平流層氣象條件穩(wěn)定、輻射強度大具有廣闊的利用價值。隨著新能源技術、電力電子技術的不斷突破,為臨近空間太陽能飛行器的開發(fā)和利用提供了有利條件。這類跨晝夜長航時飛行器白天由機身表面的光伏陣列供電,夜間由儲能電池供電。由于太陽能無人機表面曲率很大、飛行姿態(tài)多變,眾多光伏組件所接收的太陽輻射及輸出功率存在很大差異,只能通過小規(guī)模成組提升發(fā)電效率;另外,為了充分利用機載儲能容量、提高能源系統(tǒng)比功率,需要研究并采用特殊的光、儲系統(tǒng)結構以實現(xiàn)持續(xù)可靠供電。在這樣的背景下,本文研究了以光儲模塊為基本單元,多個模塊串并聯(lián)成組的無人機能源系統(tǒng),并重點就其核心環(huán)節(jié)之一的能量優(yōu)化調(diào)度策略展開研究,以達到光伏發(fā)電功率最大化利用、儲能電池荷電狀態(tài)盡可能一致的目標。首先在分析能源系統(tǒng)拓撲結構、工作原理的基礎上建立了負荷模型、光伏發(fā)電模型、儲能電池模型,明確飛行高度、姿態(tài)等因素的影響,為系統(tǒng)能量優(yōu)化調(diào)度策略的研究奠定基礎。為充分利用光伏發(fā)電功率和儲能容量,研究了根據(jù)當前儲能狀況、次日飛行航跡確定每個光伏子陣、儲能子串日前出力計劃的方法。該方法以調(diào)度周期末電池子串能量均衡為目標,電池壽命損耗、光儲組串間充電能量作為約束... 

【文章來源】：北京交通大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：95 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

太陽能無人機能源系統(tǒng)示意圖

限制很難配置完善的電池管理系統(tǒng)，使得電池管理很難工程化實現(xiàn)［１１】。??為了解決上述問題，需要將光伏電池及儲能電池小規(guī)模成組并以適當?shù)姆绞??組合構成模塊如圖１－２所示，再由模塊組網(wǎng)構成系統(tǒng)，模塊化的拓撲結構可以降低??每個模塊的輸出功率、減少系統(tǒng)間能源傳輸?shù)膿p耗，提高能量轉換效率。??ｔ??￣￣Ｉ?￣?－４＋＊??？?何??內(nèi)?Ｚ?ＬＴ＂Ｊ??ｈｚ！?Ｚ???圖１－２光儲模塊結構示意圖??Ｆｉｇ．?１－２?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＰＶ－Ｂａｔｔｅｒｙ?ｍｏｄｕｌｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??借助模塊化的拓撲結構，能源系統(tǒng)需要合理地對各個模塊的光伏、電池組件進??行能量調(diào)配，實現(xiàn)光伏電池一儲能環(huán)節(jié)一負荷之間的能量高效流動及平衡控制，從??而使所有光伏電池吸收的能量、所有儲能電池的容量都得到最好的利用。隨著飛機??飛行領域的擴展，飛行工況更加復雜，光伏組件差異性加劇，對能量管理系統(tǒng)的要??求也更高，需要根據(jù)規(guī)劃好的飛行航跡預測發(fā)用電功率，基于預測功率實現(xiàn)飛行周??期內(nèi)各組成部分能量的全局優(yōu)化利用，同時需要實時監(jiān)測各模塊的能量狀態(tài)，根據(jù)??光伏、負載功率與預測功率的偏差對電能進行實時分配和管理。??１．２．２能源系統(tǒng)拓撲結構研究現(xiàn)狀??對于地面靜止的光儲能源動力系統(tǒng)，國內(nèi)外有較成熟的光伏發(fā)電、電池儲能、??功率變換方面的技術和裝置

響、電池容量利用率低、系統(tǒng)功率重量比低等問題，因此本文采用了一種光伏電池??與儲能電池小規(guī)模成組構成光儲模塊，利用光儲模塊串并聯(lián)組成光伏發(fā)電系統(tǒng)的??方案，拓撲結構如圖２－１所示。該方案從局部到整體可劃分為模塊、組串、系統(tǒng)三??個層次，以下逐層分析其結構和特點。??光伏ＤＣ／ＤＣ?輸出ＤＣ／ＤＣ??＾?ｊ????ＩＰＢＭｕ?中?｜?卜＿?十，ｆ／：ｕＵ?Ｌ＾＼?Ｈ??＿?未?Ｈ｜ｈ?ＩＰＢＭ２１?？?？?？?ＩＰＢＭｎｉ??丄廠ｐ２?＋?－?／ｂａｔ２ｌ?＾?＋??ｉｐｂｍ，２Ｖ?Ｔ－ｐ２Ｊｆ?７Ｗｂ５２ｊ?以?￥?卜ｐｂｍ２２?卜－｜?丨ｐｂｍｎ２?Ｉ?＋１?Ｉ????????Ｊ?Ｊ?—??圖２－１基于光儲模塊的電源系統(tǒng)結構示意圖??Ｆｉｇ．２－１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＰＶ?ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ?ｓｙｓｔｅｍ?ｂａｓｅｄ?ｏｎ?ＰＶ－Ｂａｔｔｅｒｙ?ｍｏｄｕｌｅｓ??在光儲模塊層面，光伏組件通過升壓電路與儲能電池組并聯(lián)，再經(jīng)由降壓電路??組成功率輸出控制單元，從而構造一個發(fā)電功率和輸出功率完全可控的智能模塊，??９??

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：3503462