一种新型功率拓扑下太阳翼在轨输出功率评估方法技术

一种新型功率拓扑下太阳翼在轨输出功率评估方法，通过对太阳电池阵各部分的参数的测量与计算，实现了新一代PCU功率拓扑太阳电池阵在轨功率评估，用于填补现有技术中太阳翼在轨功率评估方法无法适应新一代PCU的空白问题，利用整星负载电流、分阵分流调节状态、太阳电池阵电流、轨道位置、日期等在轨遥测参数，实时确定太阳电池阵在轨功率输出能力，对地面设计的结果进行有效的验证，可靠性高，精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种新型功率拓扑下太阳翼在轨输出功率评估方法
本专利技术涉及一种新型功率拓扑下太阳翼在轨输出功率评估方法，属于同步轨道长寿命通信卫星领域。
技术介绍
太阳电池阵是卫星供配电分系统的能量来源，它在卫星的光照期为整星负载提供电源，同时对蓄电池组进行充电，以满足阴影期蓄电池放电的要求。太阳电池阵稳定可靠的功率输出是整星正常运行的最基本保障，因此需要准确可靠的确定太阳电池阵功率输出能力。卫星在轨运行时，轨道环境条件与负载的动态变化使得太阳电池阵功率输出处于时刻变化中，太阳入射角随季节动态变化，太阳电池阵的每个分阵的状态随负载的变化在供电与分流之间切换。在这种空间环境下，太阳电池阵的各项性能参数并不是地面预计的理想状态，并处于实时变化中，地面的计算方法无法根据太阳电池阵的动态参数对太阳电池阵的输出功率进行实时的计算，评估太阳电池阵在轨的最大输出功率。基于上一代PCU的在轨功率评估方法，依赖于PCU主误差电压来区分太阳电池阵各分阵的工作状态，从而得出分阵处于全供电状态下的平均电流。但由于根据主误差电压的计算公式得出的分流状态下的分阵个数受主误差电压的波动影响很大，主误差电压在遥测上的轻微波动，就将造成计算结果的巨大变化。由于PCU在调节母线的过程中，主误差电压本身就处于动态变化过程中，又加上遥测毛刺、遥测误差的影响，给最终的评估结果带来较大误差。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：针对现有技术中太阳翼在轨功率评估方法无法适应新一代PCU功率拓扑，填补基于新一代PCU拓扑太阳翼功率评估无法精确确定分流级数，克服现有技术的不足，提供一种基于新一代PCU功率拓扑太阳电池阵在轨功率评估方法。本专利技术解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：一种新型功率拓扑下太阳翼在轨输出功率评估方法，步骤如下：(1)通过母线负载电流、星上蓄电池充电调节器输入电流、卫星上电源控制器内部损耗电流计算整星负载电流；(2)根据步骤(1)所得整星负载电流、测量所得卫星太阳电池阵输出总电流，计算太阳电池阵分流电流；(3)根据步骤(2)所得太阳电池阵分流电流、测量所得太阳电池分阵短路电流确定分流调节状态下分流级数；(4)对步骤(3)确定的分流调节状态下分流级数进行跳变状态预估，选取该分流级数上一级至该分流级数下一级为精确分流级数范围，在该范围内确定占空比为固定值时分流调节状态的精确分流级数；(5)根据步骤(4)确定的分流调节状态精确分流级数计算该分流级对应的分流调节模块序号；(6)利用步骤(5)所得分流调节模块序号、以及该分流调节模块对应的太阳翼采样电流计算太阳电池分阵平均工作电流；(7)利用太阳电池分阵平均工作电流计算卫星实时位置下太阳电池阵的输出功率，并根据太阳光线与太阳电池阵帆板法线夹角、太阳电池阵当前轨道位置与最大输出功率位置日地因子之比计算卫星太阳电池阵的最大输出功率。所述步骤(1)中，整星负载电流IL的计算公式如下：IL＝IB+IC+IW式中，IB为母线负载电流，IC为星上蓄电池充电调节器的输入电流，IW为卫星上电源控制器的内部损耗电流。