本發(fā)明涉及能源系統(tǒng)直流變換電路控制技術(shù)，特別涉及一種基于MPPT技術(shù)的控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

國(guó)內(nèi)航天器電源系統(tǒng)都采用的直接能量傳遞DET方式（Direcet Energy Transfer）。直接能量傳遞方式是指太陽(yáng)電池陣和蓄電池組的輸出功率通過(guò)母線直接饋送給平臺(tái)母線負(fù)載，由于有分流調(diào)節(jié)器的分流限壓作用，使太陽(yáng)電池陣工作點(diǎn)固定于母線電壓處，DET方式采用功率余量設(shè)計(jì)過(guò)大方式，一般設(shè)計(jì)超過(guò)實(shí)際需求的20%左右，造成了能量的極大浪費(fèi)。

與DET方式不同，峰值功率跟蹤MPPT方式（Maximum Power Point Tracking）通過(guò)控制太陽(yáng)電池陣的輸出電壓使其工作在峰值功率點(diǎn)附近，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)電池最大功率輸出，可使太陽(yáng)能電池在不同的壽命階段及各種環(huán)境條件下都能輸出的最大功率，滿足航天器的靈活機(jī)動(dòng)、頻繁大電流充電、瞬時(shí)脈沖大功率等方面需求，不僅可以減小太陽(yáng)陣面積和蓄電池組的放電深度，減輕電源的結(jié)構(gòu)重量，延長(zhǎng)蓄電池組的使用壽命，而且有利于溫控和減小航天器的熱控系統(tǒng)壓力等優(yōu)勢(shì)。

應(yīng)用于航天器電源系統(tǒng)中的MPPT技術(shù)需要實(shí)現(xiàn)光照期、陰影期、整個(gè)壽命期間的能量平衡，實(shí)現(xiàn)能量的最大限度利用，不僅需要解決最大功率跟蹤、蓄電池組充放電和全調(diào)節(jié)母線的統(tǒng)一控制問(wèn)題，更重要的是要保證航天系統(tǒng)中電源系統(tǒng)高可靠和穩(wěn)定運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于MPPT技術(shù)的控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)最大功率跟蹤、蓄電池組充放電和全調(diào)節(jié)母線的統(tǒng)一控制，并可同時(shí)保證航天器電源系統(tǒng)的高可靠和穩(wěn)定運(yùn)行。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于MPPT技術(shù)的控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)是，包含：

功率電路模塊，其包含：太陽(yáng)能電池陣、平臺(tái)母線負(fù)載、蓄電池組；

母線采樣電路，其輸入端連接平臺(tái)母線負(fù)載，用于采集平臺(tái)母線負(fù)載電壓；

母線主誤差放大器，其輸入端連接母線采樣電路，將平臺(tái)母線負(fù)載電壓輸入到母線主誤差放大器的負(fù)相端，與同相端的電壓基準(zhǔn)進(jìn)行比較運(yùn)算；

蓄電池組采樣電路，其輸入端連接蓄電池組，用于采集蓄電池組電壓；

蓄電池組誤差放大器，其輸入端連接蓄電池組采樣電路，將蓄電池組電壓輸入到蓄電池組誤差放大器的負(fù)相端，與同相端的電壓基準(zhǔn)進(jìn)行比較運(yùn)算；

充放電控制電路，其輸入端連接母線主誤差放大器、蓄電池組誤差放大器，輸出端連接功率電路模塊；

MPPT控制電路，其輸入端連接母線主誤差放大器，輸出端連接功率電路模塊，用于在非MPPT工作域或MPPT充電工作域或MPPT放電工作域切換。

所述的充放電控制電路包含：

蓄電池恒流恒壓充電控制電路，其輸入端連接母線主誤差放大器和蓄電池組誤差放大器；以及，

蓄電池放電控制電路，其輸入端連接母線主誤差放大器。

如權(quán)利要求2所述的基于MPPT技術(shù)的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的功率電路模塊還包含：

MPPT主功率電路，其輸入端分別連接太陽(yáng)能電池陣和MPPT控制電路，輸入端連接平臺(tái)母線負(fù)載；

充電功率電路，其輸入端分別連接蓄電池恒流恒壓充電控制電路和平臺(tái)母線負(fù)載，輸出端連接蓄電池組；

放電功率電路，其輸入端分別連接蓄電池放電控制電路和蓄電池組，輸出端連接平臺(tái)母線負(fù)載。

當(dāng)所述的太陽(yáng)電池陣電能大于平臺(tái)母線負(fù)載和蓄電池組需求時(shí)，所述的MPPT控制電路工作于非MPPT工作域，且所述的MPPT控制電路使太陽(yáng)電池陣偏離最大功率點(diǎn)。

