一种太阳能飞行器集群化光储供电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种太阳能飞行器集群化光储供电系统，属于光储供电系统技术领域，包括光伏电池；其特征在于：至少还包括根据功率需求输出需求功率的M个智能电源模块、将N个智能电源模块进行串并联的串并联供电模块、根据负载的需求进而控制串并联供电网工作状态的出力系数调节模块；所述光伏电池根据参数等级不同划分为多个光伏电池子模块；每个智能电源模块包括：光伏功率输入控制单元，基于光伏最大功率点跟踪算法，获取光伏功率并传递到储能单元及负载；储能单元，在满足负载需求的前提下，将剩余的光伏能量储存起来；功率输出控制单元，实现稳压输出。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能飞行器集群化光储供电系统
本专利技术属于太阳能飞行器供电
，具体涉及一种太阳能飞行器集群化光储供电系统。
技术介绍
太阳能飞行器是使用太阳能作为主要能量来源的，可在高空长时连续飞行的无人驾驶飞机。由于太阳能飞行器具有飞行高度高，滞空时间长，运行成本低等优势，在军事侦察、巡逻预警、高空通信中继、环境监测、科学研究等领域具有广阔的应用前景，是临近空间超长航时飞行器的一个重要发展方向。飞行器能源系统需要兼顾能量平衡、功率平衡、重量平衡三方面要求。能量平衡是指能源系统提供的能量等于飞行消耗的能量，功率平衡是指能源系统输出功率等于系统需用功率，重量平衡是指太阳能飞行器的升力等于其本身的重力。上述三个平衡要求，使得太阳能飞行器供电系统设计与无人机总体设计产生了高相关度和复杂度。实际太阳能飞行器供电系统设计需要考虑电源系统重量及能量损耗的约束、负载特性多种多样、环境因素复杂多变等问题，为供电系统设计和控制带来极大挑战。现有太阳能飞行器光储供电系统的典型结构照搬地面电网的集中式光储供电系统结构，虽然技术成熟，但缺乏灵活性。为了克服集中式光储供电系统的弱点，需要一种网络化、一体化的供电系统设计方法，满足供电系统灵活配置及可靠供电的需求，保障系统安全可靠运行。
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种太阳能飞行器集群化光储供电系统，保证光储供电系统稳定高效运行。本专利技术的目的是提供一种太阳能飞行器集群化光储供电系统，包括：光伏电池；根据功率需求输出需求功率的M个智能电源模块；将N个智能电源模块进行串并联的串并联供电模块、根据负载的需求进而控制串并联供电网工作状态的出力系数调节模块；M和N均为大于2的自然数，且M不小于N；其中，所述光伏电池根据参数等级不同划分为多个光伏电池子模块；每个智能电源模块包括：光伏功率输入控制单元，基于光伏最大功率点跟踪算法，获取光伏功率并传递到储能单元及负载；储能单元，在满足负载需求的前提下，将剩余的光伏能量储存起来；功率输出控制单元，实现稳压输出。进一步，所述参数等级包括电压等级和功率等级；。进一步，每个智能电源模块还包括彼此进行数据交互的通信模块。进一步，所述功率输出控制单元包括DC/DC单元，所述功率输出控制单元通过负反馈调节控制方法实现单模块的稳压输出。进一步，对于串联的多个智能电源模块，通过调节各输出电压实现不同模块按指定比例输出功率。进一步，对于并联输出的多个智能电源模块，通过下垂控制方法实现输出功率比例的调节。进一步，所述M个智能电源模块组成m×n的电源阵列，其中，n个智能电源模块串联为一组，组成一个可控的直流电压源，经过缓冲电感与系统直流母线连接，m个智能电源模块组串并联构成一个智能电源模块阵列，通过母线向负荷供电；m和n均为自然数。进一步，所述出力系数调节模块包括两级控制策略；定义出力指数S，即光伏发电功率、电池荷电状态及负荷状况的函数，适用于电源模块、模块串和模块阵列，并且从底层到高层是代数和的关系，即其中，Sj表示第j个组串的出力指数，Sjk表示第j个组串的第k个模块的出力指数，nj表示第j个组串的模块个数；ST表示模块阵列的出力指数，m为阵列的组串个数；当模块阵列的输出功率PG等于负荷的功率PL，直流母线电压Ug保持在期望值Ug_ref；当PG>PL时，Ug高于Ug_ref；当PG<PL时，Ug低于Ug_ref；以Ug与Ug_ref的差值为输入信号，通过PI调节器获得负荷功率的信息PL，并将信息PL作为模块阵列的功率指令Pg_ref一级控制实现对指定电压和处理系数的跟踪，采用双闭环反馈控制策略，C1和C2分别为电压环和电流环控制器，di为下垂系数；一级控制器以功率输出单元中的MOSFET作为执行单元，通过控制占空比实现控制目标；输出电压以及出力系数给定值由二级控制给出；控制目标表示为：其中，Uoi和Ioi分别为第i个智能电源模块的输出电压和输出电流，Pload为负荷所需功率，δi为第i个智能电源模块的出力系数，满足二级控制通过智能电源模块之间的对等通信，采用分布式控制方法，每个节点单元通过局部信息交互独立地实现智能电源模块间的协同工作；二级控制器对各模块的输出电压、电流进行状态采集，同时需要通讯网络进行数据交互；二级控制器为：di＝g(x1,x2,…,xN,P,Pload)二级控制器以智能电源模块之间状态交互为基础，每个智能电源模块将自身状态(xi，Pi)、通过通信网络获取的邻居模块状态(xj，Pj)作为负反馈控制的参数传入二级控制器，其中，P＝[P1,P2,…,PN]T是每个智能电源的光伏输入功率；通过计算决定响应的第i个智能电源模块的输出电压及出力系数，进而对该智能电源模块输出的功率进行调整。本专利技术具有的优点和积极效果是：1.本专利技术中涉及的光储供电系统由多个智能电源模块(IntelligentSourceModule，ISM)构成，每个模块均包含功率输入模块、储能单元、通信模块以及输出功率控制模块。2.光储能源系统以低压、低功率等级的智能电源模块串并联构成高压、高功率的供电系统，根据串联的智能电压模块个数不同形成多个不同电压等级的母线，构成多母线供电系统结构，满足不同负荷对供电形式的要求。3.控制系统由两级控制构成，包含一级控制和二级控制。一级控制指输出功率控制模块实现稳压输出功能及指定各通道按比例调节输出功率的功能。二级控制采用为网络化协同控制策略，通过智能单元模块之间对等的通讯网络交互实时状态信息，并采用分布式控制策略，根据系统实际工况计算合适的工作点，指定系统的输出电压，并以出力系数的形式给出各智能电源模块的输出功率。避免依赖于中心节点的集中式决策与控制，使供电系统可以满足指定的出力系数以及负荷的用电需求，提供一定的安全冗余度，并具有一定的抗毁能力。附图说明图1为本专利技术优选实施例的结构图；图2为本专利技术优选实施例中智能电源模块基本电路结构图；图3为本专利技术优选实施例中集群化能源网络图；图4为本专利技术优选实施例中集群化光储供电系统实验平台结构图；具体实施方式为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：如图1至图4所示，本专利技术的技术方案为：一种太阳能飞行器集群化光储供电系统，包括：光伏电池；根据功率需求输出需求功率的M个智能电源模块；将N个智能电源模块进行串并联的串并联供电模块、根据负载的需求进而控制串并联供电网工作状态的出力系数调节模块；M和N均为大于2的自然数，且M不小于N；其中，所述光伏电池根据参数等级不同划分为多个光伏电池子模块；每个智能电源模块包括：光伏功率输入控制单元，基于光伏最大功率点跟本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能飞行器集群化光储供电系统，包括光伏电池；其特征在于：至少还包括根据功率需求输出需求功率的M个智能电源模块、将N个智能电源模块进行串并联的串并联供电模块、根据负载的需求进而控制串并联供电网工作状态的出力系数调节模块；M和N均为大于2的自然数，且M不小于N；其中，/n所述光伏电池根据参数等级不同划分为多个光伏电池子模块；/n每个智能电源模块包括：/n光伏功率输入控制单元，基于光伏最大功率点跟踪算法，获取光伏功率并传递到储能单元及负载；/n储能单元，在满足负载需求的前提下，将剩余的光伏能量储存起来；/n功率输出控制单元，实现稳压输出。/n

