【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于卫星供配电分系统设计领域，主要涉及适用于复杂轨道和工况的卫星电源系统能量平衡分析方法。
技术介绍
1、按功能分，卫星电源系统一般由发电、储能、调节控制和配电设备组成。在大多数卫星上，分别对应太阳电池阵、蓄电池、电源调节与控制单元和平台和载荷配电器。发电设备受光照产生的电能，通过调节与控制单元的处理，产生稳定的电源母线。电源母线经由配电设备的分配和控制，到达用电设备。当发电设备输出电能不足时，由储能设备释放电能，补充电能到电源母线。
2、卫星电源系统的能量平衡是指在各个阶段内，电源系统可以为用电设备提供满足其用电需求和特性的电能，同时储能设备的能量在一个周期内的消耗与补充取得平衡，这是卫星连续稳定运行的必要条件。
3、在卫星电源系统方案设计阶段，分析设计方案下电源系统的能量平衡情况，是一项至关重要的工作。然而某些用途和轨道的卫星，光照条件、卫星姿态、载荷设备工况及其用电需求相互耦合，传统基于最恶劣情况分析的能量平衡分析方法不再适用。
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种基于图形用户界面的卫星电源系统能量平衡分析方法，为电源系统设计师提供友好的软件工具，提高电源系统能量平衡分析的计算精度、效率和可视化水平，提升卫星研制过程中的数字化水平。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下方案：
3、本专利技术提供一种卫星电源系统能量平衡分析方法，包括以下步骤：
4、s1：基于matlab建立太阳
5、s2：利用matlab gui开发图形用户界面，提供卫星电源系统能量平衡分析工具与电源系统设计师的交互接口；
6、s3：由设计师在所述图形用户界面通过交互接口输入当前电源系统的设计方案，以及用电设备的功率需求数据；
7、s4：根据步骤s3中输入数据，通过对能量流动状态的仿真，对卫星储能设备一定时间段内的能量平衡情况进行分析判断，并给出能量平衡分析的曲线和结论。
8、进一步地，步骤s1中，
9、太阳电池阵模型包含分阵数，电池片效率、尺寸、串并联数参数；
10、蓄电池模型包含单体容量，串并联数，容量衰减率参数；
11、电源调节与控制单元模型包括电池的充放电管理和保护逻辑，以及不同的母线体制，包含母线调节方式、充放电单元的工作效率参数；
12、平台和载荷用电设备模型包含负载功率、配电损耗参数。
13、进一步地，步骤s3中，用户具体输入蓄电池、pcu、太阳电池阵的选型和配置等电源系统的设计参数，其中，
14、蓄电池参数包括：蓄电池组数、单体类型、蓄电池组内阻、电池单体串联数、串并联形式、是否考虑电池失效、仿真开始时电池初始荷电态、单组标称容量、单组出厂测试容量、容量衰减率、自放电系数、光照季搁置荷电态范围；
15、pcu参数包括：母线调节体制、bcr效率、bdr效率、光照季恒流充电挡位、地影季恒流充电挡位；
16、太阳电池阵参数包括：电池片串数、是否考虑电池片失效、衰降率、分阵数、并数/每阵、电池片类型、电池片尺寸。
17、进一步地，步骤s4中，所述结论包括展示分析结果的波形，包含太阳电池阵输出功率和负载功率的波形，储能器件充放电电流波形，储能器件放电深度波形，储能器件电压波形，通过这些波形直观判断卫星电源系统储能器件能量是否平衡。
18、进一步地，所述储能器件为蓄电池。
19、进一步地，在步骤s1前还包括以下步骤：选择仿真分析模式，所述仿真分析模式包括外部导入仿真、单日仿真、一年仿真三种模式。
20、进一步地，在外部导入模式下，太阳电池阵功率数据和负载功率数据均通过外部数据文件读取，仿真的时间长度取决于时间步长和数据长度；其他两种模式下，仿真时间长度分别为24小时和一年，只有负载功率数据由外部数据文件读取；三种模式的时间步长均由设计师根据数据文件的格式自行确定，范围为1秒～1小时；
21、在单日仿真模式下，设计师可以根据需要，选择是否考虑太阳翼的遮挡，如果考虑，工具将可以设置遮挡系数和遮挡时间；此时太阳翼输出功率在遮挡时间段内，功率将按系数折损；单日仿真模式下，可以自定义地影时间，在地影时间段内，太阳翼输出功率将被置0；
22、在一年仿真模式下，工具将根据地球静止轨道地影的情况，即春秋分当日地影最长，长度72min，春秋季地影长度各45天，45天内先逐渐增大后逐渐减小的规律，自主设置地影情况；此模式下不考虑遮挡。
23、进一步地，步骤s1中，建立所述太阳电池阵模型时，
24、在外部导入模式下，太阳电池阵输出功率数据由外部数据文件中直接读取；
