机具有非线性特性，照明设备也从具有线性特性的白炽灯转变为具有非线性特性的LED灯。非线性负载将增大高次谐波，改变交流电压、电流的波形，加大电磁干扰，非线性负载的增加对交流电源的负面影响会更严重，而高压直流更易满足非线性负载的供电需求。（3）软起动能力好。270V直流电机，具有良好的软起动能力以及与负载匹配特性，转速稳定性好，不受频率变化影响，也没有功率因数对电网的不利影响。（4）安全性好。270V直流系统对人身安全优于115V、400Hz交流系统。（5）二次电源变换装置整体性能好。DC/DC变换器与AC/DC变换器相比，具有的优势有前者效率高，超过92%，后者大约在85%左右；前者的输出电压不因电源电压和负载大小而变；前者的重量更轻。（6）直流固态功率控制器比交流固态功率控制器结构简单，体积小，损耗小，工作可靠。（7）交流系统可用异步电动机来驱动泵和风扇，简单、方便；高压直流电动机需要增加控制器，具有良好的软起动能力及与泵负载匹配特性，不受频率变化影响，转速稳定性好。270V高压直流电源系统为以后直升机大功率用电设备奠定了基础，大大提高了电源系统的转换效率，减轻了直升机的设计重量，成为未来直升机发展的趋势。
3.2高压直流供电系统构型
供电系统发电通道一般根据主发电机的数量进行分类，具体分为单发电通道、双发电通道、三发电通道、四发电通道等类型。由于需考虑大容量供电，如果采用单发电通道，将大大降低系统完成任务的能力；而采用三、四发电通道，系统复杂，动力装置又无现成接口可以利用，因此，将采用双发电通道，这是目前使用的最多的一种供电系统，在战斗机、运输机、直升机上得到广泛运用。供电系统的运行方式可分为转换供电、并联供电、分组并联供电。并联供电系统需要自动负载均衡电路；在系统发生故障时，需考虑的保护比较复杂，既要考虑并联运行引发的故障保护，又要考虑发电机退出电网后单机运行的故障保护；另外，还要考虑系统发生短路故障时，短路电流高于转换供电系统，对接触器的分断能力要求更高。因此，综合上述因素考虑，拟采用转换供电方式。主电源系统由两个独立的分系统组成，每个分系统在正常工作状态下独立工作，分别给各自的汇流条供电，当某一个系统故障时，正常工作的系统自动切换，给全机负载提供所需电力。APU辅助电源系统提供机上备份电源。在地面，无地面电源时提供机上设备地面维护、校准、装载和准备等阶段所需的电源；当主电源系统失效时，提供全机重要用电负载所需电源，此时，直升机尽快返航着陆。二次电源系统由两个独立的子系统组成，每个子系统在正常工作状态下独立工作，分别给各自的汇流条供电，当某一个系统故障时，正常工作的系统自动切换，给全机负载提供所需电力。蓄电池组电源系统提供机上应急直流电源。在野外无地面电源的条件下，提供辅助动力装置起动电源。在主直流电源两个子系统都失效的情况下，向飞行安全所必需的用电设备提供应急供电电源。
4高压直流主电源发电机仿真模型
4.1三级式无刷同步电机
目前高压直流主电源发电机有几种方案可供选择，例如三级无刷同步电机、双凸极发电机、笼型异步发电机、开关磁阻发电机等。开关磁阻发电机和双凸极发电机都是磁阻类电机，结构简单，适合高速运行。但开关磁阻电机发电运行时需要全功率变换器和位置传感器，发电控制难度大，系统效率较低；双凸极发电机与三相全桥整流器组合即可构成高压直流发电机，通过调节励磁电流稳定输出电压，发电控制简单，但功率密度相对较低。三级式无刷同步电机具有发电技术成熟的优点，广泛应用于机载电源系统中。三级无刷同步直流发电机由三级无刷同步发电机、输出三相整流桥和输出滤波电路等组成。三级无刷同步直流发电机的等效电路示意图，该发电机是由主发电机、交流励磁机、旋转整流器、永磁副励磁机（永磁发电机）组成。主发电机为凸极旋转磁极式同步电机，转子上有励磁绕组与阻尼绕组，定子装电枢绕组，转子绕组与定子绕组之间通过磁场耦合进行机电能量转换；交流励磁机为旋转电枢式同步电机，励磁绕组装在定子上，电枢绕组装在转子上，且无阻尼绕组；交流励磁机的电枢绕组通过旋转整流器和主发电机的励磁绕组相连，提供主发电机的励磁电流；永磁副励磁机为旋转磁极式永磁发电机，为控制电路和交流励磁机的励磁回路供电。输出整流桥、输出滤波电路实现将主发电机发出的交流电转化为高压直流电为直升机提供电源。
4.2数学模型
励磁机和主发电机都是凸级同步发电机，气隙磁场均为正弦分布，两者区别仅在于：励磁机磁极上没有阻尼绕组，但主电机磁极上装有直轴阻尼绕组和正交轴阻尼绕组。因此励磁机的数学模型与主发电机一致，简化主发电机数学模型中的交直轴阻尼绕组项，就可得到励磁机的数学模型。发电机由定子（电枢）和转子（磁极）两部分组成。定子上有电枢铁心和嵌在槽内的电枢绕组，转子上有磁极铁心和励磁绕组。当励磁绕组通上直流电后形成磁场。当原动机驱动转子旋转时，电枢绕组将切割磁场并感应出一定频率的交流电。
4.3仿真模型
包括永磁发电机（副励磁机）(subexciter)、旋转电枢式同步电机（励磁机）(mainexciter)、旋转磁极式同步电机（主发电机）(mainmotor)、旋转整流桥（Bridge）、主发输出整流桥（Bridge1、Bridge2）、输出滤波电路等主要组成部分。输入为电机转速n（r/min），输出m1、m2、m3分别为永磁发电机（副励磁机）、旋转电枢式同步电机（励磁机）、旋转磁极式同步电机（主发电机）的电压、电流等参量；FA、FB、FC为永磁机输出三相端口，F+、F-为励磁绕组端口，Uo、GND端口为主发三相输出整流后的直流输出端口。
结束语
综上所述，高压直流供电系统采用多个整流模块并联的方式供电，不存在相位、频率等问题，且对并联数量也没有限制，从而使维护和扩容变得极为方便。相比交流UPS，高压直流供电减少了逆变环节，不仅用电效率更高，系统可靠性也得到大幅提升。然而，尽管高压直流供电技术有诸多优点，但在实践过程中仍有部分IT设备不支持直流供电。鉴于目前供电适应性测试各版本标准存在测试项目不统一、测试方法表述不一致、测试内容分布较为零散等情况，本文对各标准进行梳理和对比、分析，使供电适应性标准对电源的需求更加直观、完善，不仅有利于供电适应性测试的科学高效开展，而且也是测试电源程控设计的前提条件。此外，相比于互联网数据中心，多电飞机对技术成熟度和可靠性的要求更高，且存在大量不兼容直流供电的老旧设备，因此要实现高压直流供电技术的大规模应用以及对传统UPS的全面替代，依旧任重而道远。
参考文献：
[1]赵桂娟,耿东勇.暂态过电压在线检测技术研究及实测数据分析[J].电气自动化,2015(3):115-117.
[2]徐加征,陈泓材.中压故障导致直流暂态过电压的机理和防护[J].安全与电磁兼容,2021(1):55-58.
