本發(fā)明屬于航天器供電
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種全電推進(jìn)功率系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：空間全電推進(jìn)技術(shù)因其比沖高、推力控制精度高，可顯著提高有效載荷因數(shù)，降低發(fā)射成本，增加在軌壽命等，在某些領(lǐng)域正日益取代傳統(tǒng)化學(xué)推進(jìn)系統(tǒng)成為空間航天器推進(jìn)平臺(tái)的主流配置。離子電推進(jìn)和霍爾電推進(jìn)是目前研制最為成熟，應(yīng)用最為廣泛的電推進(jìn)產(chǎn)品，其作為主要推進(jìn)系統(tǒng)配置應(yīng)用在大功率航天器平臺(tái)，特別是大功率同步軌道通信衛(wèi)星帶來了顯著的成本和性能優(yōu)勢(shì)，目前主要承擔(dān)航天器的軌道提升以及南北位置保持等任務(wù)。電推進(jìn)功率處理單元(PowerProcessingUnit，PPU)是電推進(jìn)系統(tǒng)的核心子系統(tǒng)之一，其作用是對(duì)航天器的供電功率母線能量進(jìn)行調(diào)節(jié)，為電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的各功能部件(陽極、空心陰極、磁線圈等)提供相應(yīng)電性能匹配的隔離型電源。全電推進(jìn)航天器上一般配置2臺(tái)及以上的電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)和對(duì)應(yīng)數(shù)量的PPU，不同類型的電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)不同的PPU設(shè)計(jì)，現(xiàn)已有一系列成熟的PPU產(chǎn)品。目前絕大部分大功率航天器采用基于S3R、S4R或diversion等架構(gòu)的全調(diào)節(jié)功率母線，由功率調(diào)節(jié)單元(powerconditioningunit,PCU)形成一條統(tǒng)一的功率母線為航天器平臺(tái)上的電推進(jìn)及其它載荷進(jìn)行集中供配電，現(xiàn)PCU也已有成熟的設(shè)計(jì)以及豐富的產(chǎn)品系列。如附圖1所示為傳統(tǒng)大功率全電推進(jìn)航天器平臺(tái)集中供配電示意框圖。傳統(tǒng)全電推進(jìn)航天器平臺(tái)集中供配電方式的優(yōu)點(diǎn)是各功能設(shè)備均有成熟產(chǎn)品且易于采購、管理，供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)繼承性高。但當(dāng)目前大功率全電推進(jìn)系統(tǒng)的總功率提高到航天器總功率的90％左右時(shí)，傳統(tǒng)供配電方式暴露出來的缺點(diǎn)也顯而易見：a)單一母線供配電系統(tǒng)載荷設(shè)備間干擾大。全電推進(jìn)PPU屬于長時(shí)間工作且干擾性極強(qiáng)的載荷設(shè)備，在電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、正常工作過程中存在劇烈的電壓、電流振蕩，該振蕩對(duì)PCU一次功率母線的干擾會(huì)直接影響航天器供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，并干擾航天器上其它載荷設(shè)備的正常工作。b)太陽陣冗余需求大，能量未得到最優(yōu)的利用。太陽陣需要滿足航天器平臺(tái)全壽命周期的能量供給需求，其設(shè)計(jì)要考慮故障、老化等引起的輸出功率降低的影響，因此太陽陣電池需要進(jìn)行冗余配置，同時(shí)一次功率母線PCU的功率需要對(duì)電推進(jìn)電源PPU的功率進(jìn)行冗余配置，因此兩級(jí)冗余配置大大增加了太陽陣電池的配置冗余，進(jìn)而增大了航天器的體積、重量和成本。