串联型MPPT空间电源系统稳定性技术

《串联型MPPT空间电源系统稳定性技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、2014年8月第4期中国空间科学技术ChineseSpaceScienceandTechnology串联型MPPT空间电源系统稳定性技术林文立张晓峰杜青王超(北京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要串联型最大功率点跟踪(MPPT)空间电源系统存在母线电压振荡或跌落等不稳定现象，文章以MPPT不调节母线电源拓扑为研究对象，建立了系统等效电路模型，通过小信号等效分析、状态空间方程特征根求解等手段，分别对MPPT控制域及电压控制域下电源系统的稳定性进行了分析。结果表明，在太阳电池阵及阵列功率调节器特性曲线一定的条件下，通过对二者间电感、电容参数合理配置，可以保证系统稳定

2、。在MATLAB／SIMUI。INK中搭建了串联型MPPT不调节母线电源系统仿真模型并进行实例仿真，仿真结果验证了理论分析的正确性。关键词最大功率点跟踪；稳定性；小信号等效分析；状态空间方程；空间电源系统DOI：10．3780／j．issn．1000—758X．2014．04．0081引言传统低轨卫星所采用的直接能量传输系统通常按照寿命末期太阳电池阵最佳功率输出满足负载需求来设计，这导致在寿命初期大约有20％的功率被浪费。最大功率点跟踪(MaximumPowerPointTracking，MPPT)控制技术可自动调节太阳电池阵工作点，并能够最大限度地利用太阳阵输出功率，因

3、而已经在国外多个低轨大功率卫星、电推进等敏捷机动性要求很高的卫星平台以及深空探测领域得到越来越多的应用[1j。目前文献中，对串联型MPPT的报道及研究居多比。3一。然而，由于功率源与负载均为非线性，串联型MPPT电源系统在太阳电池阵与阵列功率调节器(ArrayPowerRegulator，APR)间存在母线电压振荡或跌落等不稳定现象一“。文献[5]利用基于平均参数渐进的简化电压控制模型对RADARSAT一2及COSMO—SkyMed卫星采用的串联型MPPT不调节母线电压控制环的稳定性进行了分析，获得了电源系统在频域范围内的幅值及相位稳定裕度范围。文献E6]对国际空间站分布

4、式电源系统一次母线电压振荡现象进行了研究，认为是由DC／DC二次电源变换控制的负阻抗不稳定性造成的。文献[7]利用Nyquist稳定性判据对串联系统中太阳电池阵特性模拟器与电源控制与分配单元间阻抗特性匹配进行了分析。而国内目前对于空间电源系统一次母线电压稳定性的研究还比较少。本文以串联型MPPT不调节母线电源系统为研究对象，分别对其两域控制模式下系统稳定性进行了分析，在MATLAB／SIMULINK中搭建了仿真模型，并通过实例仿真验证了结论的正确性，该结论可为未来空间电源中应用MPPT技术提供参考。国家自然科学基金(51307006)，十二五装备预先研究(51320080

5、401)资助项目收稿日期：2014-0卜10。收修改稿日期：2014一02—27中国空间科学技术2014年8月2不调节母线电源拓扑及等效电路模型串联型MPPT不调节母线电源系统拓扑如图1所示，其主要由太阳电池阵、APR、控制电路、蓄电池组及负载等组成，其中，jL0。。为负载电流，j。。，，为蓄电池充／放电流，i。。为太阳电池阵输出电流，砜为太阳电池阵输出电压，73M。。为一次母线电压。图1中APR采用Boost升压变换器电路[8。1⋯，控制电路包括MPPT控制器、主误差信号放大(MainErrorAmplifier，MEA)控制器、模式选择器等。图1不调节母线电源系统拓扑

6、Fig．1Diagramofunregu[atedbuselectrica[powersystemtopology串联型MPPT电源系统等效电路模型如图2所示，其中左侧方框中曲线“f(v。。)一73。。”代表太阳电池阵的输出特性，电容C，。为太阳电池阵寄生电容、传输线路寄生电容及APR输入滤波电容的等效值，L。．。为传输线路寄生电感及APR输入电感的等效值，i。。为电感电流值。由于太阳电池阵的输出特性是非线性的，其输出工作点不但受太阳光照、温度等自然条件影响，而且受到后级APR及负载特性影响，为简化电路分析，将图1中APR及后级负载统一用“APR输人特性曲线”表示，曲线表

7、达式为“厂(i。)一i。”(见图2中右侧方框示意曲线)。LmJ-太阳电池阵输出特性曲线n1YL一，l。‘<一一-一一-一一--_‘艺I彳o、；”、I+X(：丁V。。

8、_Vf(i。)7∞图2电源系统等效电路模型Fig．2Electricalpowersystemequivalentcircuitmodel根据基尔霍夫电压／电流定律，由图2可直接得到：diI，／dt一(1／L1．。)(u，。一厂(iI，))1dv，。／dt一(1／c，。)(厂(u。。)一iI．)I3电源系统稳定性分析太阳电池阵输出特性曲线与APR输入特性曲线的交点