發(fā)布時間：2021-02-12 03:13

　　在深入闡明空間電源系統(tǒng)組成及其存在的小信號穩(wěn)定性問題基礎(chǔ)上,全面歸納了基于阻抗比分析法和穩(wěn)定禁區(qū)理論的一系列電源系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù),總結(jié)對比了各判據(jù)優(yōu)缺點并給出使用建議。系統(tǒng)回顧審視了國內(nèi)外航天機構(gòu)在空間電源系統(tǒng)穩(wěn)定性領(lǐng)域的工程實踐進展,重點分析了國內(nèi)在穩(wěn)定性工程實踐和標準制定方面與國外存在的差距,總結(jié)提煉出了空間電源系統(tǒng)小信號穩(wěn)定性研究的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。著眼我國在研空間站電源系統(tǒng)和論證中的載人登月項目,給出啟示與建議。首次較為全面地給出了空間電源系統(tǒng)穩(wěn)定性領(lǐng)域理論研究、工程應(yīng)用和標準制定方面的現(xiàn)狀,對開展空間電源穩(wěn)定性相關(guān)技術(shù)研究和攻關(guān)具有重要參考價值。 

【文章來源】：西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2020,38(S1)北大核心

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

“天宮”一號與“神舟”飛船組合體電源系統(tǒng)示意圖

針對空間電源系統(tǒng)發(fā)生穩(wěn)定性衰減甚至失穩(wěn)的現(xiàn)象,一般從以下2個方面給出解釋:一是系統(tǒng)內(nèi)各變換器控制環(huán)路間相互耦合干擾導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性下降;二是歸因于恒功率負載(constant power load,CPL)所具有的負阻效應(yīng)[8]。閉環(huán)負反饋調(diào)節(jié)下的DC/DC變換器,從輸入端口探入,在其控制環(huán)路帶寬范圍內(nèi)表現(xiàn)為恒定功率負載,該類負載的輸入阻抗在任意時刻都是正的,但阻抗的動態(tài)增量是負的。如圖3所示,當電壓源接CPL時,假設(shè)系統(tǒng)穩(wěn)定運行于A點,某時刻負載電流增大,CPL輸入端電壓u下跌,小于電壓源端口電壓,則CPL輸入電流i進一步增大,使得系統(tǒng)逐漸遠離原本穩(wěn)定工作點而失去穩(wěn)定性;反之亦然。因此,盡管每個子模塊、變換器自身是穩(wěn)定的,但基于大量變換器的子系統(tǒng)組成的整個電源系統(tǒng),其控制帶寬及穩(wěn)定性,可能會發(fā)生大的變化和衰減。由此產(chǎn)生了空間電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。2 研究進展和現(xiàn)狀

空間電源系統(tǒng)一般由發(fā)電設(shè)備、儲能設(shè)備和功率變換控制設(shè)備(power conditioning unit,PCU)組成[1]。發(fā)電設(shè)備通常為太陽電池陣(photovoltaic arrays,PV arrays);儲能設(shè)備通常為蓄電池組;功率變換控制設(shè)備則由大量的直流/直流變換器(direct-current to direct-current converter,DC/DC converter)組成:分流調(diào)節(jié)單元(shunt regulator,SR)完成太陽電池陣能量傳輸和多余能量的分流耗散;充放電調(diào)節(jié)單元(battery charger,BCR;battery discharger,BDR)實現(xiàn)蓄電池組的充放電;負載變換器和并網(wǎng)控制器則分別實現(xiàn)負載穩(wěn)壓供電及不同功率通道間的并網(wǎng)。由圖1所示的國際空間站(international space station,ISS)電源系統(tǒng)單功率通道示意圖[2]及圖2所示的中國“天宮”一號與“神舟”系列飛船(“神舟”八號、“神舟”九號和“神舟”十號)組合飛行體電源系統(tǒng)示意圖[3-5]可知,此類電源系統(tǒng)具有組成和功能復(fù)雜的特點,即:①包含多個DC/DC變換器,而單個變換器常常既是前級變換器的負載,又是后級變換器的源;②變換器之間協(xié)同工作方式多樣,包括級聯(lián)、并聯(lián)、串聯(lián)及組合等。圖2 “天宮”一號與“神舟”飛船組合體電源系統(tǒng)示意圖

【參考文獻】：
期刊論文
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[3]我國交會對接任務(wù)中航天器電源設(shè)計與應(yīng)用[J]. 王娜,黃崢,馬季軍,陳啟忠,田源.  載人航天. 2013(03)
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[7]分布式供電系統(tǒng)中負載變換器的輸入阻抗分析[J]. 吳濤,阮新波.  中國電機工程學(xué)報. 2008(12)
[8]分布式供電系統(tǒng)中源變換器輸出阻抗的研究[J]. 吳濤,阮新波.  中國電機工程學(xué)報. 2008(03)
[9]“神舟”號載人飛船電源分系統(tǒng)的研制[J]. 方國隆,張玉花,馬季軍.  上海航天. 2003(05)

博士論文
[1]空間電源系統(tǒng)并網(wǎng)供電技術(shù)研究[D]. 于磊.北京交通大學(xué) 2018
[2]直流分布式電源系統(tǒng)穩(wěn)定性研究[D]. 張欣.南京航空航天大學(xué) 2014



本文編號：3030164