IM UPS在空中管制系统中的应用

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IM UPS在空中管制系统中的应用

摘要：随着我国空中交通体系的完善发展，对空中管制系统运行稳定性提出了更高要求，需要采用UPS并联冗余方案，以便保证各站点内通信设备与测量设备的供电稳定性。本文主要围绕单机UPS可靠性与一般UPS并联后效果、IM UPS可靠性分析等方面展开讨论，研究表明，单机UPS以及一般UPS并联方案在空中管制系统中的运用，还存在电能供应不稳定的问题。为了解决这一问题，需要合理应用IM UPS，以便确保系统运行可靠性。
关键词：空中管制系统；IM UPS；并联冗余

前言：飞机作为交通工具的一种，需要在既定航线上稳定运行，并能准确降落到指定机场。上述行为的规范开展主要依靠航线上通信站及雷达站的信息交换、接受命令等功能，因此，要求站点上各类设备有较高运行可靠性，这就需要做到供电设备良好运作，能保证电能不间断供应。对于单机UPS与一般UPS并联等供电方案来讲，无法满足电能稳定供应的要求，针对这一问题，应注重并联冗余方案在构建空中管制系统时的应用。

一、单机UPS可靠性与一般UPS并联后效果

    空中管制系统构建时需要利用UPS技术，该技术在长时间发展下已经相当成熟，电压稳定性、噪声电平、频率稳定性等技术指标相差不多，但在供电就可靠性上有着一定差距。部分UPS制造厂商给出了较长无故障时间，而在实际使用中，还存在UPS连续故障的问题^[1]。因此，判定UPS的运行可靠性，重点在于加大对其电路结构的研究。如其中频繁出现故障的逆变器，可从这一组件出发，定量分析UPS的应用可靠性。以某一逆变器电路为例，在各个臂上都并联两只逆变器件，现将判断并联的UPS是否是冗余的。通常来讲，冗余是通过并联实现的，因此，需要观察它们在电路中是串联关系或是并联关系。对于大多数UPS逆变器件来讲，由于一只损坏后，另一只会由于过载而旁路，因此它们在电路结构图上为串联关系。在对其可靠性进行分析时，会发现可靠性无法满足管制系统对供电电源可靠性的要求，因此，需要通过增加UPS的并联台数，来增强供电可靠性。

二、IM UPS可靠性分析

对于空中管制系统来讲，需要从其对供电电源稳定性的要求出发，制造出完全冗余的UPS，保证在某台UPS出现运行故障后，其余设备能正常作用。在电路结构图上为并联关系的UPS，它们的逆变器结构图相同。为了降低比较难度，设置与单机UPS作业时相同的初始条件，假定逆变器平均不发生故障时间为20万小时，功率是100KVA，冗余的UPS的各个桥臂上分别并联4只逆变器件，并使用两个相同逆变器电路进行并联处理。换言之，将一个逆变器一侧桥臂上同时有两只逆变器出现故障，这一桥臂还能正常作业，保证逆变器正常供电，以免逆变器损坏为管制系统稳定运行带来不利影响。

在进行IM UPS应用在空中管制系统中的稳定性分析时，首先考虑4只逆变器中可在两只同时故障的情况下，仍能保持正常运行时的桥臂可靠性。利用表达式P=1-(1-P₁₂)(1-P₁)²，将相关参数带入上式中，能得到一个桥臂的运行稳定性达到0.99984，在将其与一般UPS并联后的可靠性相比较，可发现IM PUS稳定性有显著提高，相对来讲下降了两个数量级，能为管制系统的运行提供充足的电能支撑。另外，还需要分析IM采用双逆变器冗余技术方案时的可靠性，将其可靠性用P₂表示，计算求得双逆变器冗余时的供电电源可靠性为0.99999999，其不可靠性较小，是确保管制系统在飞机航行过程起到指挥作用的关键，只有在提高供电电源稳定性的条件下，才能确保测量设备和通信设备等正常发挥其功能，进一步提高飞机航行安全性^[2]。在将两台UPS进行并联后，可通过以下式子来计算桥臂总可靠性：P₂=1-（1-P₂)，将有关参数带入式子中，可发现桥臂总可靠性较高，相对于单机UPS或一般UPS并联等方案来讲，可靠性明显强化。

上述UPS供电电源设计方案，主要是考虑到单机UPS与UPS并联无法满足管制系统运行可靠性得到的，从可靠性数值比较可知，IM UPS在管制系统中的应用体现出较高适用性，能在并联冗余技术作用下，避免一台UPS故障而影响管制系统性能的正常发挥。为了简化比较过程，还需要将单机UPS以及两台UPS并联后的平均不发生故障时间计算出来。对于单机UPS来讲，其对应的桥臂无故障时间与电路系统运行可靠性有关，实践结果表明，利用一般UPS设备作为供电电源，则双机并联后无故障时间相对于单机UPS而言有所增加，但是还存在供电不稳定的问题。而对于IM UPS项目来说，双机并联方案比单机方案的无故障时间明显增加，并且与上述情况下的双机 并联相比较，可发现要多于一般UPS项目4个数量级。针对上述比较可知，IM UPS供电电源运行可靠性较高，能很好的满足空中管制系统运行需求。但是需要注意的是，供电电源作业过程中还将受到其他因素影响，实际系统的总可靠性略低。

除了计算比较单机UPS与IM UPS可靠性外，还可直观判断两种设计方案下的管制系统可靠性大小。对于一般UPS来说，在同一个桥臂上不能有逆变器故障发生，最多允许其中一个发生故障，这就降低了管制系统运行稳定性。而对于IM UPS来讲，在同一桥臂上允许6只逆变器同时出现故障，相对而言比单机UPS供电稳定性更高。另外，采取双机并联方案后，UPS在一个桥臂上的两个逆变器能在同时发生故障下正常供电，但是IM UPS除了其中一个臂上的四只逆变器允许同时出现故障外，其余12只逆变器能同时故障，不会影响管制系统正常运行。总的来讲，IM UPS在管制系统中的运用，能极大程度增强供电电源运行稳定性，为管制系统功能发挥提供保障。

结论：综上所述，对于空中管制系统来讲，是保障飞机通行按期安全性的关键，飞机航行过程中会受到雷雨天气因素的影响，需要借助管制系统来及时躲避雷雨天气，并且能在管制系统作用下，确保飞机在指定航线上运行。因此，本文主要针对IM UPS在管制系统中的运用进行分析，旨在满足管制系统运行过程中的供电电源需求。将IM UPS运用到管制系统中，可一定程度提高供电稳定性，进而为空中交通安全性提供保障。

参考文献：

[1]周星亮. 单相在线式UPS并联技术研究[D].哈尔滨工业大学,2014.

[2]陈息坤. 高频模块化UPS及其并联控制技术研究[D].华中科技大学,2015.