25、在单日仿真或一年仿真模式下，通过太阳电池阵选型和配置参数，并根据当前时刻的日地距离，太阳光入射角度等计算得到太阳电池阵输出功率数据；光照期太阳电池阵输出功率等于母线电压和太阳电池阵输出电流的乘积。母线电压等于用户设定的期望值；vm，im，voc，isc分别为最大功率点的电压，电流，开路电压和短路电流，这四个参数由太阳电池片的面积和材料确定，并受到温度，光照强度等影响。vm，im，voc，isc四个参数可以确定太阳电池阵v-i曲线的形状；太阳电池阵输出电流从v-i曲线上取点而来；每一个母线电压，可以得到一个对应的太阳电池阵输出电流。
26、进一步地，步骤s1中，建立所述蓄电池模型时，
27、光照期蓄电池充电电流ich的计算方法为：
28、ich＝(psa-pload)*η1/vbat (1)
29、其中psa为太阳电池阵输出功率，pload为负载功率，vbat为蓄电池端电压，η1为pcu充电效率；
30、地影期蓄电池放电电流idis计算方法：
31、idis＝pload/η2/vbat (2)
32、其中η2为pcu放电效率；
33、蓄电池组电压的计算方法：
34、soc＝1/cbat·∫(ich-idis)dt+soc0 (3)
35、其中soc为蓄电池的荷电态，cbat为电池的额定容量，蓄电池的安时数由充放电电流之差的积分得到，soc0为仿真分析开始时刻电池荷电态的初始值，安时数与开路电压的函数关系可由一次函数近似，系数为k和b，参数k和b由蓄电池试验数据拟合而来，安时数与开路电压的函数关系如下：
36、ebat＝1/k*(soc-b) (4)
37、蓄电池组端电压vbat由开路电压ebat和内阻rbat上的压降组成；
38、vbat＝ebat+(ich-idis)*rbat (5)
39、蓄电池放电深度dod(depth of discharge)的计算方法：<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种卫星电源系统能量平衡分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，用户具体输入蓄电池、PCU、太阳电池阵的选型和配置等电源系统的设计参数，其中，
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中，所述结论包括展示分析结果的波形，包含太阳电池阵输出功率和负载功率的波形，储能器件充放电电流波形，储能器件放电深度波形，储能器件电压波形，通过这些波形直观判断卫星电源系统储能器件能量是否平衡。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述储能器件为蓄电池。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1前还包括以下步骤：选择仿真分析模式，所述仿真分析模式包括外部导入仿真、单日仿真、一年仿真三种模式。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S1中，建立所述太阳电池阵模型时，
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤S1中
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤S1中，建立电源调节与控制单元PCU和平台和载荷用电设备模型时，
...【技术特征摘要】
1.一种卫星电源系统能量平衡分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s1中，
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s3中，用户具体输入蓄电池、pcu、太阳电池阵的选型和配置等电源系统的设计参数，其中，
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s4中，所述结论包括展示分析结果的波形，包含太阳电池阵输出功率和负载功率的波形，储能器件充放电电流波形，储能器件放电深度波形，储能器件电压波形，通过这些波形直观判断卫星电源系统储能器件能量是否平衡。
5.根据权利要求4所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：李康，蒋硕，章玄，贠磊，黄智，赵田，葛斯乔，蒋思越，李楚薇，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。