一种可故障重构的双母线电源供电系统及其控制方法与流程

本发明属于航天器供电控制领域，具体涉及一种航天器电源系统及其控制方法。

背景技术：

1、电源系统是航天器上产生、储存、变换、调节和分配电能的航天器分系统，其保证了航天器其余设备的正常工作，如果电源系统发生故障，将会对航天器各个部分的正常运转造成严重的影响。随着航天器使用种类和数量的不断增加，无预案故障出现的可能性也随之增加，这对电源系统的可靠性设计提出了较高的要求，要求电源系统具备故障诊断、故障隔离及故障重构等必要的处置能力。

2、目前绝大部分航天器电源系统仅实现了故障诊断及故障隔离，无故障重构功能。并且多采用卫星电源系统下位机程序实现电源故障诊断及故障隔离，通过信号检测识别单电路或单模块故障，并通过指令切除故障模块的方式实现故障隔离。在能源系统架构方面，多采用单母线或相互独立的多母线供电，仅在配电器形成一条汇集母线。而单母线拓扑系统容错性较差，独立多母线拓扑系统需配备多套设备，系统重量和成本代价较大，仍存在优化空间。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种可故障重构的双母线电源供电系统及其控制方法，能够实现对电能分配通道的重构和故障隔离，规避由于双母线功率不均衡而产生的光伏能源浪费情况。

2、本发明的技术解决方案是：一种可故障重构的双母线电源供电系统，包括太阳翼a、太阳翼b、分流调节器a、分流调节器b、母线a、母线b、蓄电池组a、蓄电池组b、充电开关a、充电开关b、放电开关a、放电开关b、负载a、负载b；太阳翼a和太阳翼b采用太阳翼子阵构建，分流调节器a和分流调节器b采用分流电路构建，分流调节器a中的各分流电路的输出端连接至母线a，分流调节器b中的各分流电路的输出端连接至母线b，分流调节器a中的各分流电路的输入端分两组分别连接至太阳翼b的对应太阳翼子阵以及太阳翼a的对应太阳翼子阵，分流调节器b中的各分流电路的输入端分两组分别连接至太阳翼a的对应太阳翼子阵以及太阳翼b的对应太阳翼子阵；负载a连接在母线a上，负载b连接在母线b上，蓄电池组a的两端分别通过充电开关a和放电开关a连接在母线a上，蓄电池组b的两端分别通过充电开关b和放电开关b连接在母线b上。

3、进一步的，供电系统还包括串联于母线a、母线b之间的级联电路，用于控制母线a、母线b之间级联功率的通断；默认供电状态下，级联电路断开，双母线电源供电系统在非级联状态下作为两套独立的光伏系统工作。

4、进一步的，所述的级联电路在出现以下情况之一时，判断两条母线出现功率分配不均衡，并在遥控指令的控制下闭合，两套独立的光伏系统合二为一：

5、a)母线a负载电流与母线b负载电流平均值差值大于10％；

6、b)太阳翼a电流与太阳翼b电流平均值差值大于10％。

7、优选的，所述的太阳翼a又进一步包括子阵sra1、sra2…sra(n-1)、sran，太阳翼b又进一步包括子阵srb1、srb2…srb(n-1)、srbn；分流调节器a又进一步包括分流电路a1、分流电路a2…分流电路a(n-1)、分流电路an，分流调节器b又进一步包括分流电路b1、分流电路b2…分流电路b(n-1)、分流电路bn；太阳翼a中，子阵sra1输出端与分流电路a1连接，子阵sra2输出端与分流电路b2连接…子阵sra(n-1)输出端与分流电路a(n-1)连接，子阵sran输出端与分流电路bn连接；太阳翼b中，子阵srb1输出端与分流电路b1连接，子阵srb2输出端与分流电路a2连接…子阵srb(n-1)输出端与分流电路b(n-1)连接，子阵srbn输出端与分流电路an连接。

8、进一步的，供电系统还包括充电调节器a和充电调节器b，充电调节器a串联在充电开关a和蓄电池组a之间对蓄电池组a的充电功率进行调节，充电调节器b串联在充电开关b和蓄电池组b之间对蓄电池组b的充电功率进行调节。

9、进一步的，供电系统还包括隔离二极管a和隔离二极管b，隔离二极管a的阳极接放电开关a的一端，隔离二极管a的阴极接母线a，隔离二极管b的阳极接放电开关b的一端，隔离二极管b的阴极接母线b。

10、一种双母线电源供电系统的控制方法，包括：

11、在初始供电状态下，断开级联电路，使得双母线电源供电系统在非级联状态下作为两套独立的光伏系统分别为母线a和母线b供电；

12、通过遥测信号检测，判断两条母线是否出现功率分配不均衡，如果未出现则保持非级联状态；如果出现则通过遥控指令接通级联电路，将两套光伏系统合二为一；

13、在级联状态下，通过指令控制充电开关a、充电开关b的通断来防止蓄电池组电压差互相充电。

14、进一步的，通过指令控制充电开关a、充电开关b的通断来防止蓄电池组电压差互相充电，包括：

15、通过遥控指令将充电开关a及充电开关b设置处于闭合状态；

16、检测蓄电池组a电压、蓄电池组b电压，以及母线a或者母线b的电压，比较母线电压和蓄电池组a电压、蓄电池组b电压的大小，当母线电压小于蓄电池组a电压及蓄电池组b电压时，判定为光照期联合供电及阴影期供电工况，此时进一步判断如果蓄电池组a电压高于蓄电池组b电压，则通过遥控指令断开充电开关b，如果蓄电池组a电压低于蓄电池组b电压，则通过遥控指令断开充电开关a；

