不同电压体制的多航天器并网供电系统设计方法技术方案

本发明专利技术涉及一种不同电压体制的多航天器并网供电系统设计方法，其特征在于，包括：分析来访航天器与目标航天器的组合体并网供电的需求；设计所述组合体的并网供电的拓扑结构；设计并网供电控制设备实现供电的方案；设计所述组合体并网供电的安全性；分析所述组合体并网供电功率；设计所述组合体供电工作模式。根据本发明专利技术的不同电压体制的多航天器并网供电系统设计方法可以实现长期为空间站多航天器供电并网。

Design method of multi spacecraft grid connected power supply system with different voltage systems

The invention relates to a design method of multi spacecraft grid connected power supply system with different voltage systems, which is characterized by the analysis of the demand for the combined power supply of the combination of the visiting spacecraft and the target spacecraft, the topology of the grid connected power supply of the combined body, and the design of the power supply by the grid connected power supply control equipment; The safety of grid connected power supply is designed, the power supply of grid connection is analyzed, and the power supply mode of the combined body is designed. According to the different voltage system of the invention, the design method of multi spacecraft grid connected power supply system can achieve long-term power supply and grid connection for multi spacecraft of space station.

【技术实现步骤摘要】
不同电压体制的多航天器并网供电系统设计方法
本专利技术涉及航天器能源系统领域，尤其涉及一种不同电压体制的多航天器并网供电系统设计方法。
技术介绍
根据任务研制的要求，来访航天器与目标航天器对接后，构成的组合体由目标航天器进行控制，来访航天器处于停靠状态。停靠期间，来访航天器与目标航天器实现供电联网。目前，现有的电压体制的并网供电方法均不适用于航天器，不能够实现空间站多航天器长期在轨的供电。因此，对空间站多航天器长期在轨供电是目前世界上亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述问题，提供一种能够长期为空间站多航天器供电并网的不同电压体制的多航天器并网供电系统设计方法。为实现上述目的，本专利技术提供一种不同电压体制的多航天器并网供电系统设计方法，包括：分析来访航天器与目标航天器的组合体并网供电的需求；设计所述组合体的并网供电的拓扑结构；设计并网供电控制设备实现供电的方案；设计所述组合体并网供电的安全性；分析所述组合体并网供电功率；设计所述组合体供电工作模式。根据本专利技术的一个方面，所述目标航天器向所述来访航天器提供500W以上的电能。根据本专利技术的一个方面，所述组合体并网供电的需求包括：所述目标航天器采用100V高电压供电体制，所述来访航天器采用28V供电体制；所述目标航天器设置一台并网控制器进行100V到28V的电压转换；供电过程设有控制开关并保持所述来访航天器和所述目标航天器的距离；所述目标航天器和所述来访航天器的两端均设置供电控制开关。根据本专利技术的一个方面，所述组合体的并网供电的拓扑结构包括：所述来访航天器供电系统的能源包括太阳帆板、并网控制器和镉镍蓄电池；所述太阳帆板、所述并网控制器和所述镉镍蓄电池+放电调节器的输出电压区间实现供电。根据本专利技术的一个方面，所述太阳帆板、所述并网控制器和所述镉镍蓄电池在所述组合体的一个充放电周期内，工作过程为以下四个阶段：A.当所述组合体处于阴影区时，由所述并网控制器和所述来访航天器镉镍电池+放电调节器共同完成供电，所述并网控制器提供500W功率输出，所述镉镍电池+放电调节器提供300W功率输出；B.当所述组合体进入阳照区太阳入射角较大时，所述太阳帆板输出功率小于300W，由所述太阳帆板、所述并网控制器和所述镉镍电池+放电调节器共同供电，所述太阳帆板输出功率从0W逐渐增加到300W，所述并网控制器保持500W额定功率输出，所述镉镍电池+放电调节器输出功率不断减小，从300W一直减小到0；C.