CN114509624A - Rbc带载复合母线体制卫星加断电测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种RBC带载复合母线体制卫星加断电测试方法。首先提出预加电VI曲线，解决传统测试以最小功率曲线加断电时，多台地面电源并行输出引起的RBC保护和母线欠压；并设计蓄电池功率继电器通断和VI曲线切换的次序，防止曲线切换引起短暂性母线欠压；其次，精确调整地面电源供电输出功率，对RBC后端非直通配电分系统供电，规避RBC后端负载加载引起的卫星母线欠压；再次精确调整地面电源供电输出功率，限制蓄电池功率继电器通断时的充电电流，避免功率继电器触点粘连。本发明优化RBC带载复合母线体制卫星加断电测试，解决传统测试时采用最小功率曲线加断电引发的RBC保护和卫星母线欠压问题，并有效规避蓄电池继电器通断时发生的触点粘连风险。

Description

RBC带载复合母线体制卫星加断电测试方法

技术领域

本发明涉及航天器供配电测试技术领域，具体涉及一种RBC带载复合母线体制卫星加断电测试方法。

背景技术

复合母线体制供配电分系统采用不调节母线经全调节母线变换器(RegulatedBus Converter，RBC)输出全调节母线的拓扑结构，具有负载波动对全调节母线性能影响小、供配电分系统功率质量密度高的优点，适合用于大功率、脉冲负载特性的卫星。复合母线体制卫星由全调节母线和不调节母线组成，其中全调节母线由不调节母线经RBC变换得到，然而，对于RBC带载复合母线体制卫星，在卫星加断电测试过程中，易发生母线欠压及蓄电池功率继电器触点粘连问题，主要分析如下。

RBC带载复合母线体制卫星中，供配电分系统RBC后端会配备配电直通负载，以减小配电器失效风险、提高分系统整体可靠性。但是，由于配电直通负载的影响，卫星加断电时RBC为带载状态，使得复合母线体制卫星加断电对地面电源要求较高。地面电源供电功率需在数十毫秒内达到RBC后端负载功率需求值，否则星上RBC将自动启动断电保护机制，从而引发卫星母线欠压。地面电源为太阳电池阵模拟器(SAS，Solar Array Simulator)。

传统卫星测试加断电时，一般均采用卫星测试最小功率曲线、多台地面电源并行输出的方法，模拟卫星进出地影时太阳电池阵的输出特性，再进行整星测试；多台地面电源并行输出存在时差，该方法难以达到上述RBC带载加断电对地面电源功率和响应时间一致性的要求，容易引起RBC保护和母线欠压问题。因此，有必要重新设计卫星加断电RBC带载方法，防止发生卫星母线欠压问题。

另一方面，复合母线体制卫星采用蓄电池组与不调节母线并联设计，蓄电池组与不调节母线之间设置功率继电器开关，通过控制功率继电器通断实现对两者的并联控制。但是复合母线体制卫星加断电中，在对功率继电器进行通断动作时，若不对地面电源供电曲线电流进行精确控制，将可能引发继电器触点粘连和熔断事故。现有卫星断电时，地面电源是逐台断开，而且每台断开都要核对并遥测，效率比较低。因此，为解决这一问题，必须采取措施对蓄电池继电器通断动作时的充电电流大小进行严格约束，防止出现蓄电池通断安全事故。

总体来说，复合母线体制卫星供配电采用带载启功和全调节/不调节混合母线设计，卫星加断电过程对地面电源的瞬态功率、输出时间、供电曲线电流均有严格要求，测试时易发生母线欠压及蓄电池功率继电器触点粘连问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种RBC带载复合母线体制卫星加断电测试方法，设计预加电VI曲线，并优化整星加断电流程，能够在整星测试阶段，有效防止卫星加断电时RBC带载发生母线欠压，同时降低蓄电池功率继电器通断时存在的触点粘连风险，从而提升复合母线体制卫星测试的供电安全性和可靠性。