c)能量變換效率低，航天器平臺(tái)整體熱耗大。從太陽能到電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的能量經(jīng)過兩級(jí)功率變換，導(dǎo)致航天器平臺(tái)整體效率低，所需熱控設(shè)備體積重量大，進(jìn)而引起整個(gè)航天器體積重量增大。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了一種全電推進(jìn)功率系統(tǒng)，通過對(duì)太陽能電池陣、蓄電池組的能量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)形成兩種功率母線：一次功率母線和高壓母線，分別為載荷設(shè)備和電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)供電。本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域主要是全電推進(jìn)航天器電源系統(tǒng)。本發(fā)明具體通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種全電推進(jìn)功率系統(tǒng)，包括功率調(diào)節(jié)與處理單元PCPU，所述PCPU包括高壓變換與分流調(diào)節(jié)模塊HVC_SR、電池充電與放電模塊BCDR、一次功率母線誤差放大器V_MEA、高壓母線誤差放大器HV_MEA和兩種功率母線：一次功率母線VBUS和高壓母線HVBUS；其中，所述HVC_SR模塊的主要功能是對(duì)太陽能電池陣功率進(jìn)行處理，每一個(gè)HVC_SR模塊對(duì)應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的太陽能電池陣單元，其受V_MEA模塊的控制產(chǎn)生非隔離型的分流調(diào)節(jié)功率輸出，受HV_MEA模塊的控制產(chǎn)生隔離型的高壓功率輸出，受最大峰值功率跟蹤MPPT單元的控制將太陽能電池陣以最大功率輸出到VBUS或HVBUS；所述BCDR模塊為蓄電池充放電控制；所述V_MEA模塊對(duì)HVC_SR和BCDR進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)一條穩(wěn)定的一次功率母線為航天器載荷設(shè)備進(jìn)行供電；高壓母線直接從太陽能電池陣取電，通過HV_MEA對(duì)HVC_SR進(jìn)行控制，將太陽能電池陣的能量隔離升壓到副邊，再對(duì)HVC_SR模塊組的隔離副邊進(jìn)行串、并聯(lián)組合形成HVBUS，以滿足不同類型電推進(jìn)系統(tǒng)對(duì)高壓母線電特性和數(shù)量的需求。進(jìn)一步地，所述HV_MEA對(duì)HVC_SR的控制優(yōu)先級(jí)高于V_MEA，即如果HV_MEA對(duì)該太陽能電池陣進(jìn)行能量調(diào)節(jié)，則V_MEA自動(dòng)退出對(duì)該太陽能電池陣的能量調(diào)節(jié)作用。進(jìn)一步地，所述HVC_SR同時(shí)也受能源管理與調(diào)度模塊EMDU對(duì)其的開關(guān)機(jī)的控制。進(jìn)一步地，V_MEA和HV_MEA均可對(duì)HVC_SR模塊進(jìn)行調(diào)節(jié)來穩(wěn)定兩種功率母線，V_MEA通過檢測(cè)Vbus，經(jīng)過閉環(huán)調(diào)節(jié)后輸出誤差電壓信號(hào)VMEA來控制HVC_SR和BCDR的輸出電流，從而穩(wěn)定Vbus；HV_MEA通過檢測(cè)VHbus，經(jīng)過閉環(huán)調(diào)節(jié)后輸出誤差電壓信號(hào)HVMEA來控制HVC_SR模塊的輸出電流以穩(wěn)定HVBUS；有幾條HVBUS，則有對(duì)應(yīng)數(shù)量的HV_MEA；對(duì)太陽能電池陣的能量分配通過域控制方式來實