空间核电源系统整流装置设计

为满足我国未来深空探测、星表基地等空间任务电源系统的需求,针对空间核电源系统,为解决高压高频输入导致高谐波输出的问题,本文提出了利用12脉波整流器来实现交直流变换。在本文的拓扑结构中,重点研究三相三绕组隔离型变压器、三抽头平衡电抗器及LLC谐振变换器的参数设计。通过三相三绕组隔离型变压器产生30°相位差的两组电压,进而产生12脉波,三抽头平衡电抗器可以改善输出侧的电能质量。本文利用LLC谐振电路实现隔离降压,使输出更稳定,并采用Matlab中的Simulink对提出的拓扑进行仿真验证。验证成功后,对整流装置硬件进行搭建,实现了空间核电源系统整流装置的设计。结果表明:该拓扑不仅可以达到稳定的直流输出,而且具有高功率因数校正的特点。     

空间核电源电力系统功率因数校正技术的研究

为满足我国未来深空探测、星表基地等空间任务电源系统的需求,通过采用基于空间核电源系统的功率因数校正技术来滤除和抑制由发电机产生的谐波,从而提高系统的用电效率。提出一种新型Boost PFC拓扑结构,首先分析变换器的工作原理,之后对工作在连续电流导通模式下的Boost变换器进行建模分析。通过对变换器双环控制中的电压环和电流环进行理论设计和数学推导,从而确定控制环路参数。采用PLECS仿真软件对变换器的控制策略和系统的动态响应进行验证,并实现输入电流对输入电压的零相位正弦化追踪。     

高压大功率S3MPR电源控制器设计与验证

针对航天器平台一级能源变换高压大功率的应用需求,采用并联式DC/DC变换器的最大功率点跟踪(MPPT)拓扑结构,设计一种顺序开关分流最大功率调节(S~3MPR)电源控制器。为了解决传统S~3MPR技术的算法电路复杂、跟踪精度低等问题,兼顾航天器应用环境的特殊性,通过采用模拟电路实现的方式设计出一种基于交错扰动方法的MPPT控制算法电路。该算法可以实现太阳电池阵电压电流输出较大范围内精确跟踪其最大功率输出。研制了5 kW功率(10路太阳电池阵)的原理样机对设计进行试验验证,结果表明:电源控制器性能良好,满足高压大功率航天器平台的应用需求。     

空间核动力平台电力管理系统的设计

空间核动力平台是一种全新的电源推进一体化航天器,其电力系统具有三相交流输出、工况多且复杂、母线电压体制多等特点。为了解决空间核动力平台负载供电诸多难题,通过对系统功能、负载类型、母线体制、组成配置、工作模式、控制机制等方面论证分析,提出了一种新型空间核动力平台电力管理系统架构。其中,变配电系统从硬件实现角度解决了基于布雷顿热电转换系统输出为负载稳态供电问题,自主控制系统从软件控制角度解决了主能源、辅助能源等多能源间流动控制以及负载暂态匹配问题,这为未来空间核动力平台电力管理系统研究工作奠定了基础。     

发电-储能一体化柔性电源系统结构热特性仿真研究

基于柔性薄膜砷化镓(GaAs)太阳电池、全固态薄膜锂电池(TFB)和柔性管理电路组成的发电-储能结构一体化电源系统，可以用作便携式应急电源，也可与无人飞行器、便捷式电子设备、无线传感网络节点等结合，实现自身能源的闭合供给，满足相关装备对电能源全天候、长时间、模块化等多样化应用的需求。但在实际工作中，系统的电转化效率只有30%左右，大部分太阳光的能量经太阳电池吸收后会转化成热，TFB在充电过程中也会发热。电源系统中，柔性太阳电池和TFB采用键合的方式结合，由于薄膜各层材料的热膨胀系数不同，产生的热量会在电源系统内部导致热应力，造成键合材料的分离，甚至破坏整个电源系统。通过计算机模拟柔性电源系统在月球表面环境下的工作状态，建立电源系统结构模型以及热传递数学模型，仿真得到不同结构电源系统工作时的温度场和应力场分布情况，对发电-储能一体化柔性电源系统结构优化和工作状态的掌握具有指导意义。