一種適用于航天移動(dòng)測(cè)控的車載微電網(wǎng)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種適用于航天移動(dòng)測(cè)控的車載微電網(wǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用直流微電網(wǎng) 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括分布式發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能裝置、整流器和逆變器等，具有市電、油機(jī)發(fā)電兩種 主電源"無(wú)縫切換"能力，可作為遂行航天移動(dòng)測(cè)控等對(duì)供電不間斷能力、電能品質(zhì)要求較 高的電力保障任務(wù)場(chǎng)合。
【背景技術(shù)】
[0002] 中國(guó)航天事業(yè)自1956年創(chuàng)建以來(lái)，迄今已達(dá)到了相當(dāng)規(guī)模和水平，在衛(wèi)星回收、 一箭多星、低溫燃料火箭技術(shù)、捆綁火箭技術(shù)以及靜止軌道衛(wèi)星發(fā)射與測(cè)控等許多重要技 術(shù)領(lǐng)域已躋身世界先進(jìn)行列。航天活動(dòng)的持續(xù)快速發(fā)展給航天測(cè)控系統(tǒng)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)和 發(fā)展機(jī)遇。其中，穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)是地面測(cè)控站正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提。
[0003] 目前我國(guó)航天測(cè)控任務(wù)中普遍采用的電力保障模式為：①在固定場(chǎng)站完成長(zhǎng)管工 作任務(wù)時(shí)以市電網(wǎng)（或公共電網(wǎng)）為主，柴油發(fā)電機(jī)組（簡(jiǎn)稱"油機(jī)"）作為備用電源，市電 網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，立即切換油機(jī)發(fā)電；②實(shí)時(shí)測(cè)控任務(wù)下供電保障模式以油機(jī)為主，市電網(wǎng)作 為備用電源，在執(zhí)行測(cè)控任務(wù)時(shí)，如油機(jī)出現(xiàn)故障，供配電人員迅速將電源切換至市電網(wǎng)； ③在野外執(zhí)行任務(wù)時(shí)，基本沒(méi)有條件提供市電，只能依賴柴油發(fā)電機(jī)組獨(dú)立供電。
[0004] 上述供電方式存在的主要問(wèn)題是：
[0005] 1)市電、油機(jī)難以做到"Os"切換。無(wú)論市電、油機(jī)哪個(gè)作為主電源、哪個(gè)作為備用 電源，都難以做到無(wú)時(shí)延地切換到對(duì)方。從本質(zhì)上看，這是由于交流電存在同步（同頻、同 相）問(wèn)題導(dǎo)致的。然而，由于部分重要測(cè)控設(shè)備中包含脈沖功率管等敏感器件，一旦斷電就 必須冷卻并重新啟動(dòng)，測(cè)控任務(wù)的實(shí)時(shí)性和完整性很難保證。
[0006] 2) "大馬拉小車"的問(wèn)題比較突出。目前航天測(cè)控主要設(shè)備（名稱涉密，用數(shù)字 取代）的額定、瞬時(shí)功率如表1所示。由表1可知，測(cè)控設(shè)備總的平均功率相對(duì)較低（約 130kW)，但瞬時(shí)功率卻高達(dá)195kW以上。為了滿足測(cè)試設(shè)備的可靠運(yùn)行，現(xiàn)有汽車電站額定 功率不得不以瞬時(shí)功率作為設(shè)計(jì)依據(jù)，由此導(dǎo)致油機(jī)的體積重量大幅增加，嚴(yán)重影響了車 載電源的機(jī)動(dòng)能力和使用效率。
[0007] 表1主要航天測(cè)控設(shè)備功率等級(jí)

[0009] 3)電能品質(zhì)較差。市電供電模式下，由于工業(yè)負(fù)載的影響，常常伴隨電壓波動(dòng)、閃 邊、不平衡、諧波畸變等電網(wǎng)污染；柴油機(jī)組供電模式下，由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的慣性作用，在輸 出功率的急劇變化的情況下，容易出現(xiàn)電壓波動(dòng)、電流諧波等問(wèn)題。上述問(wèn)題會(huì)影響供電系 統(tǒng)電能質(zhì)量，對(duì)測(cè)試設(shè)備的正常運(yùn)行造成一定干擾，甚至引發(fā)敏感設(shè)備故障。