为优化地面电源VI曲线，可采用单台电源，用预加电VI曲线：增大VI曲线的最大功率点电流，从而增大VI曲线的最大功率点功率。

所述预加电VI曲线，其最大功率点电流I_mp(C0)为最小功率曲线C1的最大功率点电流I_mp(C1)的q倍,且不超过地面电源最大输出电流I_GSAS，q∈[10,16]；且最大功率点电流

其中Ps(i)为卫星初始加电时第i个直通配电分系统负载功率，U_mp(C0)为最大功率点电压，i≥1，k≥1.1，其中k为电流系数；且最大功率点电压U_mp(C0)>U(Bb)，其中U(Bb)为卫星初始加电时蓄电池组实际电压。卫星初始加电状态，即为卫星的供配电分系统和RBC后端直通配电的负载工作，此时采用单台电源，用预加电VI曲线即可。

其设计思路为：地面电源总功率满足RBC后端直通配电分系统，一般采用单台地面电源即可。加电时，在设置卫星测试最小功率VI曲线前，增加设置预加电VI曲线；断电时，先恢复到最小功率VI曲线，再切换为预加电VI曲线，最后关闭地面电源。

上述设计中，由于加电过程应用了预加电VI曲线C0，无需考虑多台地面电源输出功率的响应时间不一致问题，因此可以避免发生RBC保护和母线欠压。需要注意的是，考虑在地面电源切换的过程，如果在星上蓄电池未接通(蓄电池功率继电器开关未闭合)的状态下进行VI曲线切换，则卫星在曲线切换瞬间将存在短暂性的母线欠压，因此在上述设计中先接通蓄电池，再进行地面电源VI曲线切换。

具体思路为：在RBC带载复合母线体制卫星加电初始时，设置预加电VI曲线，采用单台地面电源，在闭合蓄电池功率继电器开关的前提下，先将地面电源输出预加电VI曲线，再切换为最小功率VI曲线；在RBC带载复合母线体制卫星断电测试时，在闭合蓄电池功率继电器开关的前提下，先将地面电源VI曲线设置为最小功率VI曲线，再切换为预加电VI曲线，断开蓄电池功率继电器开关，最后关闭地面电源。

考虑到星上电源的负载包括RBC后端直通配电分系统和RBC后端非直通配电分系统，直通配电分系统在卫星加电初始就工作；非直通配电分系统在整星加电后，设置星上的配电开关为闭合后，再通电工作。而采用单台电源，可以给RBC后端直通配电分系统供电，但难以满足增加的非直通配电分系统功率需求。

因此，启动RBC后端非直通配电分系统时，地面电源的输出功率和P(M)应满足：P(M)≥∑(Ps(i))+∑(Pusb(j))，其中j≥1，地面电源数目为M，Ps(i)为卫星初始加电时第i个直通配电分系统负载功率，Pusb(j)为卫星加电测试时有供电需求的第j个RBC后端非直通配电的分系统负载功率；使地面电源提供的功率刚好满足星上初始加电(含直通)、非直通配电分系统的功率需求。RBC后端非直通配电由卫星配电管理器完成。输出M台地面电源时，可以设置多台电源并行输出，此时按照预加电VI曲线，M台地面电源供电功率之和可以满足星上初始加电(含直通)以及RBC后端非直通配电分系统对地面电源功率的功率要求，不会引起母线欠压问题。

非直通配电分系统上电后，可具备向地面传输整星遥测信息的能力，便于全面检查卫星各个分系统状态的正确性。同时，也保证在蓄电池开关接通时能监测蓄电池充电电流遥测值，确保该遥测值处于正常范围。

为保证在加电过程中蓄电池开关接通(或断电过程中蓄电池开关断开)时的安全性，对蓄电池继电器通断动作时的充电电流大小进行严格约束，进行如下设计：所使用的地面电源输出功率和P(N)应满足：P(N)-[∑(Ps(i))+∑(Pusb(j))]∈(0,Pmax(Bps))，其中N为地面电源数目，Pmax(Bps)为卫星蓄电池功率继电器通断时最大安全充电功率；Pmax(Bps)＝I(Bps)*U(Bps)，其中U(Bps)为卫星蓄电池功率继电器通断时蓄电池组实际电压。使地面电源提供的功率刚好满足星上初始加电(含直通)、非直通配电分系统、蓄电池充电的功率需求。