【技术特征摘要】
1.一种太阳能飞行器集群化光储供电系统，包括光伏电池；其特征在于：至少还包括根据功率需求输出需求功率的M个智能电源模块、将N个智能电源模块进行串并联的串并联供电模块、根据负载的需求进而控制串并联供电网工作状态的出力系数调节模块；M和N均为大于2的自然数，且M不小于N；其中，
所述光伏电池根据参数等级不同划分为多个光伏电池子模块；
每个智能电源模块包括：
光伏功率输入控制单元，基于光伏最大功率点跟踪算法，获取光伏功率并传递到储能单元及负载；
储能单元，在满足负载需求的前提下，将剩余的光伏能量储存起来；
功率输出控制单元，实现稳压输出。


2.根据权利要求1所述的太阳能飞行器集群化光储供电系统，其特征在于，所述参数等级包括电压等级和功率等级；。


3.根据权利要求1所述的太阳能飞行器集群化光储供电系统，其特征在于，每个智能电源模块还包括彼此进行数据交互的通信模块。


4.根据权利要求1所述的太阳能飞行器集群化光储供电系统，其特征在于，所述功率输出控制单元包括DC/DC单元，所述功率输出控制单元通过负反馈调节控制方法实现单模块的稳压输出。


5.根据权利要求1所述的太阳能飞行器集群化光储供电系统，其特征在于，对于串联的多个智能电源模块，通过调节各输出电压实现不同模块按指定比例输出功率。


6.根据权利要求1所述的太阳能飞行器集群化光储供电系统，其特征在于，对于并联输出的多个智能电源模块，通过下垂控制方法实现输出功率比例的调节。


7.根据权利要求1所述的太阳能飞行器集群化光储供电系统，其特征在于，所述M个智能电源模块组成m×n的电源阵列，其中，n个智能电源模块串联为一组，组成一个可控的直流电压源，经过缓冲电感与系统直流母线连接，m个智能电源模块组串并联构成一个智能电源模块阵列，通过母线向负荷供电；m和n均为自然数。


8.根据权利要求1所述的太阳能飞行器集群化光储供电系统，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱立宏，左志强，呼文韬，李钏，吕冬翔，于智航，张志成，孙国瑞，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十八研究所，天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12