一种太阳能无人飞行器网络化直流微电网系统技术方案

一种太阳能无人飞行器网络化直流微电网系统，所述系统包括：智能电源阵列和功率网关，其中，多个所述智能电源阵列与所述功率网关并联。与传统集中式或分布式能源系统相比，本发明专利技术提出的用于太阳能无人飞行器的网络化直流微电网系统具有模块化、分布式、网络化、智能化等优点，对保证无人飞行器跨昼夜连续飞行具有非常重要的意义。非常重要的意义。非常重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能无人飞行器网络化直流微电网系统


[0001]本专利技术属于无人飞行器能源系统设计领域，具体涉及一种太阳能无人飞行器网络化直流微电网系统。

技术介绍

[0002]能源系统是太阳能无人飞行器的“心脏”，是保障飞行器高效运行、充分发挥其功能的基础。太阳能无人飞行器能源系统由于可利用外部环境自制能量，理论上续航时间几乎不受限制，这为凝视监控、通讯中继等行业带来了颠覆性的发展。太阳能无人飞行器白天的能量来源为太阳能，夜间能量来源为储能电池白天储存的能量。储能电池组供电能力不足、应对多变条件能力不足以及在考虑安全余量情况下有电发不出来是目前制约能源系统跨昼夜运行30天以上的主要问题。飞行器尺度效应(百米级尺度)带来的传输效率降低以及不同位置发电能力差异增加了储能电池不一致的可能性，进一步限制了储能电池组发挥作用。供配电系统在理想情况下虽然是自稳定的，但是高空飞行时边界条件限制、随机干扰因素过多，破坏了系统的自稳定特性，在目前缺乏合适控制策略进行管理的情况下，很容易将小问题进行积累最终造成系统渐进性失控。
[0003]传统集中式能源系统或分布式能源系统将发电、储能、负荷作为独立的环节对待，过于重视各个环节之间的独立性，造成能源系统难以充分利用各环节的特点以及发挥各自的优势，最终导致系统总体效率的降低和重量的增加。更重要的是，传统集中式能源系统或分布式能源系统设计无法解决其与太阳能无人飞行器高效长航时需求之间存在的诸多矛盾，如夜间能量需求与储能电池组放电能力不足之间的矛盾、大尺度布局结构与高效能量传输、均衡发电需求之间的矛盾、载荷用电需求多样化与供电体制单一的矛盾以及稳定供电需求与长时使用环境不可预测之间的矛盾。
[0004]此外，传统飞行器能源系统设计方法采用相互隔离的多母线供电体制，这种结构导致了飞行器能源系统布局碎片化，不利用装备后期的升级维护。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提供了一种太阳能无人飞行器网络化直流微电网系统，所述系统包括：智能电源阵列和功率网关，其中，多个所述智能电源阵列与所述功率网关并联。
[0006]优选地，所述智能电源阵列包括：智能电源模块、负载控制器和负载，其中，所述智能电源模块的第一端与所述负载连接而第二端与所述负载控制器连接，所述负载控制器与所述负载连接。
[0007]优选地，所述智能电源模块包括：光伏控制模块、储能电池组和功率输出模块，其中，所述光伏控制模块的两端与所述储能电池组连接，所述功率输出模块的两端与所述储能电池组连接。
[0008]优选地，所述光伏控制模块包括：太阳电池阵、微处理器、最大功率点跟踪单元、恒
功率输出单元、恒电压输出单元和恒电流输出单元，其中，所述太阳电池阵、所述最大功率点跟踪单元、所述恒功率输出单元、所述恒电压输出单元和所述恒电流输出单元分别与所述微处理器连接。
[0009]优选地，所述恒功率输出单元的输出功率表达式为：
[0010][0011]其中，表示第j个组串的功率，表示模块阵列的功率指令，S
j
表示第j个组串的出力指数，S
T
表示模块阵列的出力指数。
[0012]优选地，所述恒电流输出单元的输出电流表达式为：
[0013][0014]其中，表示通过第j个模块的电流指令，S
j
表示第j个组串的出力指数，S
T
表示模块阵列的出力指数，表示模块阵列的功率指令，U
g
表示直流母线电压。
[0015]优选地，所述恒功率输出单元的占空比表达式为：
[0016][0017]其中，d
i
是第i个输出功率控制单元的占空比，S
i
表示第i个光储通道的出力指数，u
bi
是对应电池组的电压。对于第i个光储通道，u
m
为电感L
s
输入侧的电压。
[0018]优选地，所述恒功率输出单元的占空比表达式为：
[0019][0020]其中，K2表示恒功率输出单元的占空比，L表示电感，u0表示初始电压，T为开关周期。
