【摘要】：隨著空間探測(cè)活動(dòng)的日漸頻繁,航天技術(shù)也在迅速發(fā)展,電源系統(tǒng)作為航天器的關(guān)鍵分系統(tǒng)之一,其發(fā)電方式通常采用太陽(yáng)電池陣發(fā)電。但是太陽(yáng)電池的輸出特性易于受外界環(huán)境的影響,同時(shí)具有很強(qiáng)的非線性,所以研究如何提升太陽(yáng)電池陣的能量利用率,最大限度地利用太陽(yáng)能,是航天技術(shù)中非常重要的問(wèn)題之一。最大功率跟蹤(MPPT)技術(shù)可以提高太陽(yáng)電池陣能量傳輸效率,滿足不同類型的航天器對(duì)功率不斷增大和太陽(yáng)能帆板面積不斷減小的要求,是空間電源技術(shù)重要的發(fā)展方向之一。本文在國(guó)內(nèi)外空間電源MPPT技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,提出一種新的MPPT控制電路,對(duì)傳統(tǒng)的電壓控制方法進(jìn)行改進(jìn),采用硬件電路實(shí)現(xiàn)電壓電流擾動(dòng)算法,并對(duì)所研究的控制電路和算法進(jìn)行仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。具體內(nèi)容包括以下四個(gè)方面:基于DC/DC電路工作原理的分析,通過(guò)電路變換提出新型Buck-boost電路。分析新型Buck-boost電路的升壓、DET和降壓三種工作模式,并基于不同的工作模式,對(duì)電路中的電感和電容元件進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì);利用狀態(tài)空間平均法,建立新型Buck-boost電路Buck模式和Boost模式下的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型,及線性化小信號(hào)交流模型并進(jìn)行仿真分析,深入研究新型拓?fù)涞拈]環(huán)穩(wěn)定特性和動(dòng)態(tài)特性。針對(duì)傳統(tǒng)的電壓控制和電流控制法動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢,抗輸入擾動(dòng)能力差,而單周期控制方法存在穩(wěn)態(tài)誤差的問(wèn)題,提出將單周期與PI混合控制方法應(yīng)用在DC/DC變換器電路中,實(shí)現(xiàn)了帶電壓前饋控制的閉環(huán)設(shè)計(jì),通過(guò)仿真技術(shù)對(duì)比研究電壓控制方法、單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,分析和比較國(guó)內(nèi)外研究和使用較多的MPPT算法,指出各種算法的優(yōu)缺點(diǎn),并針對(duì)空間電源控制器對(duì)MPPT算法電路要求較高的特點(diǎn),提出一種不存在乘除法運(yùn)算、易于實(shí)現(xiàn)的電壓電流擾動(dòng)MPPT算法,設(shè)計(jì)了電壓電流擾動(dòng)MPPT算法的模擬電路,并分析其工作原理,對(duì)設(shè)計(jì)的MPPT算法電路進(jìn)行了仿真研究,驗(yàn)證算法對(duì)太陽(yáng)能電池陣最大功率點(diǎn)的跟蹤效果。通過(guò)對(duì)新型MPPT電源控制系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果表明,采用新型Buck-boost電路,并基于單周期和PI混合控制技術(shù),及電壓電流擾動(dòng)算法,可提高太陽(yáng)電池陣的能量傳輸效率,改善電源系統(tǒng)的控制性能,實(shí)現(xiàn)MPPT算法的模擬設(shè)計(jì)。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM914.4
【圖文】：

而太陽(yáng)電池產(chǎn)生的輸出功率也受到限制，所以在電源高太陽(yáng)電池陣的能量轉(zhuǎn)換效率的重要性是不言而喻的[5]傳輸?shù)姆绞剑教炱麟娫聪到y(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)能夠分為直接gy Transfer，DET）結(jié)構(gòu)的電源系統(tǒng)和采用最大功wer Point Tracking，MPPT）結(jié)構(gòu)的電源系統(tǒng)。在采用 D撲結(jié)構(gòu)中，其原理圖如圖1-1所示[6]，太陽(yáng)電池陣與負(fù)載直直接傳送到負(fù)載端，而母線電壓的維持是通過(guò)分流調(diào)節(jié)太陽(yáng)電池陣的輸出功率，將超過(guò)負(fù)載需求的功率直接分

星上負(fù)載較多，對(duì)功率要求也多，而在運(yùn)行止觀測(cè)和運(yùn)行，所以減小了功率[8]。采用 DET 方式的小流限壓作用，太陽(yáng)電池陣的工作電壓只能按照 EOL 進(jìn)行池陣輸出最大功率，而BOL太陽(yáng)電池陣并不能工作在最大浪費(fèi)了太陽(yáng)電池陣的能量；MPPT 模式無(wú)論 BOL 還是 EO池陣的最大功率點(diǎn)，避免了能量的浪費(fèi)，對(duì)于壽命初期化很大的低軌道小衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，最大功率跟蹤技術(shù)具有明顯測(cè)任務(wù)由于工作環(huán)境特殊，對(duì)應(yīng)用于深空探測(cè)器的電源] [10]。深空探測(cè)任務(wù)時(shí)間長(zhǎng)，距離遠(yuǎn)，光照強(qiáng)度變化劇烈 1-4 所示：隨著探測(cè)器與太陽(yáng)距離的加大，太陽(yáng)光強(qiáng)將減于火星到太陽(yáng)的距離大約是地球到太陽(yáng)距離的 1.5 倍，太的太陽(yáng)光照強(qiáng)度僅是地球附近的 40%左右。當(dāng)探測(cè)器與陽(yáng)光強(qiáng)增強(qiáng)，如果不能較好的利用太陽(yáng)電池陣的能量，失，而且將使太陽(yáng)電池陣溫度急劇升高，給航天器溫控

圖 1-5 BILSAT-1 衛(wèi)星電源系統(tǒng)原理圖DS Astrium公司在研制和發(fā)射小衛(wèi)星領(lǐng)域也同樣具有較大影和設(shè)計(jì)了電源控制器的配電單元，在配電單元中，所設(shè)計(jì)不同等級(jí)的電壓，通過(guò)MPPT控制技術(shù)來(lái)調(diào)節(jié)太陽(yáng)電池陣的制模塊的主電路是Buck電路，輸出母線電壓波動(dòng)小，功率傳夠?qū)崟r(shí)跟蹤太陽(yáng)電池陣的最大功率點(diǎn)。目前，EADS Astriu控制電路已經(jīng)成功使用在將近100顆小衛(wèi)星上。ales Alenia Space宇航公司研制并成功發(fā)射的“全球星”衛(wèi)星（星通信的眾多的星座中的一顆低軌道小衛(wèi)星。文獻(xiàn)[14] [1需求，即“全球星”衛(wèi)星在工作期間，功率需求較大，因設(shè)計(jì)為不調(diào)節(jié)的形式，不管在什么工況下，維持母線電壓變化。文獻(xiàn)[16則對(duì)其MPPT電路模塊進(jìn)行詳盡的介紹：與E計(jì)的MPPT模塊不同，電源控制器的主電路采用了Boost 變量傳輸結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的MPPT控制電路仍然可以提高15低了電源控制器的設(shè)計(jì)成本�！叭蛐恰毙l(wèi)星的電源控制

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2805893