空间20kW电源控制器研究

鉴于卫星的功率随着有效载荷的需求不断增大,未来卫星电源对高效率、大功率电源控制器的需求将变得迫切。为了实现电源控制器的20 kW功率设计,采用了100 V母线体制,设计了全新的分流调节器、优化了传统蓄电池充放电调节器及基于FPGA的高集成智能管理单元。原理样机能够完成20 kW功率输出,满足未来卫星电源工程化的需求。     

太阳电池分流电路与PCU联试仿真与分析

通过太阳电池阵分流电路与PCU母线调节器联试仿真与分析,建立了三结GaAs太阳电池的电容动态分析模型,验证了太阳电池阵寄生电容对PCU母线调节器的影响,开展实验验证工作,保证太阳电池分流电路和电源控制器的接口兼容性.对以后太阳电池阵及PCU母线调节器的设计提供理论和支持.     

宽输入范围高动态响应放电调节器的研究

针对100V母线电压的电源控制器的放电调节器进行了设计,为了满足放电调节电路宽输入范围、高动态响应的要求,进行了基于精确小信号模型的电压电流双闭环控制环路的设计。通过波特图验证控制回路的稳定性,用仿真验证设计的合理性,最后给出了1.8kW样机的实验结果,验证了理论分析的正确性。     

蓄电池充电调节器的稳健性设计分析

为满足卫星电源蓄电池充电调节器(BCR)高可靠的要求,提出了一种BCR稳健性设计分析方法。首先根据BCR的数学模型,设计了电压外环、电流内环控制器,进而在Saber软件环境下建立了BCR仿真模型,获得了标称设计下的系统性能。考虑温度漂移、器件老化等不利因素,依次进行了BCR电路的灵敏度分析、应力分析、参数扫描分析和最坏情况电路分析。分析结果表明设计的BCR母线电压、电路器件降额均满足设计要求,能够保证系统在空间环境中的可靠工作。     

基于小信号模型的顺序开关分流调节器的研究

对航天器一次电源核心设备电源控制器(PCU)的重要组成部分——顺序开关分流调节器进行了分析研究。结合顺序开关分流调节器的工作原理,通过分析输出母线电压纹波确定了母线电容的选取;建立了顺序开关分流调节器的小信号模型,对系统输出阻抗进行了设计。基于PSIM的仿真和实验结果对所设计的输出阻抗进行了验证。     

高性能伺服控制器算法的研究

为了提高伺服系统的动态性能,在位置环控制器加入前馈控制,并结合PID控制的基本原理设计了一种新型变参数PID调节器,通过matlab仿真与初步的实物平台实验,实验结果表明:设计的前馈控制与变参数PID调节器明显地减少了系统的位置跟随误差,改善了系统性能。     

矢量控制系统的电流解耦及其调节器设计

基于转子磁链定向的动态数学模型,运用非线性解耦线性化理论,设计了非线性解耦控制器抵消定子电流耦合项的影响,实现对定子电流完全解耦。采用调节器典型系统整定方法,设计了转速和电流PI调节器。仿真结果表明,该系统具有良好的稳态和动态性能。     

矢量控制系统的电流解耦及其调节器设计

基于转子磁链定向的动态数学模型,运用非线性解耦线性化理论,设计了非线性解耦控制器抵消定子电流耦合项的影响,实现对定子电流完全解耦。采用调节器典型系统整定方法,设计了转速和电流PI调节器。仿真结果表明,该系统具有良好的稳态和动态性能。     

微小卫星电源系统的母线性能分析

建立以母线为核心的分流器，蓄电池充电调节器（BCR），蓄电池放电调节器（BDR）和太阳阵的交流小信号模型；导出母线动态阻抗、稳定性、瞬态响应和纹波的分析方法，并利用该方法举例分析了某一电源系统的性能。此外，还利用Power Simulation（PSIM）电源系统仿真软件对该电源系统进行了仿真，验证了理论分析方法的正确性。     

高压直流输电单神经元自适应PID控制器的研究

提出了一种适用于高压直流输电系统的单神经元自适应比例-积分-微分调节器(PID)控制器。该控制器与常规的PID控制器相比,由于参数为在线更新,因而更具自适应性;与单纯的神经网络控制器相比,结构简单,在线训练时间短,因此响应速度要快许多。仿真结果表明该控制器能够更好地抑制直流线路电流的增长,改善整流侧和逆变侧交流母线电压的电压振荡,并且响应快速,提高了系统的稳定性。     

基于MPPT技术的电源控制器工程化研究

最大功率点跟踪(MPPT)技术是空间电源技术的一个重要分支,尤其适用于深空探测和低轨道大功率卫星的电推进平台。基于MPPT技术的电源控制器的工程化研究为MPPT技术的工程应用提供了重要的技术支撑。采用顺序开关分流最大功率调节器(S3RMPR)拓扑结构,通过设计合适的电路参数,实现了MPPT母线调压控制。MPPT控制算法采用扰动观察法,以嵌入式软件的形式内置于单片机中。采用Weinberg升压器实现了高稳定度的负载母线调节。对基于MPPT技术的电源控制器的方案选择、方案设计及实验和测试情况进行了阐述。研制的工程样机可满足深空探测、电推进平台等项目的应用需求。     

大容量电池储能电网接入系统

电池储能系统能快速、独立地调节有功/无功,在负荷平定、电能质量治理等方面具有很高的应用价值.介绍100kW储能电池模块电网接入系统的设计,为兆瓦级储能系统的研制提供参考.其中并网逆变器的分相瞬时电流控制可保证不同运行条件下装置对交流电流参考值的准确跟踪;电池侧双向DC/DC电路的双闭环控制可保证电池电流灵活可调;提出2种协调控制策略.电磁暂态仿真及装置实验结果证明了该控制策略的有效性.     

