CN110556890B - 一种卫星旋转期间的能量平衡判定方法、系统及介质 - Google Patents

一种卫星旋转期间的能量平衡判定方法、系统及介质 Download PDF

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Abstract

一种卫星旋转期间的能量平衡判定方法、系统及介质，属于通信卫星技术领域。本发明利用旋转期间，太阳翼未展开，受照角度呈现出周期规律性变化，太阳翼功率输出也随之周期规律变化，把周期性变化规律进行抽象成数学公式，计算单个完整周期的平均输出功率，进一步根据整星负载情况，计算蓄电池的放电深度及充电电流，评估整星能量平衡情况。

Description

一种卫星旋转期间的能量平衡判定方法、系统及介质
技术领域
本发明涉及一种卫星旋转期间的能量平衡判定方法、系统及介质，属于通信卫星技术领域。
背景技术
卫星在旋转期间，太阳帆板受照角度处于时刻变化状态，整个电源系统的工作状态也处于实时变化中：电源控制器在分流调节、限流充电、放电调节间不断转换，蓄电池也在充电和放电状态不断变化，整星的能量平衡处于一种动态变化过程中。
目前，缺少卫星在旋转期间关于能量平衡的精确判定方法，一般按最恶劣工况进行考虑：即不考虑旋转期间太阳翼输出电流，计算蓄电池组最大放电深度是否能满足使用需求；本判断方法通过计算旋转期间太阳翼输出电流，可以精确的评估计算蓄电池组最大放电深度，实现对能量平衡的精确判定。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种卫星旋转期间的能量平衡判定方法、系统及介质，利用旋转期间，太阳翼未展开，受照角度呈现出周期规律性变化，太阳翼功率输出也随之周期规律变化，把周期性变化规律进行抽象成数学公式，计算单个完整周期的平均输出功率，进一步根据整星负载情况，计算蓄电池的放电深度及充电电流，评估整星能量平衡情况。
本发明的技术解决方案是：一种卫星旋转期间的能量平衡判定方法，包括如下步骤：
计算卫星旋转期间太阳翼平均输出功率Pavr；
计算卫星旋转期间太阳翼主动段蓄电池放电容量D0；
根据太阳翼平均输出功率Pavr以及主动段蓄电池放电容量D0，计算蓄电池放电容量D；
根据蓄电池放电容量D，计算蓄电池最大放电深度H；
根据蓄电池最大放电深度H与预设平衡阈值的关系，判定卫星旋转期间的能量是否平衡。
进一步地，所述太阳翼平均输出功率Pavr为
Figure BDA0002138979310000021
其中，Pmax为太阳翼单翼外板最大输出功率，θ为太阳光线与太阳电池板夹角。
进一步地，所述太阳翼主动段蓄电池放电容量D0为D0＝Pload*t0/(N*C*(n*Ucell-Uharness))；其中，Pload为整星负载功率，t0为与火箭基础级分离时蓄电池放电时间，N为整星配置的蓄电池组数，C为单个蓄电池组容量，n为单组蓄电池串数，Ucell为单体电池平均放电电压，Uharness为蓄电池放电线路压降。
进一步地，所述蓄电池放电容量D为D＝(Pload-Pavr)*(t-t0)/(N*C*(n*Ucell-Uharness))+D0；t为蓄电池总放电时间。
进一步地，所述蓄电池最大放电深度H为H＝D/C。
进一步地，所述判定卫星旋转期间的能量是否平衡的方法为：比较蓄电池最大放电深度H与预设平衡阈值的大小关系；若H不大于预设平衡阈值，则判定为卫星旋转期间的能量为平衡；若H大于预设平衡阈值，则判定为卫星旋转期间的能量为不平衡。
进一步地，所述预设平衡阈值为80％。
一种卫星旋转期间的能量平衡判定系统，包括能量计算模块和能量判定模块；
所述能量计算模块根据
Figure BDA0002138979310000022
D0＝Pload*t0/(N*C*(n*Ucell-Uharness))、D＝(Pload-Pavr)*(t-t0)/(N*C*(n*Ucell-Uharness))+D0和H＝D/C计算蓄电池最大放电深度H；其中，Pmax为太阳翼单翼外板最大输出功率，θ为太阳光线与太阳电池板夹角，Pload为整星负载功率，t0为与火箭基础级分离时蓄电池放电时间，N为整星配置的蓄电池组数，C为单个蓄电池组容量，n为单组蓄电池串数，Ucell为单体电池平均放电电压，Uharness为蓄电池放电线路压降，t为蓄电池总放电时间；
所述能量判定模块根据蓄电池最大放电深度H与预设平衡阈值的关系，判定卫星旋转期间的能量是否平衡。
进一步地，所述判定卫星旋转期间的能量是否平衡，方法为：比较蓄电池最大放电深度H与预设平衡阈值的大小关系；若H不大于预设平衡阈值，则判定为卫星旋转期间的能量为平衡；若H大于预设平衡阈值，则判定为卫星旋转期间的能量为不平衡。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现所述一种卫星旋转期间的能量平衡判定方法的步骤。
