本發(fā)明屬于航天技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種遙感衛(wèi)星基于能源狀態(tài)的星上能源調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
航天器能源管理問(wèn)題是經(jīng)典的資源分配優(yōu)化問(wèn)題。供配電系統(tǒng)的短期負(fù)荷分配是供配電系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的一個(gè)重要組成部分，是指在滿足飛行工作模式需求和各種約束條件的前提下，最大限度地利用電能；當(dāng)供配電系統(tǒng)的供電能力不能滿足正常工作的電氣負(fù)載的用電需求，則需要通過(guò)自動(dòng)卸載掉部分電氣負(fù)載的方法，使電氣負(fù)載消耗的功率與電源系統(tǒng)的供電功率相匹配，盡量保證航天器完成飛行工作模式或保證航天器在軌基本運(yùn)行狀態(tài)正常。
對(duì)于一個(gè)空間航天器能源系統(tǒng)，它所能提供的能源數(shù)量是有限的。航天器設(shè)計(jì)初期的功率預(yù)算的主要目的是保證能源系統(tǒng)提供的能源能夠滿足航天器在軌運(yùn)行的各個(gè)時(shí)間段的最大能源需求，保證飛行工作模式的完成。但由于航天器在軌運(yùn)行期間很有可能因?yàn)橥饨缁蜃陨碓驅(qū)е鹿┡潆娤到y(tǒng)供電能力下降，或因?yàn)闈撛诠收蠈?dǎo)致負(fù)載功耗上升超過(guò)功率預(yù)算，因此要求航天器具有自主根據(jù)遙測(cè)數(shù)據(jù)判斷供配電分系統(tǒng)的供電能力和負(fù)載的用電需求，并以最大限度完成飛行工作模式和保證供配電系統(tǒng)安全為目標(biāo)，動(dòng)態(tài)調(diào)度用電負(fù)載的供電情況。
目前遙感衛(wèi)星能源管理的方式主要采用能量平衡預(yù)算的方法。即根據(jù)能源系統(tǒng)配置情況、星上用電負(fù)載負(fù)荷、衛(wèi)星主要工作模式等輸入條件，在地面預(yù)先計(jì)算出蓄電池組放電深度、能量平衡需要圈次、衛(wèi)星不同工作模式下工作時(shí)間限制。這種能源預(yù)算的方法存在較多弊端。
(1)、適用的工作模式存在局限。對(duì)于遙感衛(wèi)星，工作模式復(fù)雜，由于工作模式需求的多樣性，工作模式存在多組合和多變性的特點(diǎn)，地面能源平衡計(jì)算，只能給出某種工作模式的包絡(luò)，無(wú)法根據(jù)負(fù)載工作模式的組合、變化適時(shí)確定能源狀態(tài)。
(2)、計(jì)算準(zhǔn)確性存在偏差。預(yù)算用到的能源系統(tǒng)參數(shù)，主要以地面仿真和測(cè)試、試驗(yàn)的數(shù)據(jù)為輸入條件，和在軌數(shù)據(jù)存在偏差，因此往往采取比較保守的預(yù)算方法，按照最惡劣條件計(jì)算，降低能源利用效率。
(3)、不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能源情況。當(dāng)能源系統(tǒng)出現(xiàn)故障，供電能力降級(jí)時(shí)，地面能源預(yù)算的結(jié)果將不適用，星上無(wú)法實(shí)現(xiàn)自主能源調(diào)度，如果按照預(yù)定的工作模式使用，會(huì)給整星能源帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是：克服現(xiàn)有地面能量平衡預(yù)算的不足，提供了一種可在軌根據(jù)能源系統(tǒng)狀態(tài)和衛(wèi)星工作模式進(jìn)行能源調(diào)度的方法。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種適用于遙感衛(wèi)星基于能源狀態(tài)的星上能源調(diào)度方法，該方法在每個(gè)軌道圈周期執(zhí)行如下步驟：