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步地，所述域控制方式具體為：V_MEA和HV_MEA對(duì)每個(gè)太陽能電池陣進(jìn)行控制時(shí)，首先是排在前面的太陽能電池陣先輸出功率，直到采用MPPT控制該陣輸出到最大功率，往下的太陽能電池陣再接著依次輸出功率；當(dāng)所有的太陽能電池陣能量均不足以供給負(fù)載能量或進(jìn)入陰影區(qū)時(shí)，V_MEA控制BCDR工作在放電域來穩(wěn)定Vbus；如果太陽能電池陣能量足夠，則V_MEA工作在S3R域，BCDR受EMDU設(shè)定工作在充電模式為蓄電池組進(jìn)行充電，其余不需要工作的太陽能電池陣受V_MEA控制工作在對(duì)地分流模式。進(jìn)一步地，所述域控制方式通過V_MEA及HV_MEA控制器來實(shí)現(xiàn)，所述控制器主要由三冗余主誤差放大器、多數(shù)表決器和梯形分壓電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。進(jìn)一步地，所述HVC_SR模塊包括：高壓變換子模塊HVC、分流調(diào)節(jié)子模塊SR以及最大功率跟蹤子模塊MPPT；所述分流調(diào)節(jié)子模塊受V_MEA的控制產(chǎn)生非隔離型的分流調(diào)節(jié)功率輸出；所述高壓變換子模塊受HV_MEA的控制產(chǎn)生隔離型的高壓功率輸出；所述最大功率跟蹤子模塊通過對(duì)太陽能電池陣的輸出電壓VSA和輸出電流ISA采樣并進(jìn)行MPPT運(yùn)算，產(chǎn)生MPPT_out信號(hào)分別與V_MEA模塊的輸出信號(hào)和HV_MEA模塊的輸出信號(hào)共同對(duì)HVC_SR模塊進(jìn)行控制。進(jìn)一步地，所述MPPT單元通過對(duì)太陽陣的輸出電壓VSA和輸出電流ISA采樣并進(jìn)行MPPT運(yùn)算，產(chǎn)生MPPT_out信號(hào)分別與V_MEA的輸出信號(hào)和HV_MEA的輸出信號(hào)共同對(duì)HVC_SR模塊進(jìn)行控制，在這三種控制信號(hào)的共同作用下，HVC_SR模塊有如下六種工作狀態(tài)：mode1.對(duì)地分流模式、mode2.對(duì)VBUS分流調(diào)節(jié)模式、mode3.以MPPT對(duì)VBUS供電模式、mode4.對(duì)HVBUS供電調(diào)節(jié)模式、mode5.以MPPT對(duì)HVBUS供電模式、mode6.直通為VBUS供電模式。進(jìn)一步地，高壓母線通過對(duì)HVC_SR模塊隔離副邊的整流部分進(jìn)行串并聯(lián)組合，即可實(shí)現(xiàn)任意電壓、功率需求的高壓母線配置，適用于各種不同的離子和霍爾電推進(jìn)類型對(duì)高壓母線的電壓、功率需求；并聯(lián)的HVC_SR模塊依次從1#、2#、3#……按順序開始工作，隨高壓母線輸出功率的增大，前面的工作模塊處在mode5狀態(tài)，最后的工作模塊處在mode4狀態(tài)，其余模塊受V_MEA的控制工作在mode1-3中的某種狀態(tài)；并聯(lián)的HVC_SR模塊彼此間具備冗余備份功能，在任意一個(gè)模塊發(fā)生故障時(shí)，按順序排在后面的受HV_MEA控制的模塊自動(dòng)切入到高壓母線并聯(lián)工作狀態(tài)中彌補(bǔ)故障模塊的輸出功率。本發(fā)明的有益效果是：1)對(duì)高壓母線的能量供給由傳統(tǒng)的二級(jí)功率變換方式變?yōu)橐患?jí)功率變換方式，效率得到提高；2)高壓母線與一次功率母線隔離，且高壓母線彼此間相互隔離，總體上減少了電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)其它載荷設(shè)備的干擾；3)兩種母線域控制方式以及對(duì)太陽能電池陣的MPPT控制方式的使用，提高了太陽能電池陣能量使用上的靈活性，減少太陽能電池陣的冗余配置。