在实际操作中，考虑到地面电源输出总数为M时，非直通配电分系统上电(如数管分系统)，可具备向地面传输整星遥测信息的能力，便于全面检查卫星各个分系统状态的正确性，以及监测蓄电池功率继电器接通时的卫星遥测状态是否正常，应遵循从M→N两级加电方法。

综上所述，加电测试时方法如下：首先采用单台地面电源，按照预加电VI曲线C0输出，给RBC后端直通配电分系统加电；接着采用M台地面电源，按照预加电VI曲线C0输出，给RBC后端直通和非直通配电分系统加电；然后采用N台地面电源，按照预加电VI曲线C0输出，给RBC后端直通和非直通配电分系统加电，且给蓄电池充电；确认蓄电池功率继电器接通时，卫星遥测状态为正常状态，即可切换为最小功率VI曲线C1；最后输出全部X台地面电源，加电完成，建立初始测试状态，开始卫星测试；

断电测试时方法如下：将卫星恢复到初始测试状态，即按照最小功率VI曲线C1，由全部X台地面电源输出，给RBC后端直通、非直通配电分系统和蓄电池供电，其他分系统已断电；先禁止全部地面电源输出，切换为预加电VI曲线C0后，再由N台地面电源输出；确认卫星遥测状态为正常状态，然后断开蓄电池功率继电器，并依次将卫星RBC后端非直通、直通配电分系统断电。

加断电过程中，检查遥测值时，如果遥测出问题，应先保持现场，排除问题后再以情况决定是否继续加电或做断电处理；排查问题时，应先检查地面电源是否正常输出，排除地面电源的问题，然后检查星上设备是否异常。

进一步的，所述蓄电池充电电流大小需满足0≤I≤I(Bps)；

进一步的，所述预加电VI曲线C0的最大功率点电压U_mp和短路电压不做特殊限定，可以与和最小功率VI曲线C1的相同。

一种RBC带载复合母线体制卫星加断电测试方法，包括：

(一)RBC带载复合母线体制卫星加电测试方案：

S1：设置地面电源开机状态；

S2：确定预加电VI曲线C0，计算其最大功率点的电压下限和电流下限；

S3：设置地面电源VI曲线为预加电VI曲线C0；

S4：给卫星初始加电时，采用单台地面电源，即可满足RBC后端直通配电分系统的功率要求；在RBC带载情况下建立整星母线电压，检查卫星母线电压等遥测值满足卫星加电遥测判据范围内；

S5：增加地面电源输出总数为M，使其提供的功率满足星上初始加电RBC后端直通配电、非直通配电分系统的功率需求，启动RBC后端非直通配电分系统，检查已加电各分系统遥测正确性；

设置非直通配电分系统上电后，可具备向地面传输整星遥测信息的能力，便于全面检查卫星各个分系统状态的正确性。

S6：再次增加地面电源输出总数N，使其提供的功率满足星上初始加电RBC后端直通配电、非直通配电分系统和蓄电池充电的功率需求；

S7：闭合蓄电池功率继电器开关，确认蓄电池功率继电器接通时的卫星遥测状态为正常状态；

S8：将地面电源VI曲线C0切换为卫星测试最小功率VI曲线C1；

S9：发送所有(1-X台)地面电源的输出指令，检查母线电压和各分系统遥测的正确性，满足整星测试功率需求；

S10：建立初始测试状态，开始卫星测试；卫星初始测试状态即：按照最小功率VI曲C1，由全部X台地面电源输出(其功率大于星上初始加电、非直通配电分系统、蓄电池充电的功率的总和)，给RBC后端直通、非直通配电分系统和蓄电池供电，卫星载荷、数传、热控、控制等分系统已断电。此时的卫星初始测试状态是传统加电方式中，采用最小功率VI曲线加电后、准备测试的状态。