[0021]与已有专利技术相比，本专利技术的技术特点与效果：
[0022]本申请提供的一种太阳能无人飞行器网络化直流微电网系统具有模块化、分布式设计特点，通过设计智能电源模块并采用多种发电类型、多种储能模式组合的方式，最大限度地满足载运工具及载荷的能量和功率的需求；本专利技术提出多层次多视角的多母线结构，在该结构中首先确立能源动力系统一体化的基础单元，在能源系统布局角度无需考虑母线的划分，而是采用统一布局结构提升系统布局的整体性，各个层次子母线电压均由基础模块按照当前层次载荷需求串、并联构成。
[0023]本专利技术提出的模块化设计带来一系列好处：(1)便于以模块为单位实现状态监测和运行优化，由于规模小、目标明确，功能实现更容易，性能更优越；(2)可降低热管理(散
热/加热)的难度，提高效率；(3)便于大规模复制，产品质量更容易控制；(4)便于系统的规模化扩展，容量的灵活配置和优化；(5)便于实现失效或故障模块的切除，提高系统的可靠性。此外，从宏观层面看，模块化还有利于实现能源控制系统的分布式设计，将其分解为多个相对独立的部分，实现与负载的紧密配置及驱动的有机融合。简约化、标准化的模块，规范化的系统结构，还可以在各种无人飞行器之间通用，降低新型平台的开发难度、缩短研发周期。
[0024]本专利技术设计的太阳能无人飞行器网络化直流微电网系统具有智能化和网络化特点，网络化直流微电网系统将光伏发电、储能电池按一定的负荷需求规模化成组，与负荷一起构成直流微电网子系统，各子系统之间互相连接，形成网络化直流微电网系统。
[0025]本专利技术提出的网络化直流微电网系统设计具有以下优点：(1)使得发电、储能、负荷等环节在一定容量规模、一定电压等级上相对集中，进而缩小太阳能无人飞行器能源系统的规模和空间分布，减少导线使用量；(2)在子系统内部实现了发电、储能和负荷的功能一体化融合，电池的充放电控制由光伏、负荷间接控制，省掉了储能变流器，可以大幅度降低变流器部分的重量；(3)子系统的母线电压由电池决定，省去了一个控制环节，提高了系统的可靠性；(4)电池管理的功能易于集成到子系统中，使储能电池成为一个可感知、可维护的环节，保证系统安全、优化运行。
[0026]综上所述，与传统集中式或分布式能源系统相比，本专利技术提出的用于太阳能无人飞行器的网络化直流微电网系统具有模块化、分布式、网络化、智能化等优点，对保证无人飞行器跨昼夜连续飞行具有非常重要的意义。
附图说明
[0027]图1是本专利技术提供的一种太阳能无人飞行器网络化直流微电网系统的结构示意图；
[0028]图2是本专利技术提供的一种太阳能无人飞行器网络化直流微电网系统中智能电源阵列的结构示意图；
[0029]图3是本专利技术提供的一种太阳能无人飞行器网络化直流微电网系统中智能电源模块的结构示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太阳能无人飞行器网络化直流微电网系统，其特征在于，所述系统包括：智能电源阵列和功率网关，其中，多个所述智能电源阵列与所述功率网关并联。2.根据权利要求1所述的太阳能无人飞行器网络化直流微电网系统，其特征在于，所述智能电源阵列包括：智能电源模块、负载控制器和负载，其中，所述智能电源模块的第一端与所述负载连接而第二端与所述负载控制器连接，所述负载控制器与所述负载连接。3.根据权利要求2所述的太阳能无人飞行器网络化直流微电网系统，其特征在于，所述智能电源模块包括：光伏控制模块、储能电池组和功率输出模块，其中，所述光伏控制模块的两端与所述储能电池组连接，所述功率输出模块的两端与所述储能电池组连接。4.根据权利要求3所述的太阳能无人飞行器网络化直流微电网系统，其特征在于，所述光伏控制模块包括：太阳电池阵、微处理器、最大功率点跟踪单元、恒功率输出单元、恒电压输出单元和恒电流输出单元，其中，所述太阳电池阵、所述最大功率点跟踪单元、所述恒功率输出单元、所述恒电压输出单元和所述恒电流输出单元分别与所述微处理器连接。5.根据权利要求4所述的太阳能无人飞行器网络化直流微电网系统，其特征在于，所述恒功率输出单元的输出功率表达式为：其中，表示第j个组串的功率，表示模块阵列的功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙子路，吕冬翔，仇海波，李钊，钟豪，李钏，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十八研究所，
类型：发明
国别省市：