(1)、在地影期結(jié)束時(shí)刻，計(jì)算蓄電池組放電深度dod，進(jìn)入步驟(2)；
(2)、判斷蓄電池組放電深度dod所處區(qū)間，當(dāng)dod小于預(yù)設(shè)的第一放電深度門限dod1時(shí)，蓄電池組處于正常供電區(qū)，執(zhí)行步驟(3)；當(dāng)大于等于預(yù)設(shè)的第二放電深度門限dod2時(shí)，蓄電池組處于緊急供電區(qū)，執(zhí)行步驟(4)；當(dāng)大于等于預(yù)設(shè)的第一放電深度門限dod1，小于預(yù)設(shè)的第二放電深度門限dod2時(shí)，蓄電池組處于限制供電區(qū)，執(zhí)行步驟(5)；
(3)、遙感衛(wèi)星計(jì)算機(jī)按照地面注入的工作模式順序依次執(zhí)行所有工作模式，直到地影期結(jié)束時(shí)刻，回到步驟(1)重新開始執(zhí)行；
(4)、遙感衛(wèi)星計(jì)算機(jī)禁止執(zhí)行地面注入的所有工作模式，直到某一個(gè)地影期結(jié)束時(shí)刻，蓄電池放電深度dod小于第一放電深度門限dod1時(shí)，回到步驟(1)重新開始執(zhí)行；
(5)、預(yù)算當(dāng)前時(shí)刻到地影期結(jié)束時(shí)刻期間內(nèi)，執(zhí)行完當(dāng)前工作模式所需要的蓄電池組放電深度，如果該蓄電池組放電深度小于預(yù)設(shè)的第二放電深度門限dod2，則正常執(zhí)行該工作模式，并在執(zhí)行下一個(gè)工作模式時(shí)重復(fù)本步驟，直至所有工作模式執(zhí)行完畢回到步驟(1)重新開始執(zhí)行；如果存在某一個(gè)工作模式所需要的蓄電池組放電深度大于等于預(yù)設(shè)的第二放電深度門限dod2，禁止執(zhí)行地面注入的后續(xù)所有工作模式，直到地影期結(jié)束時(shí)刻，回到步驟(1)重新開始執(zhí)行。
所述第一放電深度門限dod1為蓄電池組允許的長(zhǎng)期放電深度，第二放電深度門限dod2為蓄電池組允許的最大放電深度。
預(yù)算當(dāng)前時(shí)刻到地影期結(jié)束時(shí)刻期間內(nèi)，執(zhí)行完當(dāng)前工作模式所需要的蓄電池組放電深度的具體方法為：
如果當(dāng)前時(shí)刻處于光照期，且衛(wèi)星正在執(zhí)行光照期的第n個(gè)工作模式時(shí)，則執(zhí)行如下步驟：
(5.1a)、預(yù)算光照期充電電量q充n：
式中，ii為第i個(gè)工作模式執(zhí)行時(shí)蓄電池組的電流，當(dāng)蓄電池組處于充電工作狀態(tài)時(shí)，ii＝ici，ici為第i個(gè)工作模式執(zhí)行時(shí)蓄電池組的充電電流，當(dāng)蓄電池組處于放電工作狀態(tài)時(shí)，ii＝-idi，idi為第i個(gè)工作模式執(zhí)行時(shí)蓄電池組的放電電流，tg為光照期時(shí)間，tgi為第i個(gè)工作模式執(zhí)行時(shí)蓄電池組充電或者放電時(shí)間，ic0為衛(wèi)星無(wú)工作模式時(shí)蓄電池組充電電流；
(5.2a)、計(jì)算地影期放電電量q放：
式中，η為蓄電池組充電效率，if為地影期沒(méi)有工作模式執(zhí)行時(shí)負(fù)載電流；vbus為衛(wèi)星母線電壓，vd為地影期蓄電池組放電終止電壓，td為地影期時(shí)間；