本发明与现有技术相比的优点在于：
1、本发明方法综合考虑太阳翼旋转期间的输出功率，及蓄电池组的充放电情况，结合卫星旋转期间供配电分系统的工作特点，实现对任务期间能量平衡的准确评估；
2.现有技术局限在对太阳翼在静态情况下的输出功率计算，缺少在随整星旋转过程中的输出功率计算方法，本发明提出太阳翼输出功率呈现正弦周期输出的规律性变化特点，利用该规律抽象出的数学模型准确计算出太阳翼的平均输出功率；
3.本方法可适用于未来在轨多种工况，如星箭分离后的卫星旋转过程、及卫星在火箭上面级的飞行过程中、及卫星在转移轨道的特殊工况下，可以为将来卫星飞行任务期间的能源供应评估提供精确的计算。
附图说明
图1为本发明旋转期间能量平衡计算方法流程图；
图2为本发明旋转期间太阳翼功率周期输出示意图。
具体实施方式
一种卫星旋转期间的能量平衡判定方法，步骤如下：
(1)通过公式
Figure BDA0002138979310000041
计算太阳翼平均输出功率Pavr；其中，Pmax为太阳翼单翼外板最大输出功率，为已知参数，θ为太阳光线与太阳电池板夹角；
(2)通过公式D0＝Pload*t0/(N*C*(n*Ucell-Uharness))计算主动段蓄电池放电容量D0；其中，Pload为整星负载功率，t0为与火箭基础级分离时蓄电池放电时间，N为整星配置的蓄电池组数，C为蓄电池容量，n为单组蓄电池串数，Ucell为单体电池平均放电电压，Uharness为蓄电池放电线路压降；
(3)跟据步骤(1)中计算得到的太阳翼平均输出功率Pavr，及步骤(2)中计算得到的主动段蓄电池放电容量D0，通过公式D＝(Pload-Pavr)*(t-t0)/(N*C*(n*Ucell-Uharness))+D0计算蓄电池放电容量D，t为蓄电池总放电时间；
(4)根据步骤(3)中计算得到的蓄电池放电容量D，计算蓄电池最大放电深度H，通过公式H＝D/C；
(5)卫星能量平衡的判定：比较H与80％的关系，当H<＝80％时，即蓄电池组最大放电深度满足使用要求，在后续工况下，太阳翼持续输出稳定电流，可以完成蓄电池的补充充电工作，判定为卫星旋转期间可以满足能量平衡；若H>80％，则蓄电池组最大放电深度超出使用要求范围，不能建立能量平衡，整星需要根据实际情况，适当降低整星功率负载，或采用其他策略。
一种卫星旋转期间的能量平衡判定系统，包括能量计算模块和能量判定模块；
所述能量计算模块根据
Figure BDA0002138979310000051
D0＝Pload*t0/(N*C*(n*Ucell-Uharness))、D＝(Pload-Pavr)*(t-t0)/(N*C*(n*Ucell-Uharness))+D0和H＝D/C计算蓄电池最大放电深度H；其中，Pmax为太阳翼单翼外板最大输出功率，θ为太阳光线与太阳电池板夹角，Pload为整星负载功率，t0为与火箭基础级分离时蓄电池放电时间，N为整星配置的蓄电池组数，C为单个蓄电池组容量，n为单组蓄电池串数，Ucell为单体电池平均放电电压，Uharness为蓄电池放电线路压降，t为蓄电池总放电时间；
比较蓄电池最大放电深度H与预设平衡阈值的大小关系；若H不大于预设平衡阈值，则判定为卫星旋转期间的能量为平衡；若H大于预设平衡阈值，则判定为卫星旋转期间的能量为不平衡。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现上述一种卫星旋转期间的能量平衡判定方法的步骤。
下面结合附图与实施例对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
旋转期间的卫星能量平衡计算方法，如图1，步骤如下：
(1)通过公式
Figure BDA0002138979310000052
计算太阳翼平均输出功率Pavr；其中，Pmax为太阳翼单翼外板最大输出功率，为已知参数，θ为太阳光线与太阳电池板夹角；以某同步轨道通信卫星为例，太阳翼单翼外板最大输出功率为1070w，则通过公式计算得
Figure BDA0002138979310000053
(2)通过公式D0＝Pload*t0/(N*C*(n*Ucell-Uharness))计算主动段蓄电池放电容量D0；其中，Pload为整星负载功率，t0为至火箭基础级分离时蓄电池放电时间，N为整星配置的蓄电池组数，C为蓄电池容量，n为单组蓄电池串数，Ucell为单体电池平均放电电压，Uharness为蓄电池放电线路压降；已知整星负载Pload＝1048W，至火箭基础级分离时蓄电池放电时间t0＝0.75h，蓄电池组数N＝2,蓄电池容量C＝66Ah，单组蓄电池串数n＝22，单体电池平均放电电压Ucell＝3.65V,蓄电池放电线路压降Uharness＝0.4V,计算得D0＝Pload*t0/(N*C*(n*Ucell-Uharness))＝0.07Ah。