當(dāng)所述的平臺(tái)母線負(fù)載增加到第一預(yù)設(shè)值時(shí)，所述的MPPT控制電路轉(zhuǎn)換至MPPT充電工作域，控制太陽(yáng)電池陣以最大功率輸出，且蓄電池恒流恒壓充電控制電路控制所述的充電功率電路給蓄電池組充電，蓄電池放電控制電路不工作。

當(dāng)所述的平臺(tái)母線負(fù)載增加到第二預(yù)設(shè)值時(shí)，所說(shuō)的MPPT控制電路會(huì)轉(zhuǎn)換至MPPT放電工作域，控制MPPT主功率電路使太陽(yáng)電池陣以最大功率輸出，充電控制電路不工作，所述的蓄電池放電控制電路控制所述的放電功率電路，使得蓄電池組放電以維持平臺(tái)母線負(fù)載需求，所述的第二預(yù)設(shè)值大于第一預(yù)設(shè)值。

所述的MPPT控制電路通過(guò)取小電路在非MPPT工作域或MPPT充電工作域或MPPT放電工作域切換。

所述的平臺(tái)母線負(fù)載電壓越小，所述的MPPT控制電路控制太陽(yáng)電池陣越偏離最大功率點(diǎn)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明根據(jù)對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行合理邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)不同域間的統(tǒng)一控制，根據(jù)太陽(yáng)電池陣功率輸出情況、平臺(tái)母線載荷功率需求情況以及蓄電池組狀態(tài)等不同工況實(shí)現(xiàn)各種功能模式的自動(dòng)控制切換，最終實(shí)現(xiàn)航天器電源系統(tǒng)的能量合理分配利用，并同時(shí)保證整個(gè)電源系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種基于MPPT技術(shù)的控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；

圖2為本發(fā)明一種基于MPPT技術(shù)的控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，通過(guò)詳細(xì)說(shuō)明一個(gè)較佳的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。

如圖1所示，一種基于MPPT技術(shù)的控制系統(tǒng)，包含：功率電路模塊10，其包含：太陽(yáng)能電池陣11、平臺(tái)母線負(fù)載12、蓄電池組13；母線采樣電路2，其輸入端連接平臺(tái)母線負(fù)載12，用于采集平臺(tái)母線負(fù)載電壓；母線主誤差放大器3，其輸入端連接母線采樣電路2，將平臺(tái)母線負(fù)載電壓輸入到母線主誤差放大器3的負(fù)相端，與同相端的電壓基準(zhǔn)進(jìn)行比較運(yùn)算；蓄電池組采樣電路4，其輸入端連接蓄電池組13，用于采集蓄電池組電壓；蓄電池組誤差放大器5，其輸入端連接蓄電池組采樣電路2，將蓄電池組電壓輸入到蓄電池組誤差放大器5的負(fù)相端，與同相端的電壓基準(zhǔn)進(jìn)行比較運(yùn)算；充放電控制電路，其輸入端連接母線主誤差放大器3、蓄電池組誤差放大器5，輸出端連接功率電路模塊；MPPT控制電路7，其輸入端連接母線主誤差放大器3，輸出端連接功率電路模塊10，所述的MPPT控制電路7在非MPPT工作域或MPPT充電工作域或MPPT放電工作域切換。

上述的充放電控制電路包含：蓄電池恒流恒壓充電控制電路61，其輸入端連接母線主誤差放大器3和蓄電池組誤差放大器5；以及，蓄電池放電控制電路62，其輸入端連接母線主誤差放大器。

上述的功率電路模塊還包含：MPPT主功率電路14，其輸入端分別連接太陽(yáng)能電池陣11和MPPT控制電路7，輸入端連接平臺(tái)母線負(fù)載12；充電功率電路15，其輸入端分別連接蓄電池恒流恒壓充電控制電路61和平臺(tái)母線負(fù)載12，輸出端連接蓄電池組13；放電功率電路16，其輸入端分別連接蓄電池放電控制電路62和蓄電池組13，輸出端連接平臺(tái)母線負(fù)載12。

母線采樣電路2和蓄電池組采樣電路4，設(shè)計(jì)了一個(gè)高精度的采樣電路，通過(guò)高精度電阻分壓，然后經(jīng)過(guò)差分電路進(jìn)行電壓處理采集，該電路直接反映母線電壓的變化，負(fù)載變大母線電壓會(huì)降低，負(fù)載變小母線會(huì)升高。

母線主誤差放大器3是將母線采樣電壓輸入到母線主誤差放大器的負(fù)相端，與同相端的電壓基準(zhǔn)相減后做比例積分運(yùn)算（PI運(yùn)算），運(yùn)算后結(jié)果輸入到各個(gè)控制電路。