(5.3a)、預(yù)算當(dāng)前時(shí)刻到地影期結(jié)束時(shí)刻期間內(nèi)執(zhí)行完當(dāng)前工作模式所需要的蓄電池組放電深度：
式中，q為蓄電池組額定容量；
如果當(dāng)前時(shí)刻處于地影期，衛(wèi)星正在執(zhí)行地影期的第k個(gè)工作模式時(shí)則執(zhí)行如下步驟：
(5.1b)、預(yù)算地影期放電電量q放k：
式中，ifj為執(zhí)行地影期第j個(gè)工作模式下的負(fù)載電流，tdj為地影期第j個(gè)工作模式的工作時(shí)間；
(5.2b)、預(yù)算當(dāng)前時(shí)刻到地影期結(jié)束時(shí)刻期間內(nèi)執(zhí)行完當(dāng)前工作模式所需要的蓄電池組放電深度為：
式中，
n為光照期工作模式總個(gè)數(shù)。
所述工作模式對(duì)應(yīng)的工作時(shí)間tgi，i∈[1,n]在地面向衛(wèi)星注入工作模式的同時(shí)注入。
光照期時(shí)間tg、地影期時(shí)間td、光照地影標(biāo)志、母線電壓vbus、光照期電池組充電終止電壓vc、地影期電池組放電終止電壓vd、蓄電池組充電電流ic、蓄電池組放電電流id、負(fù)載電流if均從遙感衛(wèi)星遙測(cè)數(shù)據(jù)中獲得。
蓄電池組充電效率η、蓄電池組額定容量q為地面上注常數(shù)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：
(1)、本發(fā)明劃分了3個(gè)供電區(qū)間，以蓄電池組放電深度作為判讀閾值，，根據(jù)星上狀態(tài)自主調(diào)整計(jì)算結(jié)果，可以及時(shí)進(jìn)行星上能源調(diào)度，防止在發(fā)生能源系統(tǒng)故障、用電負(fù)荷增加情況下對(duì)能源過(guò)度使用，提升了衛(wèi)星能源系統(tǒng)的安全性；
(2)、本發(fā)明提出了基于光照期和地影期工作模式的方法，實(shí)時(shí)預(yù)算當(dāng)前時(shí)刻到下一個(gè)地影期結(jié)束時(shí)刻期間內(nèi)執(zhí)行完后續(xù)工作模式所需要的蓄電池組放電深度，該方法可以實(shí)現(xiàn)多組合、多變化工作模式下的星上能源狀態(tài)自主計(jì)算，相比傳統(tǒng)的按照最惡劣條件、固定工作模式計(jì)算方法，大大提高了星上能源利用率，提升了衛(wèi)星的業(yè)務(wù)能力；
(3)、本發(fā)明采用實(shí)時(shí)采集的遙測(cè)參數(shù)精確計(jì)算蓄電池組容量和預(yù)測(cè)放電深度，采用與現(xiàn)有的地面能源平衡預(yù)算方法相比，可實(shí)時(shí)判斷星上能源系統(tǒng)供電能力及負(fù)載用電負(fù)荷狀態(tài)，能夠精確計(jì)算能源平衡狀態(tài)，避免地面預(yù)算參數(shù)采集不準(zhǔn)確帶來(lái)的計(jì)算偏差。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明能源調(diào)度方法流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明：
如圖1所示，本發(fā)明提供了一種適用于遙感衛(wèi)星基于能源狀態(tài)的星上能源調(diào)度方法，該方法利用星上計(jì)算機(jī)資源，采集能源系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)，計(jì)算能源系統(tǒng)供電狀態(tài)，然后對(duì)即將執(zhí)行的工作模式進(jìn)行判斷，通過(guò)設(shè)定的閾值要求，限制工作模式執(zhí)行的時(shí)間。具體為：
