一种基于能量平衡分析的组合体在轨能源管理方法技术

本发明专利技术涉及一种基于能量平衡分析的组合体在轨能源管理方法，包括：S1.构建航天器模型并连接为组合体模型，以及获取所述组合体模型的飞行方案；S2.根据所述组合体模型和所述飞行方案获取发电能力曲线，以及根据所述飞行方案获取负载工作曲线；S3.基于所述发电能力曲线和所述负载工作曲线对所述组合体模型的能量平衡状态进行评估。通过引入组合体模型与飞行方案相结合获取帆板在飞行过程中的遮挡形状得出发电能力的算法，能够准确计算帆板上所有电池串的伏安特性，结合负载需求和能源系统设计，能够准确地分析能量平衡情况，消除了传统采用平均遮挡或遮挡率带来的发电能力误差，能够准确地预测帆板发电能力。

An energy management method based on energy balance analysis for composite body on orbit

The present invention relates to a combination of energy management methods based on energy balance analysis, including: S1. building a spacecraft model and connecting to a combination model, as well as a flight scheme to obtain the combined body model; S2. obtains the generating capacity curve according to the combined body model and the flight scheme, and according to the flying scheme. The line scheme gets the load working curve; S3. evaluates the energy balance of the combined body model based on the power generation capability curve and the load working curve described. By combining the combined body model with the flight scheme, the algorithm of obtaining the electric power of the shielding shape of the panel during the flight is obtained. It can accurately calculate the volt ampere characteristics of all battery strings on the board. Combined with the load demand and energy system design, it can accurately analyze the energy balance and eliminate the traditional use of the average. The error of generating capacity caused by occlusion or occlusion rate can accurately predict the power generation capability of windsurfing.

【技术实现步骤摘要】
一种基于能量平衡分析的组合体在轨能源管理方法
本专利技术涉及一种能源管理方法，尤其涉及一种基于能量平衡分析的组合体在轨能源管理方法。
技术介绍
在轨组合的航天器在轨飞行期间，帆板多形状大，帆板控制模式和姿态控制模式复杂，导致发电能力变化较大。传统单一航天器的能量平衡分析方法已不能满足在轨组合航天器的能量平衡分析要求，尤其的传统方法中采用平均遮挡或遮挡率计算的发电能力很难准确使计算出的发电能力和实际的负载功耗相匹配，从而使计算出的发电能力存在较大误差，导致整个组合体中能源管理的误差增大，进一步影响了航天器飞行任务过程中任务安排。在轨组合航天器一般设计并网供电，在组合体期间，富余电能的航天器通过并网供电的方式为给缺少电能的航天器提供电能；同时，采用的镉镍电池在负载较小时存在记忆效应问题，从而使整个航天器中由镉镍电池供应的能源不稳定，因此需要一种新的能源管理技术，以提高在轨组合航天器的能源利用率和消除蓄电池的记忆效应。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于能量平衡分析的组合体在轨能源管理方法，解决航天器组合体能源管理误差大的问题。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种基于能量平衡分析的组合体在轨能源管理方法，包括：S1.构建航天器模型并连接为组合体模型，以及获取所述组合体模型的飞行方案；S2.根据所述组合体模型和所述飞行方案获取发电能力曲线，以及根据所述飞行方案获取负载工作曲线；S3.基于所述发电能力曲线和所述负载工作曲线对所述组合体模型的能量平衡状态进行评估。根据本专利技术的一个方面，步骤S1中，包括：S11.根据航天器的实际尺寸构建所述航天器模型，并将所述航天器模型连接为组合体模型，其中，所述航天器模型包括航天器结构模型，用于发电的帆板模型，用于存储电能的蓄电池模型和电源控制模型；S12.获取所述组合体模型的飞行方案，其中，所述飞行方案包括轨道参数、姿态控制方式、帆板控制方式、负载参数和飞行程序。根据本专利技术的一个方面，步骤S2包括：S21.根据所述组合体模型、所述轨道参数、所述姿态控制方式和所述帆板控制方式获取帆板遮挡形状；S22.根据所述帆板遮挡形状和所述轨道参数获取所述发电能力曲线；S23.根据所述负载参数和所述飞行程序获取所述负载工作曲线。根据本专利技术的一个方面，步骤S22包括：S221.根据所述帆板遮挡形状，确定所述帆板模型上各串电池片的遮挡片数；S222.根据各串所述电池片的遮挡片数计算所述帆板模型各串所述电池片的输出电压；S223.若每串所述电池片的输出电压高于所述组合体模型中母线电压及线路压降，或者所述输出电压高于所述组合体模型中蓄电池模型充电电压及线路压降，根据所述轨道参数计算每串所述电池片的发电能力，根据所述发电能力获取发电能力曲线，其中，所述发电能力包括输出电压和输出电流。根据本专利技术的一个方面，步骤S223中，若所述发电能力满足所述组合体模型中负载的需求，则所述蓄电池模型处于充电状态或者充满状态，否则，所述蓄电池模型处于放电状态。根据本专利技术的一个方面，步骤S3中，根据所述电源控制模型，计算所述蓄电池模型的充放电电流，得到所述蓄电池模型的容量变化进而评估所述组合体模型的能量平衡状态。根据本专利技术的一个方面，当所述蓄电池模型的容量等于或大于其预设的最小容量，则所述组合体模型处于能量平衡状态，否则调整所述飞行方案和所述组合体模型的并网供电电能。根据本专利技术的一个方面，根据所述发电能力曲线和所述负载工作曲线确定所述航天器模型连接为所述组合体模型后的并网供电功率和并网供电时间；若所述组合体模型满足能量平衡状态，则根据所述并网供电功率和所述并网供电时间进行并网供电，否则，重新调整所述并网供电功率和所述并网供电时间，或者重新调整飞行程序。根据本专利技术的一个方面，所述蓄电池模型包括镉镍电池组；步骤S3中，所述组合体模型进行能量平衡状态评估的过程中，对所述镉镍电池组进行机组轮换，若当前镉镍电池组的容量满足所述组合体模型中负载的用电需求，则在阳照区将当前工作状态的所述镉镍电池组与剩余所述镉镍电池组进行机组轮换。根据本专利技术的一个方面，当完成所述镉镍电池组的轮换后，按照预定次数对轮换后的所述镉镍电池组进行充放电。根据本专利技术的一种方案，通过引入组合体模型与飞行方案相结合获取帆板在飞行过程中的遮挡形状得出发电能力的算法，能够准确计算帆板上所有电池串的伏安特性，结合负载需求和能源系统设计，能够准确地分析能量平衡情况，消除了传统采用平均遮挡或遮挡率带来的发电能力误差，能够准确地预测帆板发电能力。根据本专利技术的一种方案，通过建立与实际航天器相同尺寸和布置方式的航天器模型，从而能够更加准确的模拟出实际航天器或组合体在空间运行过程中的帆板的发电能力和蓄电池的性能，从而有利于准确模拟出整个组合体的能源平衡状态，从而进一步有利于后续制定实际航天器或组合体的能源管理方案。根据本专利技术的一种方案，通过获取组合体模型的飞行方案从而使组合体模型能够更加准确且真实地模拟出飞行任务过程中的各种姿态，从而更加有效的模拟出帆板的发电能力，进一步使本专利技术的方案对组合体能源管理的准确度提高。根据本专利技术的一种方案，在计算组合体中的能量平衡状态的基础上，确定了组合体最大的并网供电能力，从而保证了为负载进行正常供电，保证了负载的正常工作，同时，提高组合体中能源的利用率。根据本专利技术的一种方案，通过将镉镍电池组进行轮换模拟出真实飞行任务过程中，组合体中镉镍电池组的轮换方式，通过对镉镍电池组的轮换充放电，从而保证了各镉镍电池组均能保证优良的充放电性能，消除了镉镍电池组中的记忆效应，从而保证了镉镍电池组对航天器能源供应的稳定，消除了由于镉镍电池组性能下降导致的能源管理误差大的问题，同时还进一步提高了镉镍电池组的使用寿命。附图说明图1示意性表示根据本专利技术的一种实施方式的组合体在轨能源管理方法的步骤框图；图2示意性表示根据本专利技术的一种实施方式的组合体在轨能源管理方法的流程框图。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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方式，对于本领域普通技术人员而言，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。在针对本专利技术的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本专利技术的限制。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本专利技术的实施方式并不因此限定于以下实施方式。如图1所示，根据本专利技术的一种实施方式，本专利技术的一种基于能量平衡分析的组合体在轨能源管理方法，包括：S1.构建航天器模型并连接为组合体模型，以及获取组合体模型的飞行方案；S2.根据组合体模型和飞行方案获取发电能力曲线，以及根据飞行方案获取负载工作曲线；S3.基于发电能力曲线和负载工作曲线对组合体模型的能量平衡状态进行评估。如图2所示，根据本专利技术的一种实施方式，步骤S1包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于能量平衡分析的组合体在轨能源管理方法，包括：S1.构建航天器模型并连接为组合体模型，以及获取所述组合体模型的飞行方案；S2.根据所述组合体模型和所述飞行方案获取发电能力曲线，以及根据所述飞行方案获取负载工作曲线；S3.基于所述发电能力曲线和所述负载工作曲线对所述组合体模型的能量平衡状态进行评估。