所述步骤(2)中，太阳带电池阵分流电流IS的计算公式如下：IS＝IA-IL式中，IA为卫星太阳电池阵输出总电流。所述步骤(3)中，分流调节状态下分流级数Na的计算公式如下：Na-1＝Is/Isc式中，Isc为太阳电池分阵短路电流。所述步骤(4)中，当电流占空比为K时，确定所述精确分流级数N，其中，占空比K的计算方法如下：{Is/Isc}＝K式中，{Is/Isc}为该计算式的小数部分。所述步骤(5)中，所选分流级对应的分流调节模块序号计算方法如下：n＝N/3式中，n为所选分流级对应的分流调节模块序号，其中，n计算结束后需向上取整。所述步骤(6)中，所述太阳电池分阵平均工作电流的计算方法如下：IAVR＝(In+1+In+2+......+8)/[3*[8-(n+1)+1]]式中，In+1为第n+1个分流调节模块对应的太阳翼采样电流，依此类推。所述步骤(7)中，卫星太阳电池阵的最大输出功率的计算方法为：PMAX＝P/(COSθ·ξ)式中，P是卫星处于当前轨道位置下的太阳电池阵的输出功率，θ为太阳光线与太阳电池阵帆板法线之间夹角，ξ为太阳电池阵当前轨道位置与最大输出功率位置日地因子之比；其中，卫星处于当前轨道位置下的太阳电池阵的输出功率P的计算方法如下：P＝IAVR·NA·VB式中，VB为母线电压，NA为卫星上太阳电池阵的分阵总数。所述步骤(7)中，太阳光线与太阳电池阵帆板法线之间夹角θ的确定步骤如下：(a)记录卫星帆板驱动机构转角为0度时卫星的飞行时间T；(b)在此飞行时间下太阳在地球上投影的经度坐标值λS和纬度坐标值θS；(c)计算地心指向太阳的向量计算方法如下：(d)计算地心指向卫星的向量计算方法如下：式中，λO是卫星经度预设值；(e)根据步骤(c)、步骤(d)所得向量与向量计算太阳光线与太阳电池阵帆板法线之间夹角θ，计算公式为：本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术提供的一种新型功率拓扑下太阳翼在轨输出功率评估方法，在判别各分阵工作状态的流程环节，采用了结合电源分系统工作状态初步计算，而后根据分流级分流电流的占空比精确定位的全新评估方法，从根本上解决了上一代PCU功率评估方法依赖于PCU主误差电压，造成评估结果误差较大的缺陷,在判断各分阵工作状态上有更高的准确度；(2)本专利技术提供的新型评估方法，上一代PCU功率评估方法无法适应更高的系统电流遥测精度，同时在计算太阳电池阵供电阵平均输出电流环节，计算精度也更高，新型评估方法可以适应新一代PCU功率器件，能够保证更高精度。附图说明图1为本专利技术星上太阳电池阵在轨功率确定方法流程图；图2为本专利技术太阳角确定方法流程图。具体实施方式卫星供配电分系统的任务是负责在卫星各个飞行阶段，包括主动段，转移轨道及同步轨道工作寿命期间给卫星的有效载荷及服务舱各分系统提供和分配电能。卫星供配电分系统利用太阳电池阵作为主电源，蓄电池组作为贮能装置，由电源控制器对供电母线和功率实行调节和控制；蓄电池充电调节器位于电源控制器内，在太阳电池阵处于光照时期，母线通过蓄电池充电调节器为蓄电池组充电，母线将电流首先输入到蓄电池充电调节器，蓄电池充电调节器将母线输入电流的电压降压到蓄电池电压后输出给蓄电池；当太阳电池阵的输出功率大于整星负载功率、蓄电池充电功率与电源控制器内部功率损耗之和的时候，多余的功率通过电源控制器内的分流调节器分流到整星的地，实现整星母线电压的稳定。