一种高压母线航天器功率并网控制装置的制作方法

1.本发明涉及一种高压母线航天器功率并网控制装置，属于航天器电源技术领域。


背景技术：

2.在单个航天器电源系统中，一般由太阳电池阵通过光电效应发电，在光照期为航天器提供能源，并为蓄电池组充电；蓄电池组则在非光照期为航天器提供能源；当航天器短期功率需求大于太阳电池阵发电功率时，蓄电池组也会作为后备电源参与联合供电。由于光照、温度、负载等条件的不同，导致某些航天器供电功率由较大富裕而另一些航天器供电存在缺口，需要独立的各个航天器电源系统之间能够实现功率并网，由功率富裕的航天器向功率不足的航天器供电。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种高压母线航天器功率并网控制装置，包括双电源母线系统1、双电源母线系统2、高压隔离功率变换电路、并网控制开关k1、k2、k3和k4；双母线电源系统1输出两条高压母线，分别为全调节母线1和不调节脉冲母线1；双母线电源系统2输出两条高压母线，分别为全调节母线2和不调节脉冲母线2；高压隔离功率变换电路采用隔离clllc功率拓扑，实现双母线电源系统1和双母线电源系统2之间的双向功率传输，功率传输方向和传输大小由高压隔离功率变换电路控制；并网控制开关k1、k2、k3和k4用于控制并网工作状态通断。本发明解决了在轨可重构等高压大功率航天器平台的功率并网问题，与现有技术相比，具有控制逻辑简单、可靠，系统功率调节能力强、扩展性好，系统响应速度快等优点。
4.本发明目的通过以下技术方案予以实现：
5.一种高压母线航天器功率并网控制装置，包括双电源母线系统1、双电源母线系统2、高压隔离功率变换电路、四个开关；
6.双母线电源系统1输出两条高压母线，分别为全调节母线1和不调节脉冲母线1，两条高压母线各通过一个开关与高压隔离功率变换电路的正线1连接；双母线电源系统1的母线回线1与高压隔离功率变换电路的回线1连接；
7.双母线电源系统2输出两条高压母线，分别为全调节母线2和不调节脉冲母线2，两条高压母线各通过一个开关与高压隔离功率变换电路的正线2连接；双母线电源系统2的母线回线2与高压隔离功率变换电路的回线2连接；
8.高压隔离功率变换电路，采用隔离clllc功率拓扑，用于双母线电源系统1和双母线电源系统2之间的双向功率传输。
9.优选的，全调节母线1和全调节母线2的输出电压相当，不调节脉冲母线1和不调节脉冲母线2的输出电压相当，全调节母线1和全调节母线2的输出电压，大于不调节脉冲母线1和不调节脉冲母线2的输出电压。
10.优选的，利用四个开关的开闭状态；使得双母线电源系统1和双母线电源系统2的
母线均无功率并网，或，双母线电源系统1和双母线电源系统2之间的单向功率并网或双向功率并网。
11.优选的，双母线电源系统1和双母线电源系统2之间的单向功率并网包括由全调节母线1向不调节脉冲母线2的单向功率并网、全调节母线2向不调节脉冲母线1的单向功率并网。
12.优选的，双母线电源系统1和双母线电源系统2之间的双向功率并网为：全调节母线1和全调节母线2之间的双向功率并网。
13.优选的，高压隔离功率变换电路采用下垂控制，当v
a2
<v
bus1
<v
a1
时，且v
b2
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bus2
<v
b1
时，双母线电源系统1和双母线电源系统2之间无功率并网；当v
a2
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bus1
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a1
时，且v
b4
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bus2
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b3
时，全调节母线1向全调节母线2提供并网功率；当v
a4
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bus1
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a3
时，且v
b4
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bus2