在每個(gè)軌道圈周期執(zhí)行包括如下步驟：
(1)、在地影期結(jié)束時(shí)刻，計(jì)算蓄電池組放電深度dod，進(jìn)入步驟(2)；
衛(wèi)星控制系統(tǒng)向星上計(jì)算機(jī)提供光照(1)和地影(0)狀態(tài)，當(dāng)星上計(jì)算機(jī)檢測(cè)到信號(hào)由0變1時(shí)，星上計(jì)算機(jī)認(rèn)為當(dāng)前時(shí)刻為地影期結(jié)束時(shí)刻，可以計(jì)算蓄電池組放電深度dod。
蓄電池組放電深度dod的計(jì)算公式為：
dod＝qd/q
式中，qd為當(dāng)前時(shí)刻的蓄電池組容量，q為蓄電池組額定容量，為地面注入?yún)?shù)。
qd由蓄電池組充電電流ic、蓄電池組放電電流id、蓄電池組額定容量q計(jì)算得出，公式如下：
qd＝q+η×q充-q放
q充為蓄電池組處于充電工作狀態(tài)時(shí)，蓄電池組當(dāng)前實(shí)時(shí)充電電量；q放為蓄電池組處于充電工作狀態(tài)時(shí)，蓄電池組當(dāng)前實(shí)時(shí)放電電量；衛(wèi)星在軌每次充滿電后，將q充和q放置為零。
(2)、判斷蓄電池組放電深度dod所處區(qū)間，當(dāng)dod小于預(yù)設(shè)的第一放電深度門限dod1時(shí)，蓄電池組放電深度dod處于正常供電區(qū)，執(zhí)行步驟(3)；當(dāng)大于等于預(yù)設(shè)的第二放電深度門限dod2時(shí)，蓄電池組放電深度dod處于緊急供電區(qū)，執(zhí)行步驟(4)；當(dāng)大于等于預(yù)設(shè)的第一放電深度門限dod1，小于預(yù)設(shè)的第二放電深度門限dod2時(shí)，蓄電池組放電深度dod處于限制供電區(qū)，執(zhí)行步驟(5)；所述第一放電深度門限dod1為蓄電池組允許的長(zhǎng)期放電深度，第二放電深度門限dod2為蓄電池組允許的最大放電深度。
不妨假設(shè)蓄電池組的特性dod1為20％，dod2為30％。當(dāng)蓄電池組放電深度小于20％時(shí)，處于正常供電區(qū)；當(dāng)蓄電池組放電深度介于20％和30％之間時(shí)，處于限制供電區(qū)；當(dāng)蓄電池組放電深度大于30％時(shí)，進(jìn)入緊急供電區(qū)。
(3)、正常供電區(qū)的工作模式最為簡(jiǎn)單，對(duì)于衛(wèi)星上注的工作模式不作任何判斷，遙感衛(wèi)星計(jì)算機(jī)按照地面注入的工作模式順序依次執(zhí)行所有工作模式，直到地影期結(jié)束時(shí)刻，回到步驟(1)重新開始執(zhí)行；
(4)、進(jìn)入緊急供電區(qū)后，能源系統(tǒng)儲(chǔ)備處于較低水平，對(duì)于地影時(shí)間較長(zhǎng)的軌道圈，存在能源供給不足的危險(xiǎn)。因此，進(jìn)入緊急供電區(qū)后，遙感衛(wèi)星計(jì)算機(jī)禁止執(zhí)行地面注入的所有工作模式，并對(duì)蓄電池組放電終止容量進(jìn)行判斷，直到某一個(gè)地影期結(jié)束時(shí)刻，放電深度恢復(fù)到dod1以下時(shí)，回到步驟(1)重新開始執(zhí)行。