本专利技术提供的一种新型功率拓扑下太阳翼在轨输出功率评估方法，如图1所示，步骤如下：(1)通过公式IL＝IB+IC+IW计算整星负载电流IL；其中，IB为母线负载电流，IC为星上蓄电池充电调节器的输入电流，且IB和IC在卫星在轨下传数据中查询得到；IW为卫星上电源控制器的内部损耗电流，为已知参数；(2)跟据步骤(1)中计算得到的整星负载电流IL，通过公式IS＝IA-IL计算得到太阳电池阵分流电流IS；其中，IA为卫星太阳电池阵输出总电流，通过卫星在轨下传数据中查询得到；(3)跟据步骤(2)中计算得到的太阳电池阵分流电流Is，通过公式Na-1＝Is/Isc计算，得到处于分流调节状态的分流级数Na，其中，Isc为太阳电池分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型功率拓扑下太阳翼在轨输出功率评估方法，其特征在于步骤如下：(1)通过母线负载电流、星上蓄电池充电调节器输入电流、卫星上电源控制器内部损耗电流计算整星负载电流；(2)根据步骤(1)所得整星负载电流、测量所得卫星太阳电池阵输出总电流，计算太阳电池阵分流电流；(3)根据步骤(2)所得太阳电池阵分流电流、测量所得太阳电池分阵短路电流确定分流调节状态下分流级数；(4)对步骤(3)确定的分流调节状态下分流级数进行跳变状态预估，选取该分流级数上一级至该分流级数下一级为精确分流级数范围，在该范围内确定占空比为固定值时分流调节状态的精确分流级数；(5)根据步骤(4)确定的分流调节状态精确分流级数计算该分流级对应的分流调节模块序号；(6)利用步骤(5)所得分流调节模块序号、以及该分流调节模块对应的太阳翼采样电流计算太阳电池分阵平均工作电流；(7)利用太阳电池分阵平均工作电流计算卫星实时位置下太阳电池阵的输出功率，并根据太阳光线与太阳电池阵帆板法线夹角、太阳电池阵当前轨道位置与最大输出功率位置日地因子之比计算卫星太阳电池阵的最大输出功率。

【技术特征摘要】
1.一种新型功率拓扑下太阳翼在轨输出功率评估方法，其特征在于步骤如下：(1)通过母线负载电流、星上蓄电池充电调节器输入电流、卫星上电源控制器内部损耗电流计算整星负载电流；(2)根据步骤(1)所得整星负载电流、测量所得卫星太阳电池阵输出总电流，计算太阳电池阵分流电流；(3)根据步骤(2)所得太阳电池阵分流电流、测量所得太阳电池分阵短路电流确定分流调节状态下分流级数；(4)对步骤(3)确定的分流调节状态下分流级数进行跳变状态预估，选取该分流级数上一级至该分流级数下一级为精确分流级数范围，在该范围内确定占空比为固定值时分流调节状态的精确分流级数；(5)根据步骤(4)确定的分流调节状态精确分流级数计算该分流级对应的分流调节模块序号；(6)利用步骤(5)所得分流调节模块序号、以及该分流调节模块对应的太阳翼采样电流计算太阳电池分阵平均工作电流；(7)利用太阳电池分阵平均工作电流计算卫星实时位置下太阳电池阵的输出功率，并根据太阳光线与太阳电池阵帆板法线夹角、太阳电池阵当前轨道位置与最大输出功率位置日地因子之比计算卫星太阳电池阵的最大输出功率。2.根据权利要求1所述的一种新型功率拓扑下太阳翼在轨输出功率评估方法，其特征在于：所述步骤(1)中，整星负载电流IL的计算公式如下：IL＝IB+IC+IW式中，IB为母线负载电流，IC为星上蓄电池充电调节器的输入电流，IW为卫星上电源控制器的内部损耗电流。3.根据权利要求2所述的一种新型功率拓扑下太阳翼在轨输出功率评估方法，其特征在于：所述步骤(2)中，太阳带电池阵分流电流IS的计算公式如下：IS＝IA-IL式中，IA为卫星太阳电池阵输出总电流。4.根据权利要求3所述的一种新型功率拓扑下太阳翼在轨输出功率评估方法，其特征在于：所述步骤(3)中，分流调节状态下分流级数Na的计算公式如下：Na-1＝Is/Isc式中，Isc为太阳电池分阵短路电流。5.根据权利要求4所述的一种新型功率拓扑下太阳翼在轨输出功率评估方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李大正，李雅琳，李峰，邢杰，张文芳，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11