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b3
时，双母线电源系统1和双母线电源系统2之间无功率并网；当v
a4
<v
bus1
<v
a3
时，且v
b2
<v
bus2
<v
b1
时，全调节母线2向全调节母线1提供并网功率；
14.其中，v
bus1
为全调节母线1母线电压，v
bus2
为全调节母线2母线电压，v
a1
为全调节母线1的下垂控制域1a的上限，v
a2
为全调节母线1的下垂控制域1a的下限，v
a3
为全调节母线1的下垂控制域1b的上限，v
a4
为全调节母线1的下垂控制域1b的下限，v
b1
为全调节母线2的下垂控制域2a的上限，v
b2
为全调节母线2的下垂控制域2a的下限，v
b3
为全调节母线2的下垂控制域2b的上限，v
b4
为全调节母线2的下垂控制域2b的下限；
15.下垂控制域1a的电压大于下垂控制域1b的电压；下垂控制域2a的电压大于下垂控制域2b的电压。
16.优选的，v
a2
与v
a3
之间的电压差不小于0.3v，v
b2
与v
b3
之间的电压差不小于0.3v。
17.优选的，全调节母线1和全调节母线2的输出电压为400v～405v；不调节脉冲母线1和不调节脉冲母线2的输出电压为210v～270v。
18.优选的，全调节母线1和全调节母线2的输出电压供给平台负载，不调节脉冲母线1和不调节脉冲母线2的输出电压供给脉冲负载。
19.本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
20.(1)本发明与现有技术相比，通过提出高压母线航天器功率并网控制方法，解决了高压航天器电源系统的功率并网控制方法难题，功率并网调节能力强，对各类负载的响应速度快；
21.(2)本发明与现有技术相比，实现了两个高压航天器电源系统之间的多功能功率并网，包括全调节母线1和全调节母线2的双向功率并网，全调节母线1和不调节脉冲母线2的单向功率并网、全调节母线2和不调节脉冲母线1的单向功率并网；
22.(3)本发明与现有技术相比，高压隔离功率变换器通用化程度高，系统功率扩展性强，可应用大功率sar卫星，在轨可重构卫星平台、核动力航天器、大功率通信卫星等多种类型的空间任务；
23.(4)本发明与现有技术相比，系统控制逻辑简单、可靠。
附图说明
24.图1为本发明一种高压母线航天器功率并网控制装置示意图；
25.图2为本发明一种高压母线航天器功率并网的下垂法控制示意图。
具体实施方式
26.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。
27.实施例1：
28.1、一种高压母线航天器功率并网控制装置，包括双电源母线系统1、双电源母线系统2、高压隔离功率变换电路、并网控制开关k1、k2、k3和k4；其中：
29.双母线电源系统1，输出两条高压母线，分别为全调节母线1和不调节脉冲母线1，用于向双母线电源系统1的用电负载提供功率，全调节母线1连接至并网控制开关k1，不调节脉冲母线1连接至并网控制开关k2，母线回线1连接至高压隔离功率变换器回线1；
30.双母线电源系统2，输出两条高压母线，分别为全调节母线2和不调节脉冲母线2，用于向双母线电源系统1的用电负载提供功率，全调节母线2连接至并网控制开关k3，不调节脉冲母线2连接至并网控制开关k4，母线回线2连接至高压隔离功率变换器回线2；
31.高压隔离功率变换电路，采用隔离clllc功率拓扑，实现双母线电源系统1和双母线电源系统2之间的双向功率传输，功率传输方向和传输大小由硬件电路控制；正线1连接至k1和k2，正线2连接至k3和k4；
32.并网控制开关k1、k2、k3和k4用于控制并网工作状态通断，k1的两端分别连接双母线电源系统1的全调节母线1和高压隔离功率变换电路的正线1；k2的两端分别连接双母线电源系统1的不调节脉冲母线1和高压隔离功率变换电路的正线1；k3的两端分别连接双母线电源系统2的全调节母线2和高压隔离功率变换电路的正线2；k4的两端分别连接双母线电源系统2的不调节脉冲母线2和高压隔离功率变换电路的正线2。
33.优选的，全调节母线1和全调节母线2的输出电压为400v～405v；不调节脉冲母线1和不调节脉冲母线2的输出电压为210v～270v。
34.优选的，当并网控制开关k1、k2、k3和k4处于断开状态时，双母线电源系统1和双母线电源系统2之间无功率并网；
