CN211468826U - 一种适用于多载荷卫星的动态电源体制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种适用于多载荷卫星的动态电源体制系统，该动态电源体制系统包括太阳电池阵、蓄电池组、MPPT功率调节模块、双向BCDR模块、重构开关，所述重构开关包括第一开关和第二开关。本实用新型的有益效果是：本实用新型通过系统拓扑的重新架构，实现多种负载特性的高效供电，解决多种负载特性的载荷供电体制匹配问题，可有效提高动态响应、供电效率以及功率密度技术，并满足多种负载特性的供电需求，全面提高电源系统效能。

Description

一种适用于多载荷卫星的动态电源体制系统

技术领域

本实用新型涉及卫星电源系统总体设计领域，尤其涉及一种适用于多载荷卫星的动态电源体制系统。

背景技术

依据携带传感器类型不同，对地观测卫星可以分为可见光、红外、多光谱、高光谱、超广谱、SAR、雷达、电子侦察等多种类型，不同类型的卫星各自具有相应的优缺点，光学成像卫星的优点是空间分辨率高，但不能进行全天候、全天时工作。雷达成像卫星不受白天、黑夜及云雾的影响，而且具有一定的穿透能力。目前，成像卫星在军事侦察、灾害防治、环境保护、城市规划以及农业、气象等许多领域都发挥了重要作用。

多载荷对地观测卫星(Multi-Payload observation Satellite(MPS))(简称多载荷卫星)是在近年发展起来的一类新型卫星，该类卫星在一颗卫星上同时搭载多种星载传感器，各传感器可以根据需要单独使用或者组合使用，可有效提高观测效率，能够同时完成多类型观测需求，对于提高系统的侦查效能是具有重要意义的，比如在地球背面无法使用光学设备成像，而红外设备与微波雷达设备可以正常工作，在云雨多的地区电磁信号衰减严重，而SAR成像正常，多载荷卫星已成为对地观测卫星的重要发展方向。

另外，对于电推进系统的广泛应用，使用大功率电推进系统完成轨道转移对电源系统提出了更高要求，尽管有效载荷是决定卫星功率大小的关键，全电推进卫星也将卫星功率放在了同等重要的位置上。如欧洲OHB公司提出的Electra全电推进卫星的设计方案显示，Electra卫星寿命末期功率8kW。在卫星使用电推进进行轨道提升时，计划两个电推力器同时开机，电推进子系统的功率高达9.6kW；在卫星使用电推进进行位置保持时，1个电推力器开机工作，分配给电推进子系统的功率仅需3.2kW。这意味着在卫星进行轨道转移时，卫星对电源系统的要求比原来仅需要完成位置保持任务大大提高了，若卫星电源系统按最大包络设计，则会大大降低系统的效能。

对多载荷卫星或电推进卫星而言，不同载荷的负载特性可能完全不同，面对这些负载特性截然不同的任务，电源系统设计方案也完全不同，对于峰值功率高的载荷多采用不调节母线拓扑，如图1所示；对于稳定功率的载荷多采用全调节母线拓扑，如图2所示。不同的母线拓扑分别适应不同的负载特性，如何满足多种负载特性的载荷是多载荷卫星电源系统设计的关键技术之一。

从目前的状态看，现有卫星电源系统供电体制无法满足上述供电需求。

实用新型内容

为了解决多载荷卫星的电源系统设计问题，本实用新型提供了一种适用于多载荷卫星的动态电源体制系统。

本实用新型提供了一种适用于多载荷卫星的动态电源体制系统，包括太阳电池阵、蓄电池组、MPPT功率调节模块、双向BCDR模块、重构开关，所述重构开关包括第一开关和第二开关，所述太阳电池阵与所述MPPT功率调节模块输入端相连，所述MPPT功率调节模块输出端分别与第一输出支路和第二输出支路相连，所述第一输出支路用于输出稳定载荷，所述第二输出支路用于输出峰值载荷，所述第一输出支路设有所述第一开关，所述第二输出支路设有所述第二开关，所述MPPT功率调节模块输出端分别与所述第一开关一端、所述第二开关一端相连，所述双向BCDR模块一端与所述第一输出支路相连，所述双向BCDR模块另一端与所述第二输出支路相连，所述第一开关另一端与所述双向BCDR模块一端相连，所述第二开关另一端、所述蓄电池组、所述双向BCDR模块另一端相互连接在一起。

作为本实用新型的进一步改进，该动态电源体制系统还包括电容，所述电容连接于所述第一输出支路上。

作为本实用新型的进一步改进，所述双向BCDR模块在全调节母线拓扑工作时对蓄电池组起充电调节与放电调节的作用，在复合母线拓扑工作时起平台母线变换器调节作用。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过系统拓扑的重新架构，实现多种负载特性的高效供电，解决多种负载特性的载荷供电体制匹配问题，可有效提高动态响应、供电效率以及功率密度技术，并满足多种负载特性的供电需求，全面提高电源系统效能。

附图说明

图1是背景技术的不调节母线拓扑示意图；

图2是背景技术的全调节母线拓扑示意图；

图3是本实用新型的动态电源体制系统示意图。

具体实施方式

如图3所示，本实用新型公开了一种适用于多载荷卫星的动态电源体制系统，本实用新型动态电源体制系统可以满足背景技术中卫星任务的需求，全面提高电源系统的应用效能。

目前，国内多载荷卫星尚无在轨应用经验，多载荷卫星的动态电源体制系统研究尚属首次。

在本实用新型中，对于SAR(合成孔径雷达)、雷达、电推进、电子侦察等载荷，要求电源系统提供较高的峰值功率、较低的平均功率以及非常低的母线输出阻抗；而对于可见光、红外、多光谱、高光谱、超广谱等载荷要求电源提供稳定的平均功率，高品质的稳定母线电压。

