新型MPPT空间电源控制技术研究
发布时间：2020-08-27 08:56
【摘要】：随着空间探测活动的日渐频繁,航天技术也在迅速发展,电源系统作为航天器的关键分系统之一,其发电方式通常采用太阳电池阵发电。但是太阳电池的输出特性易于受外界环境的影响,同时具有很强的非线性,所以研究如何提升太阳电池阵的能量利用率,最大限度地利用太阳能,是航天技术中非常重要的问题之一。最大功率跟踪(MPPT)技术可以提高太阳电池阵能量传输效率,满足不同类型的航天器对功率不断增大和太阳能帆板面积不断减小的要求,是空间电源技术重要的发展方向之一。本文在国内外空间电源MPPT技术应用现状的基础上,提出一种新的MPPT控制电路,对传统的电压控制方法进行改进,采用硬件电路实现电压电流扰动算法,并对所研究的控制电路和算法进行仿真分析和实验验证。具体内容包括以下四个方面:基于DC/DC电路工作原理的分析,通过电路变换提出新型Buck-boost电路。分析新型Buck-boost电路的升压、DET和降压三种工作模式,并基于不同的工作模式,对电路中的电感和电容元件进行参数设计;利用状态空间平均法,建立新型Buck-boost电路Buck模式和Boost模式下的静态数学模型,及线性化小信号交流模型并进行仿真分析,深入研究新型拓扑的闭环稳定特性和动态特性。针对传统的电压控制和电流控制法动态响应速度慢,抗输入扰动能力差,而单周期控制方法存在稳态误差的问题,提出将单周期与PI混合控制方法应用在DC/DC变换器电路中,实现了带电压前馈控制的闭环设计,通过仿真技术对比研究电压控制方法、单周期控制方法和新型控制方法的控制性能。在MPPT算法研究中,分析和比较国内外研究和使用较多的MPPT算法,指出各种算法的优缺点,并针对空间电源控制器对MPPT算法电路要求较高的特点,提出一种不存在乘除法运算、易于实现的电压电流扰动MPPT算法,设计了电压电流扰动MPPT算法的模拟电路,并分析其工作原理,对设计的MPPT算法电路进行了仿真研究,验证算法对太阳能电池阵最大功率点的跟踪效果。通过对新型MPPT电源控制系统进行验证,结果表明,采用新型Buck-boost电路,并基于单周期和PI混合控制技术,及电压电流扰动算法,可提高太阳电池阵的能量传输效率,改善电源系统的控制性能,实现MPPT算法的模拟设计。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM914.4
【图文】：
而太阳电池产生的输出功率也受到限制，所以在电源高太阳电池阵的能量转换效率的重要性是不言而喻的[5]传输的方式，航天器电源系统的电路结构能够分为直接gy Transfer，DET）结构的电源系统和采用最大功wer Point Tracking，MPPT）结构的电源系统。在采用 D扑结构中，其原理图如图1-1所示[6]，太阳电池阵与负载直直接传送到负载端，而母线电压的维持是通过分流调节太阳电池阵的输出功率，将超过负载需求的功率直接分
星上负载较多，对功率要求也多，而在运行止观测和运行，所以减小了功率[8]。采用 DET 方式的小流限压作用，太阳电池阵的工作电压只能按照 EOL 进行池阵输出最大功率，而BOL太阳电池阵并不能工作在最大浪费了太阳电池阵的能量；MPPT 模式无论 BOL 还是 EO池阵的最大功率点，避免了能量的浪费，对于寿命初期化很大的低轨道小卫星来说，最大功率跟踪技术具有明显测任务由于工作环境特殊，对应用于深空探测器的电源] [10]。深空探测任务时间长，距离远，光照强度变化剧烈 1-4 所示：随着探测器与太阳距离的加大，太阳光强将减于火星到太阳的距离大约是地球到太阳距离的 1.5 倍，太的太阳光照强度仅是地球附近的 40%左右。当探测器与阳光强增强，如果不能较好的利用太阳电池阵的能量，失，而且将使太阳电池阵温度急剧升高，给航天器温控