(二)RBC带载复合母线体制卫星断电测试方案：

E1：将卫星工作状态恢复为卫星加电测试状态：采用全部X台地面电源，其功率大于星上初始加电、非直通配电分系统、蓄电池充电的功率的总和；确认卫星载荷、数传、热控、控制等分系统已断电，蓄电池为接通状态；此时的卫星初始测试状态是传统加电方式中，采用最小功率VI曲线加电后、准备测试的状态。

E2：将地面电源VI曲线切换为卫星测试最小功率VI曲线C1；

E3：确认蓄电池功率继电器开关为闭合状态，发送所有地面电源的输出禁止指令；关闭地面全部方阵输出。此时由星上蓄电池供电。因为S6中地面电源供电输出台数一般远小于卫星加电完成状态时供电输出的一半，即N<<X/2时，此时关闭全部地面电源、后续再增加到N台输出，可以提高卫星断电效率；

E4：将地面电源VI曲线C1切换为预加电VI曲线C0；

E5：增加地面电源输出总数为N，使其提供的功率满足星上初始加电RBC后端直通配电、非直通配电分系统和蓄电池充电的功率需求；确认蓄电池充电电流遥测在范围内,持续充电1-2分钟；

E6：断开蓄电池功率继电器开关；

E7：断开对卫星加电测试时有供电需求的RBC后端非直通配电分系统；

E8：断开直通配电分系统，发送禁止全部地面电源输出指令；

E9：检查卫星地面有线遥测，确认卫星断电状态；

E10：关闭地面电源；

为保证卫星断电时，快速、可靠地将卫星供电由X台地面电源VI曲线C1供电切换为N台地面电源预加电VI曲线C0供电，采用在蓄电池功率继电器开关为闭合的状态下，先发送所有地面电源输出禁止(步骤E3)，将地面电源VI曲线C1切换为预加电VI曲线C0后(步骤E4)，再输出N台地面电源输出(步骤E5)的方法，以提高断电效率和安全性。

有益效果：

本发明的一种RBC带载复合母线体制卫星加断电测试方法与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明提出在复合母线体制卫星RBC带载加断电情况下，通过设置预加电VI曲线C0，利用单台地面电源建立整星母线电压，解决了传统测试时采用最小功率曲线C1进行卫星加断电时，多台地面电源并行输出的延时差异引发的RBC保护和母线欠压问题；

(2)本发明提出整星母线电压建立后，在蓄电池继电器闭合的前提下，进行地面电源曲线切换，避免了蓄电池继电器未闭合状态下进行曲线切换动作引发的短暂性卫星母线欠压问题；

(3)本发明提出通过两次精确调整所有地面电源的供电输出功率(通过调整所有地面电源的输出电流实现)，实现对卫星加电测试时有供电需求的RBC后端非直通配电分系统供电，防止发生母线欠压风险；另一方面，实现对蓄电池充电电流上限的自动控制，有效规避蓄电池继电器闭合/断开动作时发生的触点粘连风险。

附图说明

图1为本发明的RBC带载复合母线体制卫星加电步骤示意图；

图2为本发明的RBC带载复合母线体制卫星断电步骤示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种RBC带载复合母线体制卫星加断电测试方法。本专利首先提出基于预加电VI曲线，解决传统测试以最小功率曲线进行卫星加断电时，多台地面电源并行输出时差引起的RBC保护和母线欠压问题；其次，通过设计蓄电池功率继电器通断和测试VI曲线切换的次序，防止因VI曲线切换动作引起的短暂性卫星母线欠压；再次，通过两次精确调整地面电源供电输出电流，一方面实现对卫星加电测试时RBC后端非直通配电分系统的顺序供电，规避RBC后端负载加载引起的卫星母线欠压风险；另一方面，自动限制蓄电池功率继电器通断动作时的充电电流，避免功率继电器触点粘连的风险。

实施例1：

以某复合母线体制卫星为例，卫星测控分系统属于RBC后端直通配电负载，采用16路太阳电池阵模拟器(SAS，Solar Array Simulator)为地面电源，卫星RBC带载加断电步骤如下：