同等太陽能電池陣配置情況下，相比傳統(tǒng)集中供配電方式，PCPU能為電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)提供更多的能量域度，可顯著縮小軌道轉(zhuǎn)移時(shí)間。因此，PCPU的功率變換和能量調(diào)度可更加貼近全電推進(jìn)平臺(tái)的能量供給和使用需求。附圖說明圖1是傳統(tǒng)大功率全電推進(jìn)航天器平臺(tái)集中供配電示意圖；圖2是本發(fā)明的大功率全電推進(jìn)航天器平臺(tái)供配電架構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的全電推進(jìn)功率系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；圖4是HVC_SR主功率拓?fù)浼翱刂平Y(jié)構(gòu)示意圖；圖5是高壓電源副邊HVC_SR模塊并聯(lián)示意圖；圖6是PCDU中V_MEA和HV_MEA分域控制信號(hào)分布圖；圖7是PCPU中V_MEA及HV_MEA控制器功能組成示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖說明及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。附圖1所示的是傳統(tǒng)大功率全電推進(jìn)航天器平臺(tái)集中供配電架構(gòu)，針對(duì)該架構(gòu)采用集中供電配時(shí)出現(xiàn)的問題，本發(fā)明通過改變一次功率母線架構(gòu)并耦合PPU高壓電源的設(shè)計(jì)理念，提出了一種如附圖2所示的全新的適用于大功率全電推進(jìn)航天器平臺(tái)的供配電架構(gòu)——PCPU(powerconditioningandprocessingunit)架構(gòu)。大功率霍爾類全電推進(jìn)中的陽極電源和離子類全電推進(jìn)中的屏柵電源占據(jù)整個(gè)全電推進(jìn)系統(tǒng)所需功率的90％以上，這兩種電源均為高壓電源，不同類型發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓電源的電壓等級(jí)不一樣。傳統(tǒng)的單一調(diào)節(jié)功率母線供配電系統(tǒng)中，PPU的功率僅來源于PCU的功率輸出，當(dāng)全電推進(jìn)系統(tǒng)承擔(dān)航天器的軌道提升或轉(zhuǎn)移任務(wù)時(shí)，PCU輸出的功率將盡可能多的提供給電推進(jìn)系統(tǒng)用來產(chǎn)生更大的推力以縮短推進(jìn)時(shí)間。因此，本發(fā)明的新架構(gòu)的主要設(shè)計(jì)思路是將PPU的大功率高壓母線能量直接前移到從太陽能電池陣取電而不經(jīng)過PCU的能量調(diào)節(jié)，即通過改變?cè)械腜CU集中式供配電架構(gòu)體系，在傳統(tǒng)的航天器一次電源母線架構(gòu)中耦合進(jìn)全電推進(jìn)系統(tǒng)PPU高壓電源的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)出新的適用于全電推進(jìn)的大功率航天器平臺(tái)的供配電系統(tǒng)架構(gòu)PCPU。附圖2中，該P(yáng)CPU架構(gòu)通過對(duì)太陽能電池陣、蓄電池組的能量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)形成兩種功率母線：為其它載荷設(shè)備供電的一次調(diào)節(jié)功率母線(VBUS)和單獨(dú)為電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)供電的高壓母線(HVBUS)，有幾個(gè)電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)則有對(duì)應(yīng)數(shù)量的高壓母線。