图 1-5 BILSAT-1 卫星电源系统原理图DS Astrium公司在研制和发射小卫星领域也同样具有较大影和设计了电源控制器的配电单元，在配电单元中，所设计不同等级的电压，通过MPPT控制技术来调节太阳电池阵的制模块的主电路是Buck电路，输出母线电压波动小，功率传够实时跟踪太阳电池阵的最大功率点。目前，EADS Astriu控制电路已经成功使用在将近100颗小卫星上。ales Alenia Space宇航公司研制并成功发射的“全球星”卫星（星通信的众多的星座中的一颗低轨道小卫星。文献[14] [1需求，即“全球星”卫星在工作期间，功率需求较大，因设计为不调节的形式，不管在什么工况下，维持母线电压变化。文献[16则对其MPPT电路模块进行详尽的介绍：与E计的MPPT模块不同，电源控制器的主电路采用了Boost 变量传输结构，这种结构的MPPT控制电路仍然可以提高15低了电源控制器的设计成本。“全球星”卫星的电源控制
本文编号：2805893
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM914.4
【图文】：
而太阳电池产生的输出功率也受到限制，所以在电源高太阳电池阵的能量转换效率的重要性是不言而喻的[5]传输的方式，航天器电源系统的电路结构能够分为直接gy Transfer，DET）结构的电源系统和采用最大功wer Point Tracking，MPPT）结构的电源系统。在采用 D扑结构中，其原理图如图1-1所示[6]，太阳电池阵与负载直直接传送到负载端，而母线电压的维持是通过分流调节太阳电池阵的输出功率，将超过负载需求的功率直接分
星上负载较多，对功率要求也多，而在运行止观测和运行，所以减小了功率[8]。采用 DET 方式的小流限压作用，太阳电池阵的工作电压只能按照 EOL 进行池阵输出最大功率，而BOL太阳电池阵并不能工作在最大浪费了太阳电池阵的能量；MPPT 模式无论 BOL 还是 EO池阵的最大功率点，避免了能量的浪费，对于寿命初期化很大的低轨道小卫星来说，最大功率跟踪技术具有明显测任务由于工作环境特殊，对应用于深空探测器的电源] [10]。深空探测任务时间长，距离远，光照强度变化剧烈 1-4 所示：随着探测器与太阳距离的加大，太阳光强将减于火星到太阳的距离大约是地球到太阳距离的 1.5 倍，太的太阳光照强度仅是地球附近的 40%左右。当探测器与阳光强增强，如果不能较好的利用太阳电池阵的能量，失，而且将使太阳电池阵温度急剧升高，给航天器温控
图 1-5 BILSAT-1 卫星电源系统原理图DS Astrium公司在研制和发射小卫星领域也同样具有较大影和设计了电源控制器的配电单元，在配电单元中，所设计不同等级的电压，通过MPPT控制技术来调节太阳电池阵的制模块的主电路是Buck电路，输出母线电压波动小，功率传够实时跟踪太阳电池阵的最大功率点。目前，EADS Astriu控制电路已经成功使用在将近100颗小卫星上。ales Alenia Space宇航公司研制并成功发射的“全球星”卫星（星通信的众多的星座中的一颗低轨道小卫星。文献[14] [1需求，即“全球星”卫星在工作期间，功率需求较大，因设计为不调节的形式，不管在什么工况下，维持母线电压变化。文献[16则对其MPPT电路模块进行详尽的介绍：与E计的MPPT模块不同，电源控制器的主电路采用了Boost 变量传输结构，这种结构的MPPT控制电路仍然可以提高15低了电源控制器的设计成本。“全球星”卫星的电源控制
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 苏琦;陆益民;黄险峰;;电压反馈型BOOST变换器闭环控制系统的分岔及混沌[J];广西大学学报(自然科学版);2015年05期
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3 邱冬冬;杨永枫;金华松;;空间用太阳电池的种类和发展[J];电源技术;2013年11期
4 蔡衍;王莉娜;孙凯;;一种基于模拟电路MPPT技术的独立光伏电源系统[J];电工电能新技术;2013年03期
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10 杨自力;蔡丽娟;许文香;;单周期控制技术的负载调整性能分析与改进[J];电力自动化设备;2008年04期
本文编号：2805893
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