可自主重构的飞艇的能源系统和飞艇技术方案

本发明专利技术涉及飞行器的光伏装置技术领域，公开了一种可自主重构的飞艇的能源系统和飞艇，该飞艇的能源系统包括：光伏阵列；重构计算模块，用于根据飞行状态和辐照强度，计算光伏阵列的重构串并联结构；其中，光伏阵列重构后的串并联结构中任一行的光伏组件的总辐照强度和其他行的光伏组件的辐照强度的差值不大于预设差值阈值；重构控制模块，用于根据光伏阵列的重构串并联结构，生成串并联构建电路的重构信号；串并联构建电路，用于响应重构信号构建光伏阵列中光伏组件的串并联结构

【技术实现步骤摘要】
可自主重构的飞艇的能源系统和飞艇


[0001]本专利技术涉及飞行器的光伏能源
，尤其涉及一种可自主重构的飞艇的能源系统和飞艇
。

技术介绍

[0002]近年来，以太阳能飞机
、
飞艇
(
如平流层飞艇
)
和高空气球为主的平流层飞行平台得到讯速发展
。
相较于太阳能飞机和高空气球，飞艇兼具机动性
、
可操控性和长时高度保持能力，同时具有以上两种飞行器不具备的大载荷能力，更适用于执行区域驻留
、
对地监测和通信中继等任务
。
飞艇为满足长航时飞行要求，需要通过循环能源系统持续为艇载电系统和推进系统供电，循环能源系统的供电能力和供电稳定性对于提升飞艇的抗风能力和延长其航时至关重要
。
[0003]辐照分布不均匀导致的失配损失会严重影响光伏阵列输出功率，严重的会产生局部热斑导致太阳能电池板烧蚀
。
对于地面光伏系统，随机阴影是造成不均匀辐照的主要因素；但对于光伏阵列，由于太阳能电池板是沿艇体表面随形布置的，整体为一个曲面，每个时刻不同位置处的辐照强度均不同，因此失配损失是持续存在且时变的，这会严重降低光伏阵列的输出功率，导致飞艇抗风驻留和机动能力减弱
。
如何通过拓扑结构优化消除失配损失对于光伏阵列输出功率的影响是提升循环能源系统的供电能力和供电稳定性是关键问题，目前此问题和解决方案尚未被提出
。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种可自主重构的飞艇的能源系统和飞艇，以有效解决光伏阵列的失配损失问题，可消除失配损失导致的光伏阵列输出功率下降以及
P
‑
V
曲线多
MPP
点对于
MPPT
算法的误导效应
。
[0005]第一方面，提供了一种可自主重构的飞艇的能源系统，包括：
[0006]光伏阵列，包括阵列排布在飞艇的表面的多个光伏组件，所述多个光伏组件的形状适配于所述飞艇的表面；
[0007]重构计算模块，用于获取所述飞艇的飞行状态和所述光伏阵列上的辐照强度，根据所述飞行状态和所述辐照强度，计算所述光伏阵列的重构串并联结构；其中，所述光伏阵列重构后的串并联结构中任一行的光伏组件的总辐照强度和其他行的光伏组件的辐照强度的差值不大于预设差值阈值；
[0008]重构控制模块，与所述重构计算模块连接，用于根据所述光伏阵列的重构串并联结构，生成串并联构建电路的重构信号；
[0009]串并联构建电路，与所述光伏阵列中的各所述光伏组件相连，用于响应所述重构信号构建所述光伏阵列中光伏组件的串并联结构
。
[0010]上述方案中，所述串并联构建电路包括与所述光伏组件一一对应的多个开关组件，各所述开关组件连接在光伏组件与所述重构控制模块之间，所述串并联构建电路根据
所述重构信号控制各开关组件的连接关系
。
[0011]上述方案中，所述开关组件包括第一开关
、
第二开关和复合开关触点；所述第一开关与所述光伏组件的正极相连，所述第二开关与所述光伏组件的负极相连，所述复合开关触点包括多个正极触点和多个负极触点以及一个公共触点；所述第一开关和所述第二开关分别响应所述重构信号与所述复合开关的不同触点的连接，构建所述光伏组件重构后的串并联结构
。
[0012]上述方案中，所述复合开关触点的数量与最大串联的光伏组件电路中所述光伏组件的数量正相关，其中，所述复合开关触点的数量为
2X+1
，包括
X
个正极触点，
X
个负极触点和1个正负极公共触点，最大串联的光伏组件电路中所述光伏组件的数量为
X。
[0013]上述方案中，所述串并联构建电路与所述光伏组件通过功率输出线缆相连
。
[0014]上述方案中，所述飞艇的能源装置还包括储能电池组，所述储能电池组与所述串并联构建电路相连，所述储能电池组和所述串并联构建电路之间连接有
DC/DC
变换器
。
[0015]上述方案中，所述
DC/DC
变换器与所述串并联构建电路通过供电通信复合线缆相连
。
