混合式MPPT星载电源系统拓扑设计与仿真分析.pdf

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1、混合式MPPT星载电源系统拓扑设计与仿真分析蔡晓东刘治钢张明林文立北京空间飞行器总体设计部，北京100094为适应低轨道卫星、深空探测器等航天器的应用需求，本文提出采用一种新型串并联混合式峰值功率点跟踪(MaximumPowerPointTracking，MPPT)电路拓扑结构，控制算法采用增量电导法，以保证太阳电池阵工作在峰值功率点附近，充分利用太阳电池阵输出功率。文章重点介绍了新型串并联混合式MPPT电路拓扑的四种工作模式、两域控制方法和增量电导法的MPPT控制策略的实现，并搭建MPPT系统仿真平台，仿真验证结果表明，串并联MPP

2、T拓扑结构能够快速、无扰动实现太阳电池阵峰值功率点跟踪。峰值点功率跟踪；串并联拓扑；MPPT两域控制V442A10.3969/j.issn.1673-8748.2013.03.014DesignandSimulationofaMixedMPPTElectricalPowerSystemTopologyCAIXiaodongLIUZhigangZHANGMingLINWenliBeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering,Beijing100094,ChinaAbstract:Maximum

3、PowerPointTracking(MPPT)controlisespeciallysuitableforhigh-powerLEOspacecraftanddeep-spacespacecraftwhoselightintensityreceivedandtemperaturevariationareinawiderange.Anewseries-parallelmixedMPPTelectricalpowersystemtopologyisproposedinthepaper,inwhichthecontrolstrategyu

4、sesincrement-conductancemethodtotracethemaximumpowerpointandmakefulluseoftheoutputelectricalpowerofthesolararray.Detailsarepresentedinthepaper,includingfourmodesforthenewcircuittopology,two-areacontrolandincrement-conductancecontrolimplementations.Thesystemsimulationpla

5、tformisbuiltandsomeexperimentsandanalysisareprocessed.Theoutcomesshowthatthenewpowertopologycanquicklytracethesolararraymaximumpowerpoint.MPPT;series-parallelmixedtopology;MPPTtwo-areacontrol2013-04-032013-05-05蔡晓东(1972-)，男，高级工程师，从事航天器供配电技术研究工作。Email：cxd_mail@yahoo.com.

6、cn。78航天器工程快车”(MarsExpress)、“金星快车”(VenusEx—press)[4_5I、罗塞塔(Rossetta)彗星探测器[56]、信使号(Messenger)探测器[7】、贝比一哥伦布(Bepi—Co—lombo)水星探测器哺1的电源系统设计均采用了MPPT拓扑结构，而国内航天器上的相关应用研究还比较少凹]。由于传统的MPPT拓扑是在太阳电池阵与蓄电池组或负载之间串联了功率调节装置，降低了能量传输效率，其本身也会增加系统的重量，如果MPPT的转换效率过低，那么应用MPPT方式获得的额外太阳电池输出功率有可能被M

7、PPT本身消耗掉，甚至起反作用。本文提出了一种新型的串并联混合式MPPT电路拓扑，对其工作模式、两域控制方法和增量电导法等控制算法进行了研究，并进行了仿真实验，仿真结果表明，该拓扑显著提高了太阳电池阵输出功率的利用率。2一种串并联混合式MPPT电源系统拓扑设计大多数航天器电源系统中的功率调节普遍采用能量直接传输(DirectEnergyTransfer，DET)方式，它是一种消耗型系统，太阳电池阵输出功率一般按照寿命末期的需求进行设计，对于长寿命航天器平台，在寿命初期的输出功率通常超过实际需求的20％左右，造成了能量的极大浪费。作为功

8、率调节的另外一种方式，MPPT方式是非耗散性的，它通过调节太阳电池阵的工作点来满足负载的需要。MPPT方式在负载需要的情况下，自动跟踪太阳电池阵的峰值功率点，可最大限度地利用太阳电池阵的输出功率。由于发射成本和运载能力等