(3)跟据步骤(1)中计算得到的太阳翼平均输出功率Pavr＝681W，及步骤(2)中计算得到的主动段蓄电池放电容量D0＝0.07Ah，假设蓄电池总放电时间t＝4h，通过公式计算蓄电池放电容量D＝(Pload-Pavr)*(t-t0)/(N*C*(n*Ucell-Uharness))+D0＝0.18Ah。
(4)根据步骤(3)中计算得到的蓄电池放电容量D＝0.18Ah，通过公式计算蓄电池组最大放电深度H＝D/C＝0.27％。
(5)卫星能量平衡的判定：比较H与80％的关系，由于H＝D/C＝0.27％<80％，蓄电池组最大放电深度满足使用要求，在后续工况下，太阳翼持续输出稳定电流，可以完成蓄电池的补充充电工作，判定为卫星旋转期间可以满足能量平衡。
本发明的原理为：
太阳翼帆板固定在整星的南北板上，在卫星旋转期间，单翼的输出功率在0-180度旋转周期内，呈现正弦规律变化，如图2第一个正弦波所示：单翼输出功率从0变到最大值，然后到0，在进入180-360度周期内，单翼无输出，此时另外一个翼进入功率输出周期，如图2第二个正弦波所示。如此往复，在旋转过程中，南北翼交替输出功率，形成图2所示的正弦波曲线。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种卫星旋转期间的能量平衡判定方法，其特征在于，包括如下步骤：
计算卫星旋转期间太阳翼平均输出功率Pavr；
计算卫星旋转期间太阳翼主动段蓄电池放电容量D0；
根据太阳翼平均输出功率Pavr以及主动段蓄电池放电容量D0，计算蓄电池放电容量D；
根据蓄电池放电容量D，计算蓄电池最大放电深度H；
根据蓄电池最大放电深度H与预设平衡阈值的关系，判定卫星旋转期间的能量是否平衡；
所述太阳翼平均输出功率Pavr为
Figure FDA0002892640470000011
其中，Pmax为太阳翼单翼外板最大输出功率，θ为太阳光线与太阳电池板夹角；
所述太阳翼主动段蓄电池放电容量D0为D0＝Pload*t0/(N*C*(n*Ucell-Uharness))；其中，Pload为整星负载功率，t0为与火箭基础级分离时蓄电池放电时间，N为整星配置的蓄电池组数，C为单个蓄电池组容量，n为单组蓄电池串数，Ucell为单体电池平均放电电压，Uharness为蓄电池放电线路压降；
所述蓄电池放电容量D为D＝(Pload-Pavr)*(t-t0)/(N*C*(n*Ucell-Uharness))+D0；t为蓄电池总放电时间；
所述蓄电池最大放电深度H为H＝D/C；
所述判定卫星旋转期间的能量是否平衡的方法为：比较蓄电池最大放电深度H与预设平衡阈值的大小关系；若H不大于预设平衡阈值，则判定为卫星旋转期间的能量为平衡；若H大于预设平衡阈值，则判定为卫星旋转期间的能量为不平衡。
2.根据权利要求1所述的一种卫星旋转期间的能量平衡判定方法，其特征在于：所述预设平衡阈值为80％。
3.一种卫星旋转期间的能量平衡判定系统，其特征在于：包括能量计算模块和能量判定模块；
所述能量计算模块根据太阳翼平均输出功率
Figure FDA0002892640470000021
太阳翼主动段蓄电池放电容量D0＝Pload*t0/(N*C*(n*Ucell-Uharness))、蓄电池放电容量D＝(Pload-Pavr)*(t-t0)/(N*C*(n*Ucell-Uharness))+D0和H＝D/C计算蓄电池最大放电深度H；其中，Pmax为太阳翼单翼外板最大输出功率，θ为太阳光线与太阳电池板夹角，Pload为整星负载功率，t0为与火箭基础级分离时蓄电池放电时间，N为整星配置的蓄电池组数，C为单个蓄电池组容量，n为单组蓄电池串数，Ucell为单体电池平均放电电压，Uharness为蓄电池放电线路压降，t为蓄电池总放电时间；
所述能量判定模块根据蓄电池最大放电深度H与预设平衡阈值的关系，判定卫星旋转期间的能量是否平衡。
4.根据权利要求3所述的一种卫星旋转期间的能量平衡判定系统，其特征在于，所述判定卫星旋转期间的能量是否平衡，方法为：比较蓄电池最大放电深度H与预设平衡阈值的大小关系；若H不大于预设平衡阈值，则判定为卫星旋转期间的能量为平衡；若H大于预设平衡阈值，则判定为卫星旋转期间的能量为不平衡。
5.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：该计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1～2之一所述方法的步骤。
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