MPPT控制電路7是針對(duì)母線電壓以及太陽(yáng)電池電壓、電流進(jìn)行采樣，然后分別與不同的電壓參考值進(jìn)行PI控制調(diào)節(jié)，通過(guò)取小電路實(shí)現(xiàn)在非MPPT工作域或MPPT充電工作域或MPPT放電工作域切換。

蓄電池恒流恒壓充電控制電路61針對(duì)母線電壓、蓄電池電壓、電流進(jìn)行采樣，然后分別與不同電壓參考值進(jìn)行PI控制調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的恒壓恒流以及穩(wěn)母線控制。

蓄電池組誤差放大器5是將蓄電池組電壓輸入到蓄電池組誤差放大器5的負(fù)相端，與同相端的電壓基準(zhǔn)進(jìn)行PI運(yùn)算，運(yùn)算后結(jié)果輸入到充電控制電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的控制。

當(dāng)所述的太陽(yáng)電池陣電能大于平臺(tái)母線負(fù)載12和蓄電池組13需求時(shí)，所述的MPPT控制電路14工作于非MPPT工作域，且所述的MPPT控制電路14使太陽(yáng)電池陣偏離最大功率點(diǎn)。當(dāng)所述的平臺(tái)母線負(fù)載增加到第一預(yù)設(shè)值時(shí)，所述的MPPT控制電路7轉(zhuǎn)換至MPPT充電工作域，控制太陽(yáng)電池陣11以最大功率輸出，且蓄電池恒流恒壓充電控制電路61控制所述的充電功率電路15給蓄電池組13充電，蓄電池放電控制電路62不工作。當(dāng)所述的平臺(tái)母線負(fù)載12增加到第二預(yù)設(shè)值時(shí)，所說(shuō)的MPPT控制電路7會(huì)轉(zhuǎn)換至MPPT放電工作域，控制MPPT主功率電路14使太陽(yáng)電池陣11以最大功率輸出，充電控制電路61不工作，所述的蓄電池放電控制電路62控制所述的放電功率電路16，使得蓄電池組放電以維持平臺(tái)母線負(fù)載12需求，所述的第二預(yù)設(shè)值大于第一預(yù)設(shè)值。

圖2是基于MPPT控制技術(shù)的控制系統(tǒng)工作狀態(tài)圖，橫坐標(biāo)是平臺(tái)母線負(fù)載增加程度，縱坐標(biāo)是母線電壓變化值。

圖1中的系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)的功能為附圖2所示功能。為了詳細(xì)說(shuō)明工作過(guò)程，將結(jié)合圖2進(jìn)行工作分析，并將其分為a到f分為5段，分別代表不同的負(fù)載情況。當(dāng)平臺(tái)母線負(fù)載電壓處于（f，e）電壓范圍內(nèi)， MPPT控制電路7處于非MPPT域，此時(shí)太陽(yáng)電池陣能量大于負(fù)載和蓄電池需求，MPPT控制電路控制MPPT主功率電路不再追蹤太陽(yáng)陣的最大功率，而是穩(wěn)定平臺(tái)母線負(fù)載電壓，保證平臺(tái)負(fù)載的穩(wěn)定運(yùn)行，此時(shí)太陽(yáng)電池陣偏離最大功率點(diǎn)，其工作點(diǎn)由負(fù)載大小決定，負(fù)載越小，其越偏離最大功率點(diǎn)。平臺(tái)母線電壓（e，d）（c，b）電壓范圍是系統(tǒng)的遲滯區(qū)。當(dāng)平臺(tái)母線電壓下降到（d，c）電壓范圍內(nèi)，MPPT控制電路7控制MPPT主功率電路使太陽(yáng)電池陣工作在最大功率點(diǎn)輸出狀態(tài)，此時(shí)蓄電池恒流恒壓充電控制電路控制充電功率電路實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定平臺(tái)母線電壓。當(dāng)平臺(tái)母線負(fù)載電壓下降到（b，a）電壓范圍內(nèi)，此時(shí)說(shuō)明太陽(yáng)電池陣能量不足，蓄電池組開(kāi)始放電，放電控制電路控制放電功率電路實(shí)現(xiàn)蓄電池放電工作，放電功率電路放電給平臺(tái)母線負(fù)載，并穩(wěn)定平臺(tái)母線電壓，此時(shí)MPPT控制電路7控制MPPT主功率電路使太陽(yáng)陣工作在最大功率點(diǎn)輸出狀態(tài)。

綜上所述，本發(fā)明一種基于MPPT技術(shù)的控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)最大功率跟蹤、蓄電池組充放電和全調(diào)節(jié)母線的統(tǒng)一控制，并可同時(shí)保證航天器電源系統(tǒng)的高可靠和穩(wěn)定運(yùn)行。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。