一种兼顾多种降交点地方时的能量平衡方法与流程

技术特征：

1.一种兼顾多种降交点地方时的能量平衡方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)为每个降交点地方时确定偏置角度，进而得到每颗卫星偏置后的太阳电池阵入射角；

(2)在步骤(1)的基础上计算最大太阳电池阵入射角，所述最大太阳电池阵入射角满足绝对值最大，且余弦值最小；

(3)根据最大太阳电池阵入射角计算太阳电池阵面积A_SA；

(4)计算不同降交点地方时太阳电池阵输出功率P_SA；

(5)根据不同降交点地方时太阳电池阵输出功率P_SA，计算每颗卫星的总充电电量Q_ch、地影区放电电量Q_dis1和光照区补充放电电量Q_dis2；

(6)根据步骤(5)判断每颗卫星是否满足能量平衡，如果星座中所有卫星均满足能量平衡，则兼顾多种降交点地方时的能量平衡方法结束，否则为每个降交点地方时重新确定偏置角度，重复上述步骤，直到星座中所有卫星均满足能量平衡。

2.根据权利要求1所述的一种兼顾多种降交点地方时的能量平衡方法，其特征在于：所述步骤(1)中第i颗卫星偏置后的太阳电池阵入射角β_i'满足β'_i＝β_i-θ_i，其中β_i为第i颗卫星偏置前的太阳电池阵入射角，θ_i为第i颗卫星降交点地方时的偏置角度。

3.根据权利要求1所述的一种兼顾多种降交点地方时的能量平衡方法，其特征在于：所述步骤(3)中计算太阳电池阵面积A_SA的方法如下：

(3.1)计算寿命末期太阳电池阵最小输出功率P_SE

P_SE＝M×(P_BL+P_BC+P_H)

其中，M表示计算功率裕度，P_BL表示母线最大负载功率，P_BC表示充电功率，P_H表示线路功率损耗；

(3.2)根据母线电压计算每一串电池中电池片数N_S：

N_S＝(V_B+V_L+V_D)/V_mpEOL

其中V_B表示母线电压最大值，V_L表示供电线路损耗压降，V_D表示隔离二极管压降，V_mpEOL表示寿命末期太阳电池阵最大功率点输出电压；

(3.3)计算并联的电池串数N_P：

N_P＝I_L/(I_mpEOL×Fi)

其中I_L表示太阳电池阵输出的最大电流，I_mpEOL表示寿命末期太阳电池阵最大功率点输出电流，Fi表示几何损失因子，为最大太阳电池阵入射角的余弦值；

(3.4)根据串并联电池的总数计算太阳电池阵的面积A_SA：

A_SA＝N_P×N_S×A_C/F_S

其中A_C表示单体电池片的面积，F_S表示布片系数。

4.根据权利要求3所述的一种兼顾多种降交点地方时的能量平衡方法，其特征在于：所述步骤(2.3)中寿命末期太阳电池阵最大功率点输出电压V_mpEOL满足

V_mpEOL＝(V_mp+β_VEOL×△T)×K_VTE×K_VRAD

V_mp表示AM0标准条件下，太阳电池最佳工作点时电压典型参数或实测值，△T＝T－25℃，其中T为太阳电池工作温度，K_VTE表示太阳电池阵电压测试误差因子，β_VEOL表示寿命末期太阳电池电压温度系数，即太阳电池的温度改变1℃时,其输出电压的变化值，K_VRAD表示太阳电池阵电压粒子辐照损失因子。

5.根据权利要求3所述的一种兼顾多种降交点地方时的能量平衡方法，其特征在于：所述步骤(2.3)中寿命末期太阳电池阵最大功率点输出电流I_mpEOL满足

I_mpEOL＝(I_mp+α_IEOL×△T)×K_ITE×K_IRAD×K_IUV

其中I_mp表示AM0标准条件下，太阳电池最佳工作点时电流典型参数或实测值，△T＝T－25℃，其中T为太阳电池工作温度，K_ITE表示太阳电池阵电流测试误差因子，α_IEOL表示太阳电池寿命末期电流温度系数，即太阳电池的温度改变1℃时,其输出电流的变化值，K_IRAD表示太阳电池阵电流粒子辐照损失因子，K_IUV表示太阳电池阵电流紫外辐照损失因子。

6.根据权利要求1所述的一种兼顾多种降交点地方时的能量平衡方法，其特征在于：所述步骤(4)的实现方式为：

第i颗卫星降交点地方时太阳电池阵输出功率P_SA满足：

P_SA＝A_SA×S×δ×cosβ_i'

S是太阳常数，一般取1353W/m²；δ是太阳电池效率；cosβ'_i是第i颗卫星偏置后的太阳电池阵入射角的余弦值，A_SA是太阳电池阵面积。

7.根据权利要求1所述的一种兼顾多种降交点地方时的能量平衡方法，其特征在于：所述步骤(5)的实现方式为：

(7.1)利用如下公式计算第i颗卫星的地影区放电电量Q_dis1：

$Q_{dis1}=\frac{P_{longterm}\×T_{umbra}+P_{short-term1}\×T_{short-term1}+P_{short-term2}\×T_{short-term2}+\mathrm{......}+P_{short-termn}\×T_{short-termn}}{V_{dis}\×{\mathrm{\η}}_{BDR}\×{\mathrm{\η}}_{wire}}$

