[發明專利]長航時太陽能無人機能源系統的峰值功率點跟蹤方法

在審

• 申請號: 201811357387.0
• 申請日: 2018-11-15
• 公開（公告）號: CN109491444A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 王霄;董寶磊;劉濤;張旭;周羅增;張冬冬
• 申請（專利權）人: 上海空間電源研究所
• 主分類號: G05F1/67
• 分類號: G05F1/67
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 余岢

本發明提供長航時太陽能無人機能源系統的峰值功率點跟蹤方法，其中，峰值功率點跟蹤初始化單元根據實際太陽陣電壓參數范圍設置太陽陣電壓信號，對應于整個范圍的中間值；峰值功率點跟蹤過程單元設定當實時太陽陣輸出功率變化率連續兩次變化小于1％時，認為跟蹤到峰值功率點；跳出峰值功率點單元在跟蹤到峰值功率點之后，保持當前參考太陽陣電壓不變，且實時太陽陣輸出功率變化率連續兩次大于3％時，跳出當前峰值功率點并重新跟蹤。針對長航時太陽能無人機復雜的飛行工況，不僅具有跟蹤速度快、跟蹤精度高、抗干擾能力強等特點，而且符合長航時太陽能無人機對于能源系統的高可靠需求，為臨近空間飛行器能源傳輸技術提供參考與幫助。

技術領域

本發明涉及太陽能無人機能源系統的能源傳輸技術領域，尤其涉及長航時太陽能無人機能源系統的峰值功率點跟蹤方法。

背景技術

在我國空間電源系統中，能源傳輸通常采用直接能量傳遞(DET)方式，將太陽電池陣輸出功率超過負載需要的多余能量以分流形式消耗在分流電路和太陽電池陣中。因工作條件苛刻，長航時太陽能無人機在飛行過程中太陽能的光強及光照角度會隨著飛行姿態和航行軌跡出現不同的變化，使得太陽能電池的輸出功率受環境溫度、輻照等因素影響，其峰值功率點經常發生漂移。若采用DET方式，由于太陽電池陣輸出電壓被后端母線電壓所鉗位，則不能最大限度地利用太陽電池發電能量，將造成能源的極大浪費。

與DET方式不同，峰值功率點跟蹤(MPPT)方式通過調節太陽電池陣的工作點，在載荷需要的情況下，自動跟蹤太陽電池陣的峰值功率點，可以最大程度地利用太陽能電池陣輸出功率，有利于提升無人機整個能源系統的工作性能，滿足飛行工況需求。

傳統峰值功率點跟蹤方式主要包括恒定電壓法、擾動觀察法以及增量電導法，若將其應用于長航時太陽能無人機能源系統，則各自存在著缺陷。其中，恒定電壓法在當環境條件發生大幅度改變時，能源系統不能自動跟蹤到太陽電池陣的另一個峰值功率點，將造成顯著的能量損失；擾動觀察法在跟蹤到太陽電池陣峰值功率點附近之后，會在其附近振蕩，不僅造成了一定的能量損耗，而且降低了系統的可靠性；增量電導法對傳感器的測量精度要求過高，且在光強較弱，即太陽陣電流較小的情況下，峰值功率點跟蹤的效果將下降。

所以，針對長航時太陽能無人機復雜的飛行工況，需要采取有效的適用于長航時太陽能無人機能源系統的峰值功率點跟蹤方法，以解決上述傳統方式的固有缺陷。

發明內容

本發明的目的在于提供一種長航時太陽能無人機能源系統的峰值功率點跟蹤方法，以解決長航時太陽能無人機能源系統跟蹤速度慢、跟蹤精度低、抗干擾能力差的問題。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是：提供一種長航時太陽能無人機能源系統的峰值功率點跟蹤方法，包括：

設置初始太陽陣電壓參考信號U_{ref_0}；

采集初始太陽陣的電壓信號U_{SA_0}和電流信號I_{SA_0}，并計算此時太陽電池陣輸出功率P_{SA_0}；

給初始太陽陣電壓參考信號增加一個步長ΔU，此時太陽陣電壓參考信號為U_{ref_0}+ΔU，并進行延時；

延時后，再次采集初始太陽陣的電壓信號U_{SA_1}與電流信號I_{SA_1}，并計算出此時太陽電池陣輸出功率P_{SA_1}；

比較P_{SA_0}與P_{SA_1}數值大小，若P_{SA_1}大于P_{SA_0}，則將P_{SA_1}設為初始功率點，設置太陽陣電壓信號為U_{ref_0}+2ΔU，并開始跟蹤峰值功率點，否則將P_{SA_0}設為初始功率點，設置太陽陣電壓信號為U_{ref_0}-ΔU；