当所述太阳帆板输出功率大于300W时，由所述太阳帆板和所述并网控制器共同完成向停靠负载供电，所述太阳帆板输出功率从300W逐渐增加，所述并网控制器输出功率从500W逐渐减小；D.当所述组合体处于阳照区时，当所述太阳帆板输出功率大于800W时，由所述太阳帆板向停靠负载提供所需功率，并处于分流状态；或此时由所述太阳帆板和所述并网控制器共同提供停靠负载所需功率，此时应保证所述太阳帆板提供最小400W负载功率输出。根据本专利技术的一个方面，所述并网供电控制设备实现供电的方案包括：所述并网控制器采用电压源，当负载未达到满载时为稳压输出，当达到满载时为恒流输出；在所述并网控制器输出端和所述来访航天器能源输出端设置隔离二极管；所述目标航天器采用3个将100V变换28V的DC/DC变换器模块并联，其中1个模块作为冷备份使用；每个所述DC/DC变换器模块设置一个隔离二极管，能源模块电压采样点放在隔离二极管之前；所述并网控制器输出电压≤30V。根据本专利技术的一个方面，所述组合体并网供电的安全性包括：所述并网控制器具有2级输出过压保护，第1级可以将变换器工作在输出过压保护状态时的最大输出电压控制在32V以内，第2级输出过压保护为输出电压超过40V时的过压保护；所述目标航天器的并网供电输出端和所述来访航天器的轨道舱配电器的输入端均设置控制开关，并网供电时，通过监测目标航天器电网状态和所述来访航天器电网状态，通过控制开关的闭合和断开实现并网供电和断网。根据本专利技术的一个方面，所述组合体并网供电功率包括：根据所述来访航天器的供电系统框图，供电电缆的长度、粗细对于供电电缆的阻值进行计算，搭建所述来访航天器的供电系统的静态模型；从所述并网控制器向所述来访航天器的轨道舱配电器经过所述目标航天器穿舱电连接器、所述来访航天器的轨道舱穿舱电连接器、对接机构的浮动断接器；所述来访航天器能源系统在阴影区输出最高电压为28.5V；阴影区所述目标航天器并网控制器输出功率能力不低于500W；阳照区所述来访航天器太阳帆板的输出功率均不低于400W。根据本专利技术的一个方面，所述组合体供电工作模式包括并网正常工作流程和断网正常工作流程；所述并网正常工作流程包括：(1)所述目标航天器的并网控制器输入100V接通；(2)所述并网控制器输出回线和正线接通；(3)所述来访航天器确认轨道舱并网电压参数；(4)接通所述来访航天器轨道舱配电器并网开关，实现组合体供电链路连通；(5)确认所述来访航天器供电系统稳定性；(6)所述来访航天器帆板归零；所述断网正常工作流程包括：(1)所述来访航天器的帆板起控；(2)进行状态确认，所述太阳帆板启控正常，发电正常；(3)断开所述来访航天器的轨道舱配电器并网开关；(4)断开所述并网控制器输出正线和回线；(5)所述目标航天器的并网控制器输入100V断开。根据本专利技术的一个方案，可以实现多个航天器交会对接后构成组合体时供电联网，确保组合体飞行器的能量平衡。根据本专利技术的一个方案，可以实现空间站多航天器长期在轨并网供电。根据本专利技术的一个方案，使得不同电压体制的多航天器并网供电系统的结构简单，容易实现，而且具备足够的安全性和运行稳定性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1示意性表示根据本专利技术的不同电压体制的多航天器并网供电系统设计方法的流程图；图2示意性表示根据本专利技术的一种实施方式的供电系统能源并网供电功率分配图；图3示意性表示根据本专利技术的一种实施方式的多航天器并网供电组成结构布置图；图4示意性表示根据本专利技术的一种实施方式的各连接器通过电缆连接的结构图；图5示意性表示根据本专利技术的上述设计方法实现供电并网和断网的流程图。具体实施方式此说明书实施方式的描述应与相应的附图相结合，附图应作为完整的说明书的一部分。在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各结构的部分将以分别描述进行说明，值得注意的是，附图中未示出或未通过文字进行说明的元件，为所属
中的普通技术人员所知的形式。此处实施例的描述，有关方向和方位的任何参考，均仅是为了便于描述，而不能理解为对本专利技术保护范围的任何限制。以下对于优选实施方式的说明会涉及到特征的组合，这些特征可能独立存在或者组合存在，本专利技术并不特别地限定于优选的实施方式。本专利技术的范围由权利要求书所界定。图1示意性表示根据本专利技术的不同电压体制的多航天器并网供电系统设计方法的流程图。如图1所示，根据本专利技术的不同电压体制的多航天器并网供电系统设计方法包括：分析来访航本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种不同电压体制的多航天器并网供电系统设计方法，其特征在于，包括：分析来访航天器与目标航天器的组合体并网供电的需求；设计所述组合体的并网供电的拓扑结构；设计并网供电控制设备实现供电的方案；设计所述组合体并网供电的安全性；分析所述组合体并网供电功率；设计所述组合体供电工作模式。