(5)、預(yù)算當(dāng)前時(shí)刻到地影期結(jié)束時(shí)刻期間內(nèi)，執(zhí)行完當(dāng)前工作模式所需要的蓄電池組放電深度，如果該蓄電池組放電深度小于預(yù)設(shè)的第二放電深度門限dod2，則正常執(zhí)行該工作模式，并在執(zhí)行下一個(gè)工作模式時(shí)重復(fù)本步驟，直至所有工作模式執(zhí)行完畢回到步驟(1)重新開始執(zhí)行；如果存在某一個(gè)工作模式所需要的蓄電池組放電深度大于等于預(yù)設(shè)的第二放電深度門限dod2，禁止執(zhí)行地面注入的后續(xù)所有工作模式，直到地影期結(jié)束時(shí)刻，回到步驟(1)重新開始執(zhí)行。
工作模式分為光照期工作模式1～n，地影期工作模式1～k。計(jì)算機(jī)按照順序依次執(zhí)行完光照期工作模式1～n之后，再依次執(zhí)行地影期工作模式1～k。地面向衛(wèi)星注入工作模式的同時(shí)，按序注入每種工作模式對(duì)應(yīng)的時(shí)間。
預(yù)算當(dāng)前時(shí)刻到地影期結(jié)束時(shí)刻期間內(nèi)，執(zhí)行完當(dāng)前工作模式所需要的蓄電池組放電深度的具體方法為：
如果當(dāng)前時(shí)刻處于光照期，且衛(wèi)星正在執(zhí)行光照期的第n個(gè)工作模式時(shí)，則執(zhí)行如下步驟：
(5.1a)、預(yù)算光照期充電電量q充n：
式中，ii為第i個(gè)工作模式執(zhí)行時(shí)蓄電池組的電流，當(dāng)蓄電池組處于充電工作狀態(tài)時(shí)，ii＝ici，ici為第i個(gè)工作模式執(zhí)行時(shí)蓄電池組的充電電流，為遙測(cè)采集參數(shù)；當(dāng)蓄電池組處于放電工作狀態(tài)時(shí)，ii＝-idi，idi為第i個(gè)工作模式執(zhí)行時(shí)蓄電池組的放電電流，為遙測(cè)采集參數(shù)，tg為光照期時(shí)間，為遙測(cè)采集參數(shù)，tgi為第i個(gè)工作模式執(zhí)行時(shí)蓄電池組充電或者放電時(shí)間，由地面注入，ic0為衛(wèi)星無(wú)工作模式時(shí)蓄電池組充電電流，為遙測(cè)采集參數(shù)；
(5.2a)計(jì)算地影期放電電量q放：
式中，η為蓄電池組充電效率，為地面注入?yún)?shù)，if為地影期沒(méi)有工作模式執(zhí)行時(shí)負(fù)載電流，為遙測(cè)采集參數(shù)；vbus為衛(wèi)星母線電壓，為遙測(cè)采集參數(shù)，vd為地影期蓄電池組放電終止電壓，為遙測(cè)采集參數(shù)，td為地影期時(shí)間，為遙測(cè)采集參數(shù)。
(5.3a)、預(yù)算當(dāng)前時(shí)刻到地影期結(jié)束時(shí)刻期間內(nèi)，執(zhí)行完當(dāng)前工作模式所需要的蓄電池組放電深度：
式中，q為蓄電池組額定容量，為地面注入?yún)?shù)；
如果當(dāng)前時(shí)刻處于地影期，衛(wèi)星正在執(zhí)行地影期的第k個(gè)工作模式時(shí)則執(zhí)行如下步驟：
(5.1b)、預(yù)算地影期放電電量q放k：
式中，ifj為執(zhí)行地影期第j個(gè)工作模式下的負(fù)載電流，為遙測(cè)采集參數(shù)，tdj為地影期第j個(gè)工作模式的工作時(shí)間，由地面注入；
(5.2b)、預(yù)算當(dāng)前時(shí)刻到地影期結(jié)束時(shí)刻期間內(nèi)，執(zhí)行完當(dāng)前工作模式所需要的蓄電池組放電深度為：
式中，
n為光照期工作模式總個(gè)數(shù)。
本發(fā)明說(shuō)明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。