35.当并网控制开关k1和k3处于闭合状态，k2和k4处于断开状态时，双母线电源系统1的全调节母线1和双母线电源系统2的全调节母线2之间实现有条件的双向功率并网；
36.当并网控制开关k1和k4处于闭合状态，k2和k3处于断开状态时，双母线电源系统1和双母线电源系统2之间实现由全调节母线1向不调节脉冲母线2的单向功率并网；
37.当并网控制开关k2和k3处于闭合状态，k1和k4处于断开状态时，双母线电源系统1和双母线电源系统2之间实现全调节母线2向不调节脉冲母线1的单向功率并网。
38.优选的，高压隔离功率变换电路采用下垂控制：当全调节母线1母线电压v
a2
<v
bus1
<v
a1
时，全调节母线2母线电压v
b2
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b1
时，双母线电源系统1和双母线电源系统2之间无功率并网；当全调节母线1母线电压v
a2
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时，全调节母线2母线电压v
b4
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时，全调节母线1向全调节母线2提供并网功率；当全调节母线1母线电压v
a4
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bus1
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a3
时，全调节母线2母线电压v
b4
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bus2
<v
b3
时，双母线电源系统1和双母线电源系统2之间无功率并网；当全调节母线1母线电压v
a4
<v
bus1
<v
a3
时，全调节母线2母线电压v
b2
<v
bus2
<v
b1
时，全调节母线2向全调节母线1提供并网功率。
39.优选的，v
a2
与v
a3
之间的电压差不小于0.3v，v
b2
与v
b3
之间的电压差不小于0.3v。
40.优选的，增加高压隔离功率变换电路的数量，可实现双母线电源系统1和双母线电
源系统2之间并网功率的扩展。
41.实施例2：
42.本发明针对现有技术功率等级不足、扩展性较差、并网功能单一的缺点，提供一种高压母线航天器功率并网控制装置，解决了多个高压航天器电源系统的多种类型母线之间的功率并网难题。下面结合附图对本发明进行详细说明。
43.如图1所示为高压母线航天器功率并网控制装置，包括双电源母线系统1、双电源母线系统2、高压隔离功率变换电路、并网控制开关k1、k2、k3和k4。
44.双母线电源系统1，输出两条高压母线，分别为全调节母线1和不调节脉冲母线1，用于向双母线电源系统1的用电负载提供功率，全调节母线1连接至并网控制开关k1，不调节脉冲母线1连接至并网控制开关k2，母线回线1连接至高压隔离功率变换器回线1；全调节母线1输出电压为400v～405v，不调节脉冲母线1输出电压为210v～270v。
45.双母线电源系统2，输出两条高压母线，分别为全调节母线2和不调节脉冲母线2，用于向双母线电源系统1的用电负载提供功率，全调节母线2连接至并网控制开关k3，不调节脉冲母线2连接至并网控制开关k4，母线回线2连接至高压隔离功率变换器回线2；全调节母线2输出电压为400v～405v，不调节脉冲母线2输出电压为210v～270v。
46.高压隔离功率变换电路，采用隔离clllc功率拓扑，实现双母线电源系统1和双母线电源系统2之间的双向功率传输，功率传输方向和传输大小由硬件电路控制；正线1连接至k1和k2，正线2连接至k3和k4；
47.并网控制开关k1、k2、k3和k4用于控制并网工作状态通断，k1的两端分别连接双母线电源系统1的全调节母线1和高压隔离功率变换电路的正线1；k2的两端分别连接双母线电源系统1的不调节脉冲母线1和高压隔离功率变换电路的正线1；k3的两端分别连接双母线电源系统2的全调节母线2和高压隔离功率变换电路的正线2；k4的两端分别连接双母线电源系统2的不调节脉冲母线2和高压隔离功率变换电路的正线2。
48.高压隔离功率变换电路，由原边电路、副边电路和变压器组成，原边电路包括开关管g1、ga、gb、gc、gd，副边电路包括开关管g2、ge、gf、gg、gh，变压器t。g1为原边电路正线保护开关，g2为副边电路正线保护开关。