附圖3為本發(fā)明提出的全電推進(jìn)功率系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖，該全電推進(jìn)功率系統(tǒng)主要包含4種功能模塊：高壓變換與分流調(diào)節(jié)模塊(HighVoltageConvertorandShuntRegulator,HVC_SR)，電池充電與放電模塊(BatteryChargeandDischargeRegulator,BCDR)，一次功率母線誤差放大器(MainErrorAmplifierofregulatedPowerbusinPCU,V_MEA)，高壓母線誤差放大器(MainErrorAmplifierofhighvoltagebusforPPU,HV_MEA)和兩種功率母線：一次功率母線VBUS和高壓母線HVBUS。太陽能電池陣(SolarArrays)是航天器供配電系統(tǒng)的唯一能量來源，通過兩種功率母線對(duì)太陽能利用上的配置設(shè)計(jì)以及HVC_SR對(duì)太陽能電池陣功率變換過程中引入最大峰值功率跟蹤(MaximumPeakPowerTracking,簡稱MPPT)的控制方式，可顯著提高太陽能電池陣的能量利用效率，在同等平臺(tái)及載荷功率需求情況下減少不必要的太陽能電池陣冗余配置。附圖3中，HVC_SR模塊與太陽能電池陣連接，將太陽能電池陣獲得的能量進(jìn)行高壓變換與分流調(diào)節(jié)，高壓母線HVBUS通過HVC_SR模塊從太陽能電池陣取電。采用所述HV_MEA模塊根據(jù)高壓母線HVBUS上的電壓，對(duì)HVC_SR模塊進(jìn)行控制。將太陽能電池陣的能量隔離升壓到副邊，再對(duì)HVC_SR模塊組的隔離副邊進(jìn)行串、并聯(lián)組合形成HVBUS，以滿足不同類型電推進(jìn)系統(tǒng)對(duì)高壓母線電特性和數(shù)量的需求。蓄電池組(Batterys)起到對(duì)能量的存儲(chǔ)調(diào)節(jié)作用，在陽光區(qū)能量充足時(shí)BCDR為蓄電池充電，在陽光區(qū)太陽能電池陣能量不足或在陰影區(qū)時(shí)BCDR可對(duì)蓄電池進(jìn)行放電來提供能量。一次功率母線VBUS在航天器整個(gè)壽命周期內(nèi)要保證絕對(duì)安全可靠的穩(wěn)定輸出，采用V_MEA模塊根據(jù)一次功率母線VBUS的電壓，對(duì)HVC_SR模塊和BCDR模塊進(jìn)行控制，來實(shí)現(xiàn)一條穩(wěn)定的一次調(diào)節(jié)功率母線(regulatedpowerBUS)為航天器載荷設(shè)備進(jìn)行供電。表1所示為PCPU的電性能參數(shù)說明。表1PCPU的電性能參數(shù)說明參數(shù)備注VBUS一次調(diào)節(jié)功率總線電壓PV一次調(diào)節(jié)母線輸出功率VB電池電壓Voc太陽能電池陣開路電壓Isc太陽能電池陣短路電流Vmp太陽能電池陣峰值功率點(diǎn)電壓Imp太陽能電池陣峰值功率點(diǎn)電流ISA_VBUS太陽能電池陣的輸出電壓等于VBUS時(shí)的電流VHV推進(jìn)器的陽極電源電壓PHV陽極電源功率高壓母線條數(shù)N為N個(gè)推進(jìn)器供電鑒于BCDR模塊是非常成熟的設(shè)計(jì)，因此本發(fā)明不再作相關(guān)介紹，僅對(duì)HVC_SR、V_MEA、HV_MEA模塊進(jìn)行重點(diǎn)介紹。HVC_SR模塊的主要功能是對(duì)太陽能電池陣功率進(jìn)行處理。每一個(gè)HVC_SR模塊對(duì)應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的太陽能電池陣單元(SAsection)，其受V_MEA的控制產(chǎn)生非隔離型的分流調(diào)節(jié)功率輸出，受HV_MEA的控制產(chǎn)生隔離型的高壓功率輸出，受MPPT_out的控制將太陽能電池陣以最大功率輸出到VBUS或HVBUS，同時(shí)也受EMDU對(duì)其的開關(guān)機(jī)的控制。如附圖4所示的HVC_SR模塊的主功率拓?fù)浼翱刂平Y(jié)構(gòu)，所述HVC_SR模塊包括高壓變換子模塊HVC、分流調(diào)節(jié)子模塊SR以及最大功率跟蹤子模塊MPPT。