空间站供配电系统结构分析与电能管理策略研究

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随着航天技术的进步与发展,多舱段空间站是未来大型空间站的发展方向。每个舱段均有独立的电源系统为负载供电,既可独立运行,也可并网运行。这种结构的缺陷在于各舱段太阳能电池阵容易相互遮挡,造成输出功率下降。系统发生故障时难以及时有效隔离故障,导致空间站无法正常运行。此外随着空间环境日益复杂,太阳能电池阵输出功率容易受到外部环境干扰。如果单纯依靠地面测控人员实现管理会导致工作任务繁重,而且测控链路和地面基站容易受到破坏或发生故障。  针对这些新的发展趋势要求采用合适的并网供电结构实现舱段间的电能调配,不仅可以提高电能利用率,而且增加了供电余度。供配电系统的结构对于空间站的安全运行至关重要,对供配电系统网络进行结构分析,寻找设计中的薄弱环节,为结构优化提供参考。空间站供配电系统应具备故障重构和自主电能管理的能力,在发生故障时能够及时隔离故障,避免故障蔓延,通过电能管理在实际供电能力与负载供电需求间实现平衡,增强空间站的生存能力。根据多舱段空间站供配电系统特点研究电能管理策略,当供电能力下降时根据预先设定的负载优先级关闭优先级较低的负载,合理安排电能分配,为系统控制运行提供保障。  本文从上述两个方面入手开展了相关的研究工作。  首先,在调研国内外航天器供配电系统的基础上研究了多舱段空间站的并网供电方案,分析了舱段内部供配电系统的拓扑结构以及整个空间站供配电系统的控制方式。  其次,开展了供配电系统可靠性研究,从基本可靠性和任务可靠性入手,采用计算机辅助分析方法有效地评估了复杂网络的可靠性。  之后,本文开展了基于多舱段空间站的电能管理算法研究,分析了不同工作模式下的能量流向以及切换条件,以此为基础编写了电能管理算法并设计了模拟试验平台,将算法移植到模拟试验平台进行了算法的试验验证。试验结果证明了算法的有效性。
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