其中P_longterm是第i颗卫星的长期负载功率，T_umbra是第i颗卫星地影区时间，P_short-term1、P_short-term2和P_short-termn分别是第i颗卫星地影区第1次载荷工作时的短期功率、第2次载荷工作时的短期功率和第n次载荷工作时的短期功率；T_short-term1、T_short-term2和T_short-termn分别是第i颗卫星地影区第1次载荷工作时长、第2次载荷工作时长和第n次载荷工作时长；V_dis是蓄电池组放电电压，η_BDR是放电调节器的额定效率，η_wire是放电线路损耗效率；

(7.2)判断太阳电池阵的输出功率是否满足第i颗卫星总负载功率的需求，如果满足，则光照区补充放电电量Q_dis2＝0，否则利用如下公式计算光照区补充放电电量：

$Q_{dis2}=\frac{(P_{longterm}\×P_{short-term1}-P_{SA})\×T_{short-term1}+(P_{longterm}\×P_{short-term2}-P_{SA})\×T_{short-term2}+\mathrm{......}+(P_{longterm}+P_{short-termm}-P_{SA})\×T_{short-termm}}{V_{dis}\×{\mathrm{\η}}_{BDR}\×{\mathrm{\η}}_{wire}}$

T_short-termm是第i颗卫星光照区第m次载荷工作时长；

(7.3)判断第i颗卫星是采用恒定电流充电还是采用蓄电池组两阶段充电方式，如果采用恒定电流充电，则进入a)，如果采用蓄电池组两阶段充电，则进入b)；

a)利用如下公式计算第i颗卫星的总充电电量Q_ch

$\begin{array}{c}{Q}_{ch}=\[\frac{(P_{SA}-P_{longterm})\×(T_{sunlingt}-T_{shortterm1}-T_{shortterm2}-\mathrm{......}{T}_{shorttermk})+(P_{SA}-P_{longterm}-P_{shortterm1})\×T_{shortterm1}}{V_{ch}\×{\mathrm{\η}}_{C/D}}\\ +\frac{+(P_{SA}-P_{longterm}-P_{shortterm2})\×T_{shortterm2}+\mathrm{......}+(P_{SA}-P_{longterm}-P_{shorttermk})\×T_{shorttermk}}{V_{ch}\×{\mathrm{\η}}_{C/D}}\]\×{\mathrm{\η}}_{BCR}\end{array}$

其中T_sunlight是第i颗卫星光照区时间，P_short-termk是第i颗卫星光照区第k次载荷工作时的短期功率，T_short-termk是卫星光照区第k次载荷工作时长；V_ch是蓄电池组充电电压，η_C/D是蓄电池组充放比；

b)根据如下步骤计算第i颗卫星的总充电电量Q_ch

Step1:利用如下公式计算蓄电池组第二阶段充电时间T_2nd-stage：

T_2nd-stage＝Q_2nd-stage×η_C/D/I_2nd-stage

Step2:利用如下公式计算蓄电池组第一阶段充电电量Q_1st-stage：

Q_1st-stage＝I_1st-stage×(T_longterm-T_2nd-stage)/η_C/D

Step3:利用如下公式计算采用蓄电池组两阶段充电时，第i颗卫星的总充电电量Q_ch：Q_ch＝Q_1st-stage+Q_2nd-stage

其中，Q_2nd-stage是蓄电池组转阶段电量门限，即第二阶段充电电量；I_2nd-stage是蓄电池组第二阶段充电电流，T_longterm是光照区卫星长期负载工作时间，η_C/D是蓄电池组充放比，I_1st-stage是蓄电池组第一阶段充电电流。

8.根据权利要求1所述的一种兼顾多种降交点地方时的能量平衡方法，其特征在于：所述步骤(7.2)中，利用公式P_SA-P_longterm-P_short-term判断太阳电池阵的输出功率是否满足第i颗卫星总负载功率需求，当该公式大于等于0时，太阳电池阵的输出功率满足第i颗卫星总负载功率需求，当该公式小于0时，太阳电池阵的输出功率不满足第i颗卫星总负载功率需求。

9.根据权利要求1所述的一种兼顾多种降交点地方时的能量平衡方法，其特征在于：所述步骤(6)中判断卫星满足能量平衡的方法为：若某颗卫星满足当圈能量平衡或多圈能量平衡，即认为该颗卫星满足能量平衡。

10.根据权利要求9所述的一种兼顾多种降交点地方时的能量平衡方法，其特征在于：当第i颗卫星满足Q_ch-Q_dis1-Q_dis2≥0时，该颗卫星满足当圈能量平衡；

ΔQ_n＝Q_dis1n+Q_dis2n-Q_chn

当第i颗卫星满足Q_chn+1-Q_dis1n+1-Q_dis2n+1-ΔQ_n≥0时，该颗卫星满足多圈能量平衡；

其中，ΔQ_n是第i颗卫星第n圈的欠充电量，Q_dis1n是第i颗卫星在第n圈地影区总放电电量，Q_dis2n是第i颗卫星在第n圈光照区补充放电电量，Q_chn是第i颗卫星在第n圈光照区的总充电电量，Q_dis1n+1是第i颗卫星在第n+1圈地影区总放电电量，Q_dis2n+1是第i颗卫星在第n+1圈光照区补充放电电量，Q_chn+1是第i颗卫星在第n+1圈光照区的总充电电量。