空間飛行器太陽能峰值功率跟蹤控制系統(tǒng)(MPPT)研究.pdf

1、光伏發(fā)電系統(tǒng)是空間電源的一種普遍形式,該系統(tǒng)的一個(gè)基本特點(diǎn)是太陽能輸出功率受環(huán)境影響較大,由于光伏陣列輸出特性的非線性特征,在不同的照射強(qiáng)度和溫度下其I-V特性曲線各不相同,太陽能電池的輸出曲線為非線性且為溫度、日照強(qiáng)度與空間粒子輻照的函數(shù),每一條曲線中所能畫出的最大矩形面積則是Ipv與Voc的最大乘積值稱為最大功率點(diǎn),此點(diǎn)應(yīng)為最佳工作點(diǎn)定義成Pmax,它所能輸出的功率為最大。目前國內(nèi)空間電源系統(tǒng)對(duì)太陽電池發(fā)電的控制一般都采用CVT(恒

2、壓)的控制方式,太陽電池陣不能工作在最佳工作點(diǎn),在初期會(huì)損失20％左右的能量。而采用峰值功率跟蹤控制技術(shù)(MPPT)能隨時(shí)跟蹤太陽電池陣最大輸出,充分利用太陽電池陣的能源,它的缺點(diǎn)是相對(duì)于CVT控制技術(shù)而言控制比較復(fù)雜,可靠性低,但隨著電子技術(shù)的發(fā)展,這些缺點(diǎn)都能通過器件工藝克服。該項(xiàng)技術(shù)在NASA和俄羅斯衛(wèi)星電源中均有應(yīng)用,在國內(nèi)還沒有該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用。本文介紹了太陽電池光伏特性、DC/DC變換工作原理、MPPT總體方案以及最大功率點(diǎn)跟

3、蹤算法,綜合了空間電源的實(shí)際情況,采用了比較適合空間飛行器在軌飛行需求的擾動(dòng)觀察法與模糊自尋優(yōu)設(shè)計(jì)方法相結(jié)合的方式對(duì)太陽電池最大功率點(diǎn)進(jìn)行跟蹤。在一個(gè)軌道周期內(nèi)當(dāng)搜索到最佳工作點(diǎn)后,改用經(jīng)典的PI控制,鎖定太陽電池最佳輸出電壓采用Buck降壓的方式對(duì)鎘鎳蓄電池組進(jìn)行充電。這樣系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)最大限度的穩(wěn)定運(yùn)行,提高了可靠性。當(dāng)?shù)较乱粋€(gè)軌道周期時(shí)重新啟動(dòng)MPPT程序,對(duì)太陽電池陣最佳工作點(diǎn)進(jìn)行跟蹤,搜索到最佳工作點(diǎn)后再用PI進(jìn)行控制。然后到下一

4、個(gè)軌道周期繼續(xù)循環(huán)該過程。MPPT控制系統(tǒng)硬件主要是DC-DC主回路模塊和計(jì)算機(jī)控制模塊。DC/DC采用Buck降壓型轉(zhuǎn)換電路。負(fù)載接在蓄電池組上,母線結(jié)構(gòu)采用不調(diào)節(jié)母線,蓄電池組電壓即為母線電壓?；芈分械母髌骷?shù)和設(shè)計(jì)值都考慮到工作環(huán)境的特殊性選擇相應(yīng)的達(dá)到軍用標(biāo)準(zhǔn)的器件。采用單片機(jī)AT89C55作為主控制芯片,AT89C55具有低功耗、高性能的特點(diǎn),它具有20K可重復(fù)編程的Flash。對(duì)多數(shù)嵌入式系統(tǒng)來說,AT89C55可以說是高