49.当功率由原边向副边传输时，通过ga、gb、gc、gd四个开关管的通断控制实现功率传输，ga、gb、gc、gd采用变频控制，ga、gd驱动控制信号相同，gb、gc驱动控制信号相同，ga、gd与gb、gc驱动控制信号互补；变压器t实现电压变换；副边ge、gf、gg、gh四个开关管实现同步整流控制。
50.当功率由副边向原边传输时，通过ge、gf、gg、gh四个开关管的通断控制实现功率传输，ge、gf、gg、gh采用变频控制，ge、gh驱动控制信号相同，gf、gg驱动控制信号相同，ge、gh与gf、gg驱动控制信号互补；变压器t实现电压变换；原边ga、gb、gc、gd四个开关管实现同步整流控制。
51.图2为下垂法控制示意图，当并网控制开关k1和k3处于闭合状态，k2和k4处于断开状态时，双母线电源系统1的全调节母线1和双母线电源系统2的全调节母线2之间实现有条件的双向功率并网；当全调节母线1母线电压v
a2
<v
bus1
<v
a1
时，当全调节母线2母线电压v
b4
<v
bus2
<v
b3
时，全调节母线1向全调节母线2提供并网功率；当全调节母线1母线电压v
a4
<v
bus1
<v
a3
时，当全调节母线2母线电压v
b2
<v
bus2
<v
b1
时，全调节母线2向全调节母线1提供并网功率；
52.当并网控制开关k1和k4处于闭合状态，k2和k3处于断开状态时，双母线电源系统1和双母线电源系统2之间实现由全调节母线1向不调节脉冲母线2的单向功率并网；
53.当并网控制开关k2和k3处于闭合状态，k1和k4处于断开状态时，双母线电源系统1和双母线电源系统2之间实现全调节母线2向不调节脉冲母线1的单向功率并网；
54.v
a2
与v
a3
之间的电压差不小于0.3v，v
b2
与v
b3
之间的电压差不小于0.3v。
55.更进一步的：
56.(1)下垂法控制的高压隔离功率变换电路
57.本发明所涉及的高压隔离功率变换电路，采用下垂法控制，功率双向传输，输入输出隔离，输入电压包括400v和270v两种类型，输出电压包括400v和270v两种类型。
58.(2)全调节母线和不调节母线的双母线输出电源系统
59.本发明涉及的电源系统输出400v平台母线和270v脉冲母线共两条母线，分别应用于平台负载和脉冲负载。平台母线可由多种类型功率调节器并联组成，如太阳功率调节器、蓄电池调节器、并网调节器等；脉冲母线可由蓄电池组和并网调节器并联形成。
60.(3)全调节母线1和全调节母线2的双向功率并网
61.本发明涉及的电源系统1的全调节母线1与电源系统2的全调节母线2，可实现能量共享。当并网控制开关k1和k3处于闭合状态，k2和k4处于断开状态时，全调节母线1和全调节母线2之间实现有条件的双向功率并网；当全调节母线1母线电压v
a2
<v
bus1
<v
a1
时，同时当全调节母线2母线电压v
b4
<v
bus2
<v
b3
时，全调节母线1向全调节母线2提供并网功率；当全调节母线1母线电压v
a4
<v
bus1
<v
a3
时，当全调节母线2母线电压v
b2
<v
bus2
<v
b1
时，全调节母线2向全调节母线1提供并网功率。
62.(4)全调节母线1和不调节脉冲母线2的单向功率并网
63.本发明涉及的电源系统1的全调节母线1与电源系统2的不调节脉冲母线2，可实现单向功率并网。当并网控制开关k1和k4处于闭合状态，k2和k3处于断开状态时，电源系统1和电源系统2之间实现由全调节母线1向不调节脉冲母线2的单向功率并网传输。
64.(5)全调节母线2和不调节脉冲母线1的单向功率并网
65.本发明涉及的电源系统2的全调节母线2与电源系统1的不调节脉冲母线1，可实现单向功率并网。当并网控制开关k2和k3处于闭合状态，k1和k4处于断开状态时，电源系统1和电源系统2之间实现全调节母线2向不调节脉冲母线1的单向功率并网传输；
66.(6)全调节母线和不调节脉冲母线的并网功率扩展
67.本发明涉及的电源系统1和2可通过增加高压隔离功率变换电路的数量实现平台母线和脉冲母线输出功率的扩展。
68.本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
69.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。