【技术特征摘要】
1.一种基于能量平衡分析的组合体在轨能源管理方法，包括：S1.构建航天器模型并连接为组合体模型，以及获取所述组合体模型的飞行方案；S2.根据所述组合体模型和所述飞行方案获取发电能力曲线，以及根据所述飞行方案获取负载工作曲线；S3.基于所述发电能力曲线和所述负载工作曲线对所述组合体模型的能量平衡状态进行评估。2.根据权利要求1所述的组合体在轨能源管理方法，其特征在于，步骤S1中，包括：S11.根据航天器的实际尺寸构建所述航天器模型，并将所述航天器模型连接为组合体模型，其中，所述航天器模型包括航天器结构模型，用于发电的帆板模型，用于存储电能的蓄电池模型和电源控制模型；S12.获取所述组合体模型的飞行方案，其中，所述飞行方案包括轨道参数、姿态控制方式、帆板控制方式、负载参数和飞行程序。3.根据权利要求2所述的组合体在轨能源管理方法，其特征在于，步骤S2包括：S21.根据所述组合体模型、所述轨道参数、所述姿态控制方式和所述帆板控制方式获取帆板遮挡形状；S22.根据所述帆板遮挡形状和所述轨道参数获取所述发电能力曲线；S23.根据所述负载参数和所述飞行程序获取所述负载工作曲线。4.根据权利要求3所述的组合体在轨能源管理方法，其特征在于，步骤S22包括：S221.根据所述帆板遮挡形状，确定所述帆板模型上各串电池片的遮挡片数；S222.根据各串所述电池片的遮挡片数计算所述帆板模型各串所述电池片的输出电压；S223.若每串所述电池片的输出电压高于所述组合体模型中母线电压及线路压降，或者所述输出电压高于所述组合体模型中蓄电池模型充电电压及线路压降，根据所述轨道参数计算每串所述电池片的发电能力，根据所述发电能力获取...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜文彩，杨宏，何宇，刘宏泰，任筱强，王鹏鹏，梁晓锋，王宏佳，丁锐，杜占超，
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