3kW高功率因数高频开关电源的设计

结合开关电源发展的现状,分析和研究了高频和大功率情况下的开关电源实现方案,并对20 kHz/3 kW开关电源的主电路和控制电路进行了理论设计和参数估算.PSPICE软件仿真分析,表明该系统设计可行,性能指标基本满足设计要求.     

基于通信卫星TDMA载荷的电源控制器设计

为满足通信卫星TDMA载荷的动态性能需求,提出了一种大功率电源控制器设计方法,其功率达21.6 kW,功率可扩展,采用100 V母线体制,介绍了其工作原理、模块构成和原理样机测试情况,能够满足未来通信卫星电源工程化的需求。     

100 V母线10 kW级电源控制装置发展初探

为了满足通信卫星的负载功率不断加大的需求,在电源系统设计上采用了高效太阳电池、高比能量蓄电池和高性能电源控制装置(PCU),同时为了降低电流传输损耗,引入了100 V高压母线体制.其中高压大功率电源控制装置是一次电源系统的核心设备,主要功能是完成太阳电池的功率调节和蓄电池的充放电控制.简述了"十五"期间国内100 V母线10 kW级电源控制装置发展概况,论述研制高压大功率电源控制装置的重点和难点.     

S4R最小系统仿真与验证

S4R功率控制技术代表了目前空间电源控制技术的前沿水平,对S4R(Sequential Switching Shunt Series Regulator)功率控制技术最小系统的模块化工作特性和工作模式进行了分析验证。应用Saber仿真工具对S4R最小系统进行了系统仿真,验证了S4R单元模块供电/充电/分流的三态工作模式和模块间的顺序工作关系。     

基于GaN器件大功率双向DC/DC变换器的设计与仿真

介绍了一种新的高功率双向隔离式DC/DC变换器作为高功率转换系统的主要电路。DC/DC变换器使用基于氮化镓(GaN)的功率开关器件。对10 kWGaN大功率DC/DC变换器的拓扑结构进行了优化、参数化和分析,并通过仿真和实验验证了其有效性。它由使用新型的GaN晶体管组成的两个单相全桥电路、两个输入/输出电感和一个高频变压器组成。变压器在实现两个全桥变换器之间的电气隔离方面起着至关重要的作用。使用MATLAB仿真软件对10 kW的变换器进行了建模。MATLAB仿真结果验证了变换器的性能适合于高功率应用并能实现轻负载条件下的零电压开通(ZVS)和零电流关断(ZCS)。然后,设计了一个10 kW的实验原型,以验证所设计拓扑的有效性。     

促进风电消纳的太阳能-燃煤热电联产系统性能研究

冬季供暖期内,因热电冲突带来的供热机组调峰能力受限是中国“三北”地区出现大量弃风现象的主要原因。为促进新能源规模化消纳,以锡林浩特600 MW太阳能-燃煤热电联产系统为研究对象,建立了太阳能集热场、热电联产机组等关键设备数学模型,在实际气象条件及负荷需求下,研究太阳能-燃煤热电联产系统与100 MW风电场的多能协同运行特性及年综合性能。结果表明,相比于原机组,太阳能-燃煤热电联产机组调峰下限可下降150 MW,从而促进风电规模化并网;在配置有51万m²槽式集热场、3 h蓄热罐的情况下,年弃风量从0.21 亿kW·h减少至0.07 亿kW·h,弃风率从7.91%下降至2.70%,下降幅度为62.2%;同时,太阳能集热发电量为1.5 亿kW·h,共可节煤4.9万t/年,减少二氧化碳排放13.2万t/年,效益显著。     

高温燃料电池发电系统研究

介绍燃料电池的分类和应用技术路线,比较各种燃料电池的发电特性,分析高温燃料电池的应用前景。分析表明,固体氧化物燃料电池在大型电厂的应用具有潜在优势。应用稳态模拟软件(AspenPlus)对1000kW SOFC/GT发电系统进行了模拟,模拟结果与WestingHouse 500kW SOFC/GT发电系统设计数据比较吻合,误差小于5%。应用建立的系统模型对影响系统性能的主要参数进行了优化,系统效率提高到51.403%。     

零电压零电流开关PWM大功率机车控制电源设计

分析了电力机车对DC110 V电源的性能要求和技术指标,采用零电压零电流开关(ZVZCS)PWM全桥变换电路作为主拓扑电路设计了一台新型的机午控制电源.对所设汁的软开关电源主电路进行了参数计算及关键元器件的选型;最后建立了 PSpice环境下的仿真模型,并采用所设计的电路试制了一台功率为8 kW、工作频率为20 kHz的机车用开天电源装置.仿真和样机的实验结果均表明该设计是正确而有效的.