17、当退出光照期联合供电及阴影期供电工况时，或当蓄电池组a及蓄电池组b之间电压差小于1％时，通过遥控指令接通充电开关a及充电开关b。

18、本发明与现有技术相比的优点在于：

19、(1)本发明提出的航天器电源供电系统采用太阳电池电路交叉供电拓扑，针对单太阳翼翼可能出现的故障，故障侧其他电源系统单机仍可正常使用，不会直接导致半边母线失效，故障侧母线非余度负载仍可根据飞行器需求实现配电。对于由飞行姿态或其他因素导致的两翼光照条件、遮挡情况等差异引起的两套光伏系统供电功率不均衡的情况，采用交叉供电可将该影响平摊到两条母线，从源头避免两套光伏系统供电的不均衡性；

20、(2)本发明提出的航天器电源供电系统具备级联功能，当某一套光伏系统供电发生异常掉电时，可通过级联开关实现对故障侧负载的供电，完成故障重构。当两条母线出现负载功率不一致的情况时，可通过级联电路完成两光伏系统能源的自主调配，减少不合理的对地分流，避免光伏系统能量浪费。

技术特征：

1.一种可故障重构的双母线电源供电系统，其特征在于：包括太阳翼a、太阳翼b、分流调节器a、分流调节器b、母线a、母线b、蓄电池组a、蓄电池组b、充电开关a、充电开关b、放电开关a、放电开关b、负载a、负载b；太阳翼a和太阳翼b采用太阳翼子阵构建，分流调节器a和分流调节器b采用分流电路构建，分流调节器a中的各分流电路的输出端连接至母线a，分流调节器b中的各分流电路的输出端连接至母线b，分流调节器a中的各分流电路的输入端分两组分别连接至太阳翼b的对应太阳翼子阵以及太阳翼a的对应太阳翼子阵，分流调节器b中的各分流电路的输入端分两组分别连接至太阳翼a的对应太阳翼子阵以及太阳翼b的对应太阳翼子阵；负载a连接在母线a上，负载b连接在母线b上，蓄电池组a的两端分别通过充电开关a和放电开关a连接在母线a上，蓄电池组b的两端分别通过充电开关b和放电开关b连接在母线b上。

2.根据权利要求1所述的一种可故障重构的双母线电源供电系统，其特征在于：还包括串联于母线a、母线b之间的级联电路，用于控制母线a、母线b之间级联功率的通断；默认供电状态下，级联电路断开，双母线电源供电系统在非级联状态下作为两套独立的光伏系统工作。

3.根据权利要求2所述的一种可故障重构的双母线电源供电系统，其特征在于：所述的级联电路在出现以下情况之一时，判断两条母线出现功率分配不均衡，并在遥控指令的控制下闭合，两套独立的光伏系统合二为一：

4.根据权利要求2所述的一种可故障重构的双母线电源供电系统，其特征在于：所述的太阳翼a又进一步包括子阵sra1、sra2…sra(n-1)、sran，太阳翼b又进一步包括子阵srb1、srb2…srb(n-1)、srbn；分流调节器a又进一步包括分流电路a1、分流电路a2…分流电路a(n-1)、分流电路an，分流调节器b又进一步包括分流电路b1、分流电路b2…分流电路b(n-1)、分流电路bn；太阳翼a中，子阵sra1输出端与分流电路a1连接，子阵sra2输出端与分流电路b2连接…子阵sra(n-1)输出端与分流电路a(n-1)连接，子阵sran输出端与分流电路bn连接；太阳翼b中，子阵srb1输出端与分流电路b1连接，子阵srb2输出端与分流电路a2连接…子阵srb(n-1)输出端与分流电路b(n-1)连接，子阵srbn输出端与分流电路an连接。

5.根据权利要求2所述的一种可故障重构的双母线电源供电系统，其特征在于：还包括充电调节器a和充电调节器b，充电调节器a串联在充电开关a和蓄电池组a之间对蓄电池组a的充电功率进行调节，充电调节器b串联在充电开关b和蓄电池组b之间对蓄电池组b的充电功率进行调节。

6.根据权利要求2所述的一种可故障重构的双母线电源供电系统，其特征在于：还包括隔离二极管a和隔离二极管b，隔离二极管a的阳极接放电开关a的一端，隔离二极管a的阴极接母线a，隔离二极管b的阳极接放电开关b的一端，隔离二极管b的阴极接母线b。

7.一种利用权利要求3所述的双母线电源供电系统的控制方法，其特征在于包括：

8.根据权利要求7所述的双母线电源供电系统的控制方法，其特征在于：通过指令控制充电开关a、充电开关b的通断来防止蓄电池组电压差互相充电，包括：

技术总结
一种可故障重构的双母线电源供电系统，太阳翼采用子阵构建，分流调节器采用分流电路构建，分流调节器A中的各分流电路连接至母线A，分流调节器B中的各分流电路连接至母线B，分流调节器A中的各分流电路分两组分别连接至太阳翼B的对应太阳翼子阵以及太阳翼A的对应太阳翼子阵，分流调节器B中的各分流电路的输入端分两组分别连接至太阳翼A的对应太阳翼子阵以及太阳翼B的对应太阳翼子阵；母线A和母线B之间设置级联开关，控制供电系统的供电情况。本发明可实现在电源设备或局部馈线故障情况下，对电能分配通道的重构和故障隔离，确保电气系统的供电可靠性和系统故障冗余能力，还可以规避由于双母线功率不均衡而产生的光伏能源浪费情况。

技术研发人员：张婷婷,高科,张匡,宋楠,金波
受保护的技术使用者：上海空间电源研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1