[0016]上述方案中，所述重构计算模块，用于以预设周期获取太阳辐照强度和飞艇的飞行状态；
[0017]将当前周期的所述太阳辐照强度与上一周期的所述太阳辐照强度进行差异对比，将当前周期的所述飞行状态与上一周期的所述飞行状态进行差异对比；
[0018]如果所述太阳辐照强度进行差异对比结果大于预设的第一阈值和
/
或所述飞行状态的差异对比结果大于第二预设阈值，则根据当前周期的所述太阳辐照强度，计算所述光伏阵列的所述光伏组件的重构串并联结构，生成重构控制模块的控制指令
。
[0019]上述方案中，所述重构优化后的光伏阵列的
P
‑
V
曲线呈现单
MPP
点特性
。
[0020]第二方面，提供了一种飞艇，包括：
[0021]飞艇本体；
[0022]所述飞艇本体上设有：
[0023]辐照强度采集模块，用于采集光伏组件上的辐照强度；
[0024]组合惯导，用于采集飞艇的飞行状态；
[0025]以及，上述的可自主重构的飞艇的能源系统
。
[0026]上述可自主重构的飞艇的能源系统和飞艇所实现的方案中，可以通过重构计算模块，根据所述飞行状态和所述辐照强度，计算所述光伏阵列的重构串并联结构，该重构结构使光伏阵列有最优的输出功率，即所述光伏阵列重构后的串并联结构中任一行的光伏组件的总辐照强度和其他行的光伏组件的辐照强度的差值不大于预设差值阈值，然后，重构控制模块根据所述光伏阵列的重构串并联结构，生成串并联构建电路的重构信号，最后串并联构建电路响应所述重构信号构建所述光伏阵列中光伏组件的串并联结构
。
从而实现了光伏阵列的输出特性为当前状态最优，即失配损失最小化
。
在本专利技术中，飞艇的能源系统能够根据当前太阳辐照强度
、
当前飞艇的飞行状态和阵列重构优化确定重构控制模块的控制指令，并根据该控制指令生成串并联构建电路的重构信号，根据该重构信号控制光伏组件组成最佳的串联或并联结构
。
通过重构控制模块实现光伏阵列简单
、
准确
、
快速的重构，以使输出功率达到最佳状态，且阵列的
P
‑
V
曲线呈现单
MPP
点特性
。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例的描述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，在不付本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种可自主重构的飞艇的能源系统，其特征在于，包括：光伏阵列，包括阵列排布在飞艇的表面的多个光伏组件，所述多个光伏组件的形状适配于所述飞艇的表面；重构计算模块，用于获取所述飞艇的飞行状态和所述光伏阵列上的辐照强度，根据所述飞行状态和所述辐照强度，计算所述光伏阵列的重构串并联结构；其中，所述光伏阵列重构后的串并联结构中任一行的光伏组件的总辐照强度和其他行的光伏组件的辐照强度的差值不大于预设差值阈值；重构控制模块，与所述重构计算模块连接，用于根据所述光伏阵列的重构串并联结构，生成串并联构建电路的重构信号；串并联构建电路，与所述光伏阵列中的各所述光伏组件相连，用于响应所述重构信号构建所述光伏阵列中光伏组件的串并联结构
。2.
如权利要求1所述的可自主重构的飞艇的能源系统，其特征在于，所述串并联构建电路包括与所述光伏组件一一对应的多个开关组件，各所述开关组件连接在光伏组件与所述重构控制模块之间，所述串并联构建电路根据所述重构信号控制各开关组件的连接关系
。3.
根据权利要求2所述的可自主重构的飞艇的能源系统，其特征在于，所述开关组件包括第一开关
、
第二开关和复合开关触点；所述第一开关与所述光伏组件的正极相连，所述第二开关与所述光伏组件的负极相连，所述复合开关触点包括多个正极触点和多个负极触点以及一个公共触点；所述第一开关和所述第二开关分别响应所述重构信号与所述复合开关的不同触点的连接，构建所述光伏组件重构后的串并联结构
。4.
根据权利要求3所述的可自主重构的飞艇的能源系统，其特征在于，所述复合开关触点的数量与最大串联的光伏组件电路中所述光伏组件的数量正相关，其中，所述复合开关触点的数量为
2X+1
，包括
X
个正极触点，
X
个负极触点和1个正负极公共触点，最大串...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙康文，山川，祝明，陈天，郭虓，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：