V_MEA與域控制(Domaincontrol)中的梯形網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，構(gòu)成對(duì)太陽能電池陣的分流調(diào)節(jié)功能來穩(wěn)定VBUS。HV_MEA與HVC_SR的隔離副邊高壓整流的輸出電流IHVC_out形成閉環(huán)控制來穩(wěn)定HVBUS。HV_MEA對(duì)HVC_SR的控制優(yōu)先級(jí)高于V_MEA，即如果HV_MEA對(duì)該太陽能電池陣進(jìn)行能量調(diào)節(jié)，則V_MEA自動(dòng)退出對(duì)該太陽能電池陣的能量調(diào)節(jié)作用，該控制優(yōu)先級(jí)在HVC_SR模塊內(nèi)部通過硬件電路即已實(shí)現(xiàn)。MPPT子模塊通過對(duì)太陽能電池陣的輸出電壓VSA和輸出電流ISA采樣并進(jìn)行MPPT運(yùn)算，產(chǎn)生MPP_out信號(hào)分別與V_MEA和HV_MEA共同對(duì)HVC_SR模塊進(jìn)行控制。在三種控制信號(hào)的共同作用下，HVC_SR有如下六種工作狀態(tài)：Mode1：對(duì)地分流模式不工作模式，當(dāng)所處太陽能電池陣不需要工作時(shí)，受V_MEA的驅(qū)動(dòng)將該太陽能電池陣的輸出電流直接對(duì)地短路分流，即M1、M2或M3、M4同時(shí)對(duì)地短路，對(duì)地短路電流即為太陽能電池陣的短路電流Isc，此時(shí)該太陽能電池陣對(duì)兩種母線均不輸出能量。Mode2：對(duì)VBUS分流調(diào)節(jié)模式工作在分流開關(guān)調(diào)節(jié)狀態(tài)為VBUS供電并穩(wěn)定VBUS電壓模式。此時(shí)V_MEA起主要閉環(huán)控制作用，其與域控制中的梯形網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，構(gòu)成對(duì)太陽能電池陣的分流調(diào)節(jié)功能來穩(wěn)定VBUS。分流開關(guān)M1、M2或M3、M4被同樣的驅(qū)動(dòng)正反饋網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)來工作在棒棒開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)M5工作在導(dǎo)通狀態(tài)。HVC_SR對(duì)VBUS輸出的功率Pmode2滿足公式(1)，其中DSR為HVC_SR分流調(diào)節(jié)時(shí)的占空比。Pmode2＝DSR·ISA_VBUS·Vbus(1)Mode3：以MPPT對(duì)VBUS供電模式受V_MEA和MPPT_OUT的共同控制工作在直接對(duì)VBUS以最大功率輸出模式，此時(shí)MPPT_out起主要閉環(huán)控制作用，M1、M2或M3、M4工作在PWM狀態(tài)，M5工作在導(dǎo)通狀態(tài)。HVC_SR對(duì)VBUS輸出的功率Pmode3滿足公式(2)，其中ηSR為HVC_SR模塊工作在對(duì)VBUS供電的MPPT模式時(shí)的轉(zhuǎn)換效率。Mode4：對(duì)高壓母線供電調(diào)節(jié)模式工作在隔離閉環(huán)調(diào)節(jié)狀態(tài)為HVBUS供電并穩(wěn)定HVBUS電壓模式。此時(shí)HV_MEA起主要閉環(huán)控制作用，M1、M2、M3、M4工作在PWM狀態(tài)，M5工作在截止?fàn)顟B(tài)。HVC_SR對(duì)HVBUS輸出的功率Pmode5滿足公式(4)，其中GHV為HVC_SR模塊受HV_MEA控制時(shí)的跨導(dǎo)系數(shù)，△VHV_MEA為HV_MEA輸出控制信號(hào)的變化值，n為變壓器T1的匝比，DHVC為開關(guān)管工作占空比，工作在對(duì)HVBUS供電的MPPT模式時(shí)的轉(zhuǎn)換效率。