(1)加电步骤：

1)SAS设备开机，拔下蓄电池放电保护插头；

2)根据卫星初始加电时，供配电分系统和RBC后端直通配电的分系统负载总功率，计算得到预加电VI曲线C0最大工作点电压为100V，最大工作点电流为3A；

3)设置地面SAS电源VI曲线为预加电VI曲线C0；

4)发送第1路SAS供电输出指令，检查确定卫星母线电压等遥测值满足卫星加电遥测判据范围要求后；然后发送第2路SAS输出指令；

5)发送数管分系统通指令，检查已加电各分系统遥测正确性；

6)发送第3路SAS输出指令，确认蓄电池充电电流遥测在0～5A范围内,持续充电1分钟；为了确定蓄电池充电电流小的状态足够稳定，减少功率继电器接通风险。

7)发送功率继电器接通指令；

8)将地面SAS电源VI曲线由预加电VI曲线C0，切换为卫星测试最小功率曲线C1(各方阵最大工作点电压为100V，最大工作点电流为0.5A)；

9)输出全部16个方阵；

10)检查母线电压和各分系统遥测的正确性；确认卫星加电测试状态无误后，开始整星测试。

(2)断电步骤：

1)确认卫星载荷、数传、热控、控制等分系统已断电，卫星工作状态恢复为卫星加电测试状态；卫星加电测试状态使用最小功率曲线C1，地面电源功率大于星上初始加电(含直通)、非直通配电分系统、蓄电池充电的功率的总和；蓄电池为接通状态。

2)将地面SAS电源VI曲线设置为卫星测试最小功率曲线；

3)确认蓄电池功率继电器开关为闭合状态，并确认星上蓄电池容量满足1个地影周期测试使用，然后关闭地面全部方阵输出。因为加电第6)步骤中输出N＝3台方阵供电输出远小于卫星加电测试状态SAS供电路数X＝16的一半，即N<<X/2时，此时关闭全部地面电源、后续再由N台地面电源输出，可以提高卫星断电效率；

4)将地面SAS电源VI曲线设置为预加电VI曲线C0；

5)发送第1～3路方阵供电输出指令，检查蓄电池充电电流遥测在0～5A范围内，持续充电1分钟；

6)发送功率继电器断开指令；

7)发送数管分系统断开指令；

8)发送第1～3台地面电源输出禁止指令，关闭直通配电；禁止输出是地面电源的一个状态，把设备断电需要关闭地面电源。

9)检查卫星母线电压是否为0；

10)关闭SAS设备，插合蓄电池放电保护插头。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种RBC带载复合母线体制卫星加断电测试方法，其特征在于，

加电测试时，首先采用单台地面电源，按照预加电VI曲线C0输出，给RBC后端直通配电分系统加电；接着采用M台地面电源，按照预加电VI曲线C0输出，给RBC后端直通和非直通配电分系统加电；然后采用N台地面电源，按照预加电VI曲线C0输出，给RBC后端直通和非直通配电分系统加电，且给蓄电池充电；确认蓄电池功率继电器接通时，卫星遥测状态为正常状态，即可切换为最小功率VI曲线C1；最后输出全部X台地面电源，加电完成，建立初始测试状态，开始卫星测试；

所述预加电VI曲线C0，其最大功率点电流I_mp(C0)满足：qI_mp(C1)<I_mp(C0)<I_GSAS，其中，q∈[10,16]，I_mp(C1)为最小VI功率曲线C1的最大功率点电流，I_GSAS为单台地面电源最大输出电流；且最大功率点电流

其中U_mp(C0)为最大功率点电压，i≥1，其中k为电流系数，k≥1.1，Ps(i)为卫星初始加电时第i个直通配电分系统负载功率；最大功率点电压U_mp(C0)>U(Bb)，其中U(Bb)为卫星加电测试时蓄电池组实际电压。

2.如权利要求1所述的一种RBC带载复合母线体制卫星加断电测试方法，其特征在于，断电测试时，将卫星恢复到初始测试状态，即按照最小功率VI曲线C1，由全部X台地面电源输出，给RBC后端直通、非直通配电分系统和蓄电池供电，其他分系统已断电；先禁止全部地面电源输出，切换为预加电VI曲线C0后，再由N台地面电源输出；确认卫星遥测状态为正常状态，然后断开蓄电池功率继电器，并依次将卫星RBC后端非直通、直通配电分系统断电。