【技术特征摘要】
1.一种不同电压体制的多航天器并网供电系统设计方法，其特征在于，包括：分析来访航天器与目标航天器的组合体并网供电的需求；设计所述组合体的并网供电的拓扑结构；设计并网供电控制设备实现供电的方案；设计所述组合体并网供电的安全性；分析所述组合体并网供电功率；设计所述组合体供电工作模式。2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述目标航天器向所述来访航天器提供500W以上的电能。3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述组合体并网供电的需求包括：所述目标航天器采用100V高电压供电体制，所述来访航天器采用28V供电体制；所述目标航天器设置一台并网控制器进行100V到28V的电压转换；供电过程设有控制开关并保持所述来访航天器和所述目标航天器的距离；所述目标航天器和所述来访航天器的两端均设置供电控制开关。4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述组合体的并网供电的拓扑结构包括：所述来访航天器供电系统的能源包括太阳帆板、并网控制器和镉镍蓄电池；所述太阳帆板、所述并网控制器和所述镉镍蓄电池+放电调节器的输出电压区间实现供电。5.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于，所述太阳帆板、所述并网控制器和所述镉镍蓄电池在所述组合体的一个充放电周期内，工作过程为以下四个阶段：A.当所述组合体处于阴影区时，由所述并网控制器和所述来访航天器镉镍电池+放电调节器共同完成供电，所述并网控制器提供500W功率输出，所述镉镍电池+放电调节器提供300W功率输出；B.当所述组合体进入阳照区太阳入射角较大时，所述太阳帆板输出功率小于300W，由所述太阳帆板、所述并网控制器和所述镉镍电池+放电调节器共同供电，所述太阳帆板输出功率从0W逐渐增加到300W，所述并网控制器保持500W额定功率输出，所述镉镍电池+放电调节器输出功率不断减小，从300W一直减小到0；C.当所述太阳帆板输出功率大于300W时，由所述太阳帆板和所述并网控制器共同完成向停靠负载供电，所述太阳帆板输出功率从300W逐渐增加，所述并网控制器输出功率从500W逐渐减小；D.当所述组合体处于阳照区时，当所述太阳帆板输出功率大于800W时，由所述太阳帆板向停靠负载提供所需功率，并处于分流状态；或此时由所述太阳帆板和所述并网控制器共同提供停靠负载所需功率，此时应保证所述太阳帆板提供最小400W负载功率输出。6.根据权利要求4所述的设计方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：王林涛，杨宏，郑伟，杜占超，仪德英，吴京松，李慧军，蒋冀，于磊，武逸然，
申请(专利权)人：北京空间技术研制试验中心，
类型：发明
国别省市：北京,11