Mode5：以MPPT對(duì)HVBUS供電模式受HV_MEA和MPPT_OUT的共同控制工作在直接對(duì)HVBUS以最大功率輸出模式，此時(shí)MPPT_out起主要閉環(huán)控制作用，M1、M2、M3、M4工作在PWM狀態(tài)，M5工作在截止?fàn)顟B(tài)。HVC_SR對(duì)HVBUS輸出的功率Pmode5滿足公式(4)，其中ηHVC為HVC_SR模塊工作在對(duì)HVBUS供電的MPPT模式時(shí)的轉(zhuǎn)換效率。Pmode5＝ηHVC·PSA_MPP(4)Mode6：直通為VBUS供電模式工作在太陽能電池陣直接為VBUS供電模式。默認(rèn)在HVC_SR內(nèi)部出現(xiàn)開關(guān)管短路、控制失效等故障時(shí)，無論HVC_SR此時(shí)受三種控制信號(hào)中的哪一種控制，M1、M2、M3、M4均立即工作在截止?fàn)顟B(tài)，M5工作在導(dǎo)通狀態(tài)，太陽能電池陣能量直接供給到VBUS，避免一個(gè)太陽能電池陣能量的損失。其對(duì)HVBUS的輸出功率Pmode5為：Pmode6＝ISA_VBUS·VBUS(5)上述1-5種工作模式的實(shí)現(xiàn)全靠域控制方式來實(shí)現(xiàn)，5種工作模式間可以自由快速切換，對(duì)應(yīng)太陽能電池陣能量在兩種功率母線間的快速切換。PCPU架構(gòu)中的高壓母線通過對(duì)HVC_SR模塊隔離副邊的整流部分進(jìn)行串并聯(lián)組合，即可實(shí)現(xiàn)任意電壓、功率需求的高壓母線配置，可適用于各種不同的離子和霍爾電推進(jìn)類型對(duì)高壓母線的電壓、功率需求。如附圖5所示，為M個(gè)HVC_SR模塊進(jìn)行并聯(lián)的示意圖，可實(shí)現(xiàn)表1所要求的高壓母線的電壓和功率需求。并聯(lián)的HVC_SR模塊依次從1#、2#、3#按順序開始工作，隨高壓母線輸出功率的增大，前面的工作模塊處在mode5狀態(tài)，最后的工作模塊處在mode4狀態(tài)，其余模塊受V_MEA的控制工作在mode1-3中的某種狀態(tài)。并聯(lián)的HVC_SR模塊彼此間具備冗余備份功能，在任意一個(gè)模塊發(fā)生故障時(shí)(即工作在mode6狀態(tài))，按順序排在后面的受HV_MEA控制的模塊自動(dòng)切入到高壓母線并聯(lián)工作狀態(tài)中彌補(bǔ)故障模塊的輸出功率。PCPU架構(gòu)中的兩種控制器V_MEA和HV_MEA均可對(duì)HVC_SR模塊進(jìn)行調(diào)節(jié)來穩(wěn)定兩種功率母線，V_MEA通過檢測(cè)Vbus，經(jīng)過閉環(huán)調(diào)節(jié)后輸出誤差電壓信號(hào)VMEA來控制HVC_SR和BCDR的輸出電流，從而穩(wěn)定VBUS。HV_MEA通過檢測(cè)VHbus，經(jīng)過閉環(huán)調(diào)節(jié)后輸出誤差電壓信號(hào)HVMEA來控制HVC_SR模塊的輸出電流以穩(wěn)定HVBUS。有幾條HVBUS，則有對(duì)應(yīng)數(shù)量的HV_MEA。兩種母線控制器對(duì)太陽能電池陣的能量分配通過域控制方式來實(shí)現(xiàn)。如附圖6所示，為PCPU中V_MEA和HV_MEA分域控制信號(hào)分布圖。附圖6中，總共有2m路太陽能電池陣，每路太陽能電池陣通過一個(gè)HVC_SR進(jìn)行能量變換，每個(gè)HVC_SR分別受到V_MEA和HV_MEA的控制。在工作過程中，HVC_SR僅受其中一個(gè)信號(hào)控制，且HV_MEA相比V_MEA對(duì)HVC_SR具有優(yōu)先控制權(quán)。附圖中6所示有2條高壓母線，對(duì)應(yīng)2個(gè)高壓母線控制器HV_MEA1和HV_MEA2。太陽能電池陣S1～S2m-1的能量分配給第一條高壓母線，受HV_MEA1控制，HV_MEA1對(duì)太陽能電池陣的控制從S2m-1開始，隨著高壓母線功率的增大依次往下直到S1陣，考慮到冗余情況下的m路太陽能電池陣的能量大于高壓母線的最大功率需求。