3.如权利要求1所述的一种RBC带载复合母线体制卫星加断电测试方法，其特征在于，M台地面电源的总输出功率和P(M)应满足：P(M)≥∑(Ps(i))+∑(Pusb(j))，其中j≥1，地面电源数目为M，Pusb(j)为卫星加电测试时有供电需求的第j个RBC后端非直通配电的分系统负载功率；

N台地面电源的总输出功率P(N)应满足：P(N)-[∑(Ps(i))+∑(Pusb(j))]∈(0,Pmax(Bps))，Pmax(Bps)为卫星蓄电池功率继电器通断时最大安全充电功率；Pmax(Bps)＝I(Bps)*U(Bps)，其中I(Bps)为卫星蓄电池功率继电器通断时最大安全充电电流，U(Bps)为卫星蓄电池功率继电器通断时蓄电池组实际电压。

4.如权利要求1所述的一种RBC带载复合母线体制卫星加断电测试方法，其特征在于，所述蓄电池的充电电流大小需满足0≤I≤I(Bps)。

5.如权利要求1所述的一种RBC带载复合母线体制卫星加断电测试方法，其特征在于，预加电VI曲线C0和最小功率VI曲线C1的最大功率点电压相同，且短路电压相同。

6.如权利要求1-5任一所述的RBC带载复合母线体制卫星加断电测试方法，其特征在于，卫星加电步骤具体包括：

RBC带载复合母线体制卫星加电测试方法：

S1：设置地面电源开机状态；

S2：确定预加电VI曲线C0，计算其最大功率点的电压下限和电流下限；

S3：设置地面电源VI曲线为预加电VI曲线C0；

S4：给卫星初始加电时，采用单台地面电源，使其功率满足RBC后端直通配电分系统的功率要求，给RBC直通配电系统上电，建立整星母线电压，检查卫星母线电压遥测值满足卫星加电遥测判据范围内；

S5：增加地面电源输出总数为M，使其提供的功率满足星RBC后端直通配电、非直通配电分系统的功率需求，启动RBC后端非直通配电分系统，检查已加电各分系统遥测正确性；

S6：再次增加地面电源输出总数为N，使其提供的功率满足RBC后端直通配电、非直通配电分系统和蓄电池充电的功率需求；

S7：闭合蓄电池功率继电器开关，确认蓄电池接通后的卫星遥测为正常状态；

S8：将地面电源VI曲线C0切换为卫星测试最小功率VI曲线C1；

S9：发送全部X台地面电源的输出指令，检查母线电压和各分系统遥测的正确性；

S10：确认卫星加电测试状态，开始整星测试。

7.如权利要求2-5任一所述的一种RBC带载复合母线体制卫星加断电测试方法，其特征在于，卫星断电步骤具体包括：

E1：将卫星工作状态恢复为卫星初始测试状态：采用全部X台地面电源，其功率大于星上直通、非直通配电分系统、蓄电池充电的功率的总和；确认卫星载荷、数传、热控、控制分系统已断电；蓄电池为接通状态；

E2：将地面电源VI曲线切换为卫星测试最小功率VI曲线C1；

E3：确认蓄电池功率继电器开关为闭合状态，发送所有地面电源的输出禁止指令；

E4：将地面电源VI曲线C1切换为预加电VI曲线C0；

E5：设置地面电源输出总数为N，使其提供的功率满足星上初始加电RBC后端直通配电、非直通配电分系统和蓄电池充电的功率需求；确认蓄电池充电电流遥测在范围内,持续充电1-2分钟；

E6：断开蓄电池功率继电器开关；

E7：断开对卫星加电测试时有供电需求的RBC后端非直通配电分系统；

E8：断开对卫星初始加电时有供电需求的RBC后端直通配电分系统，发送禁止全部地面电源输出指令；

E9：检查卫星地面有线遥测，确认卫星断电状态；

E10：关闭地面电源。

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