本实用新型通过系统重构可满足上述不同载荷的供电需求，无需为不同载荷设立独立的电源系统，可提高系统功率密度、能源利用率等，全面提高多载荷卫星电源系统的效能。

如图3所示，本实用新型适用于多载荷卫星的动态电源体制系统包括太阳电池阵1、蓄电池组2、MPPT功率调节模块3、双向BCDR模块5、重构开关，所述重构开关包括第一开关S1和第二开关S2，所述太阳电池阵1与所述MPPT功率调节模块3输入端相连，所述MPPT功率调节模块3输出端分别与第一输出支路和第二输出支路相连，所述第一输出支路用于输出稳定载荷，所述第二输出支路用于输出峰值载荷，所述第一输出支路设有所述第一开关S1，所述第二输出支路设有所述第二开关S2，所述MPPT功率调节模块3输出端分别与所述第一开关S1一端、所述第二开关S2一端相连，所述双向BCDR模块5一端与所述第一输出支路相连，所述双向BCDR模块5另一端与所述第二输出支路相连，所述第一开关S1另一端与所述双向BCDR模块5一端相连，所述第二开关S2另一端、所述蓄电池组2、所述双向BCDR模块5另一端相互连接在一起。

本实用新型动态电源体制系统可工作于全调节母线拓扑，也可工作于复合母线拓扑，即同时输出全调节母线与不调节母线。

该动态电源体制系统还包括电容6，所述电容6连接于所述第一输出支路上。

MPPT功率调节模块3可以保证太阳电池阵1输出功率最大化，不受后端拓扑及电压钳位的影响。

双向BCDR模块5在全调节母线拓扑工作时对蓄电池组2起充电调节与放电调节的作用，在复合母线拓扑工作时起平台母线变换器调节作用。

对于SAR、雷达、电推进等峰值功率要求较高、且为脉冲负载的雷达载荷，采用复合母线拓扑，峰值功率直接从蓄电池组2输出。

对于可见光、红外、多光谱等光学载荷，采用全调节母线拓扑，对外统一稳定的母线输出。

以同时配置光学载荷和雷达载荷(例如SAR载荷)的卫星为例，卫星平台功率为恒定1000W，光学载荷功率为恒定2000W，雷达载荷(例如SAR载荷)开机功率为5000W，开机10min，间歇80min。

太阳电池阵1采用串联型MPPT功率调节方式，太阳电池阵1功率输出不受后级电路的影响；蓄电池充放电模块使用集成式BCDR双向调节模块。

1.光学载荷工作模式：

第一开关S1接通，第二开关S2断开，动态电源体制系统工作于全调节母线拓扑模式，输出稳定的母线电压供给卫星平台(1000W平台)负载及光学载荷(2000W光学载荷)负载。

2.雷达载荷工作模式：

第一开关S1断开，第二开关S2接通，动态电源体制系统工作于复合母线拓扑模式，蓄电池组2通过双向BCDR模块5放电调节输出全调节母线供给卫星平台(1000W平台)负载；MPPT功率调节模块3与蓄电池组2直接相连输出不调节母线供给雷达载荷(5000W峰值功率)负载。

3.光学载荷与雷达载荷同时工作模式

第一开关S1断开，第二开关S2接通，动态电源体制系统工作于复合母线拓扑模式，蓄电池组2通过双向BCDR模块5放电调节输出全调节母线供给卫星平台(1000W平台)负载与光学载荷(2000W光学载荷)负载；MPPT功率调节模块3与蓄电池组2直接相连输出不调节母线供给雷达载荷(5000W峰值功率)负载；此种工作模式能源消耗较大，应该根据卫星能源平衡设计参数，对此工作模式的工作时间进行约束。

本实用新型的技术优势：本实用新型通过系统拓扑的重新架构，实现多种负载特性的高效供电，解决多种负载特性的载荷供电体制匹配问题，可有效提高动态响应、供电效率以及功率密度技术，并满足多种负载特性的供电需求，全面提高电源系统效能。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种适用于多载荷卫星的动态电源体制系统，其特征在于：包括太阳电池阵(1)、蓄电池组(2)、MPPT功率调节模块(3)、双向BCDR模块(5)、重构开关，所述重构开关包括第一开关(S1)和第二开关(S2)，所述太阳电池阵(1)与所述MPPT功率调节模块(3)输入端相连，所述MPPT功率调节模块(3)输出端分别与第一输出支路和第二输出支路相连，所述第一输出支路用于输出稳定载荷，所述第二输出支路用于输出峰值载荷，所述第一输出支路设有所述第一开关(S1)，所述第二输出支路设有所述第二开关(S2)，所述MPPT功率调节模块(3)输出端分别与所述第一开关(S1)一端、所述第二开关(S2)一端相连，所述双向BCDR模块(5)一端与所述第一输出支路相连，所述双向BCDR模块(5)另一端与所述第二输出支路相连，所述第一开关(S1)另一端与所述双向BCDR模块(5)一端相连，所述第二开关(S2)另一端、所述蓄电池组(2)、所述双向BCDR模块(5)另一端相互连接在一起。

2.根据权利要求1所述的动态电源体制系统，其特征在于：该动态电源体制系统还包括电容(6)，所述电容(6)连接于所述第一输出支路上。

3.根据权利要求1所述的动态电源体制系统，其特征在于：所述双向BCDR模块(5)在全调节母线拓扑工作时对蓄电池组(2)起充电调节与放电调节的作用，在复合母线拓扑工作时起平台母线变换器调节作用。

Images