太陽能電池陣S2～S2m的能量分配給第二條高壓母線，受HV_MEA2控制，兩條高壓母線對(duì)應(yīng)的太陽能電池陣交叉配置。V_MEA對(duì)太陽能電池陣的控制從S2m開始，隨著負(fù)載功率增大依次往下，當(dāng)兩個(gè)全電推進(jìn)系統(tǒng)開始工作時(shí)，從S2m開始往下的太陽能電池陣受HV_MEA1和HV_MEA2控制，V_MEA退出對(duì)這些陣的能量控制，并依次向下開啟新的太陽能電池陣為VBUS供電。當(dāng)所有的太陽能電池陣能量均不足以供給負(fù)載能量或進(jìn)入陰影區(qū)時(shí)，V_MEA控制BCDR工作在放電域(batterydischargerdomain)來穩(wěn)定VBUS。如果太陽能電池陣能量足夠，則V_MEA工作在S3R域(S3Rdomain)，BCDR受EMDU設(shè)定工作在充電模式為蓄電池組進(jìn)行充電，其余不需要工作的太陽能電池陣受V_MEA控制工作在對(duì)地分流模式(mode1)。V_MEA和HV_MEA對(duì)每個(gè)陣進(jìn)行控制時(shí)，首先是排在前面的太陽能電池陣先輸出功率，直到采用MPPT控制該陣輸出到最大功率，往下的太陽能電池陣再接著依次輸出功率。如此保證了處于工作狀態(tài)的太陽能電池陣盡可能多的輸出能量，從而使得VBUS和HVBUS均為對(duì)方留出了更大的能量調(diào)節(jié)空間。設(shè)VBUS的負(fù)載電流為IVBUS，其以最大功率工作的太陽能電池陣數(shù)量為m1，HVBUS的負(fù)載電流為IHVBUS，其以最大功率工作的太陽能電池陣數(shù)量為m2，則滿足如下關(guān)系式：上述域控制方式通過如附圖7所示的PCPU中的V_MEA及HV_MEA控制器來實(shí)現(xiàn)，圖中所示控制器主要由三冗余主誤差放大器(tripleredundantmainerroramplifier)、多數(shù)表決器(amajorityvoter)和梯形分壓電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，這三個(gè)功能電路可顯著提高控制器的可靠性，已在傳統(tǒng)的基于S3R、S4R等架構(gòu)的PCU中廣泛應(yīng)用，只是不同的架構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)不同的控制器設(shè)計(jì)方式。在PCPU的控制器設(shè)計(jì)中，因VBUS和HVBUS隔離，且兩個(gè)HVBUS之間互相隔離，因此附圖7中有三個(gè)基準(zhǔn)地：HVBUS1的基準(zhǔn)地、HVBUS2的基準(zhǔn)地、VBUS的基準(zhǔn)地，其中VBUS與蓄電池組、太陽能電池陣、梯形電阻網(wǎng)絡(luò)、三取二表決器、所有的HVC_SR模塊的控制器共基準(zhǔn)地。兩種HVBUS控制器的Mainerroramplifier(MEA)與各自的高壓母線共基準(zhǔn)地，其與各自的三取二表決器間分別通過隔離方式(可采用光耦、磁隔離等)進(jìn)行信號(hào)傳輸，形成與V_MEA的控制信號(hào)VMEA共基準(zhǔn)地的控制信號(hào)HVMEA1和HVMEA2。梯形電阻網(wǎng)絡(luò)組成(aladdernetwork)一系列的電阻分壓值，分別從上到下對(duì)應(yīng)所有的2m路太陽能電池陣，即每個(gè)太陽能電池陣對(duì)應(yīng)的HVC_SR對(duì)應(yīng)梯形網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)固定的電阻分壓值。該梯形網(wǎng)絡(luò)的電阻分壓值、控制信號(hào)VMEA，HVMEA1和HVMEA2連接到每個(gè)對(duì)應(yīng)的HVC_SR模塊，VMEA連接到所有的BCDR模塊來實(shí)現(xiàn)對(duì)PCPU的分域控制。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3