[發明專利]基于負載切機策略的能源動態管理系統和方法

在審

• 申請號: 201611048681.4
• 申請日: 2016-11-22
• 公開（公告）號: CN108092293A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 丁銳;任筱強;梁曉鋒;蔣冀;程天然;趙佳;王宏佳;王鵬鵬
• 申請（專利權）人: 北京空間技術研制試驗中心
• 主分類號: H02J3/32
• 分類號: H02J3/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種基于負載切機策略的負載用電動態管理系統和方法，用于基于能量平衡來實現飛行器的負載用電的動態管理控制。該系統包括：一次電源發電能力預測模塊，預測飛行器的能量供應情況并發送給能量平衡計算模塊；負載需求預測模塊，預測飛行器在下一軌道周期的用電情況并發送給能量平衡計算模塊；能量平衡計算模塊，根據能量供應情況和用電情況來判斷飛行器的能量平衡狀態；動態管理模塊，基于能量平衡狀態來確定待切斷或增開的負載功耗，從而獲得能量平衡下的用電最大化。因此，本發明使電氣負載消耗的功率與電源系統的供電功率相匹配，保證當前狀態下滿足能量平衡前提下的能量利用效率最高，從而提高多任務模式的航天器的能源利用效率。

技術領域

本發明屬于航天電氣領域，具體地，涉及一種基于負載切機策略的負載用電動態管理系統和方法，以利用能量平衡條件實現負載用電效率的最大化。

背景技術

隨著航天器在軌駐留時間的逐步加長，能源供應富余或不足的情況可能在其飛行的各個階段出現，在特殊任務飛行階段經常面臨用電緊張的局面，而在發電條件較好的非任務階段面臨“發電過多”的情形。為了保證能源系統發電與用電的統一，提高能量利用效率，需要根據發電情況不斷調整負載用電來滿足各個階段的能量供需平衡以及能量的最大化利用。

航天器負載用電動態管理是以能量平衡準則為基礎的，這里的能源系統以太陽電池陣–儲能電池系統為參考。能量平衡根據計算周期分為單圈能量平衡和多圈能量平衡，其中，單圈能量平衡以一個完整的軌道周期為基準判斷在周期結束時的儲能電池容量狀態，而多圈能量平衡則以相鄰的多個軌道周期、一年甚至整個在軌壽命為基準判斷在周期結束時的儲能電池容量狀態，屬于單圈能量平衡的時間擴展。根據不同需求可采用不同的計算準則。

當航天器能源發生發電或用電變更時，需要通過動態調整負載用電的方法，使電氣負載消耗的功率與電源系統的供電功率相匹配，盡量保證當前狀態下滿足能量平衡前提下的能量利用效率最高。為了提高用電效率，急需一種方案能夠基于能量平衡來進行飛行器負載用電管理控制。

發明內容

為了解決現有技術中存在的多任務模式的航天器能源利用效率問題，本發明提出了一種基于負載切機策略的負載用電動態管理方案，通過動態調整負載用電，使電氣負載消耗的功率與電源系統的供電功率相匹配，盡量保證當前狀態下滿足能量平衡前提下的能量利用效率最高。

本發明的一個方面提供了一種基于負載切機策略的負載用電動態管理系統，用于基于能量平衡來實現飛行器的負載用電的動態管理控制。該系統包括：一次電源發電能力預測模塊，用于基于所建立的發電系統模型作為一次電源系統來預測飛行器的能量供應情況并發送給能量平衡計算模塊；負載需求預測模塊，用于根據預置的飛行程序來預測飛行器在下一軌道周期的用電情況并發送給能量平衡計算模塊；能量平衡計算模塊，用于根據能量供應情況和用電情況來判斷飛行器的能量平衡狀態；以及動態管理模塊，用于基于能量平衡計算模塊確定的能量平衡狀態，根據能量平衡準則來確定待切斷或增開的負載功耗，從而獲得能量平衡下的用電最大化。

在一次電源發電能力預測模塊中包括：當前功耗計算單元，用于在飛行器的軌道、姿態、構型不變化的情況下，通過一次電源系統遙測參數，根據預定發電能力計算公式來計算作為當前飛行周期的一次電源發電能力的一次電源輸出功耗，預定發電能力計算公式為：其中，Is和Vc為外界輸入，V1和V2為一次電源系統遙測參數，以及Vbus為系統設計參數。