[0010] 4)燃油效率較低。大功率的柴油機(jī)組經(jīng)常運(yùn)行于輕載工況，不能發(fā)揮最大效率。 此外，在航天器回收及航天員搜救等任務(wù)中，往往需要較長(zhǎng)的野外待命時(shí)間。期間小功率的 生活、通信保障用電如果一直通過(guò)柴油發(fā)電機(jī)組提供，燃油效率極低，油料保障的負(fù)擔(dān)也較 重。
[0011] 綜上所述，航天移動(dòng)測(cè)控站現(xiàn)有的電力供應(yīng)體系已不能滿足地面測(cè)控任務(wù)對(duì)電能 保障不間斷、高品質(zhì)、機(jī)動(dòng)性的要求，加快推進(jìn)航天測(cè)控領(lǐng)域新型電力供應(yīng)保障體系建設(shè)迫 在眉睫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適用于航天移動(dòng)測(cè)控的車載微 電網(wǎng)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱"車載微電網(wǎng)系統(tǒng)"）。該系統(tǒng)可以完成市電網(wǎng)、柴油機(jī)組、動(dòng)力電池組等多 種動(dòng)力源的"無(wú)縫切換"，不間斷供電能力強(qiáng)、輸出電能質(zhì)量高、環(huán)境適應(yīng)性好，能夠確保大 型脈沖功率負(fù)載以及精密敏感測(cè)試設(shè)備的用電安全，并減少野外供電保障壓力，提升供電 保障的機(jī)動(dòng)化、信息化和智能化水平。
[0013] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種適用于航天移動(dòng)測(cè)控的車載微 電網(wǎng)系統(tǒng)，主要包括以下部件：柴油發(fā)電機(jī)組、蓄電池組、網(wǎng)側(cè)整流器、機(jī)側(cè)整流器、動(dòng)力電 逆變器和照明電逆變器等；各部件的電氣連接關(guān)系和功能設(shè)置如下：
[0014] 1.柴油發(fā)電機(jī)組輸出的三相交流電，通過(guò)機(jī)側(cè)整流器進(jìn)行可控整流，變成650V的 直流電后并聯(lián)到蓄電池組的兩端；
[0015] 2.參照步驟1，取自市電網(wǎng)的380V三相交流電，通過(guò)網(wǎng)側(cè)整流器進(jìn)行可控整流，變 成650V的直流電后并聯(lián)到蓄電池組的兩端；
[0016] 3.動(dòng)力電逆變器、照明電逆變器分別接到蓄電池組的兩端，分別將直流電逆變?yōu)?380V的三相交流電（動(dòng)力電）和220V的單相交流電（照明電），供給測(cè)控設(shè)備使用。
[0017] 本發(fā)明所述的一種適用于航天移動(dòng)測(cè)控的車載微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法如下：
[0018] 4.通過(guò)電壓傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)有無(wú)市電，據(jù)此將車載微電網(wǎng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)劃分為 兩個(gè)模式，即：模式I、模式II，具體為：
[0019] 4. 1有市電的情況下，車載微電網(wǎng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)切換至模式I，此時(shí)柴油發(fā)電機(jī) 組處于熄火狀態(tài)，機(jī)側(cè)整流器處于關(guān)閉狀態(tài)，網(wǎng)側(cè)整流器處于開(kāi)通狀態(tài)，負(fù)載所需的電能全 部由市電網(wǎng)提供；
[0020] 4. 2無(wú)市電的情況下，車載微電網(wǎng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)切換至模式II，此時(shí)網(wǎng)側(cè)整流 器處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)依據(jù)負(fù)載所需功率大小判斷柴油發(fā)電機(jī)組是否工作：如果是小功率 負(fù)載用電，則柴油發(fā)電機(jī)組處于熄火狀態(tài)，機(jī)側(cè)整流器處于關(guān)閉狀態(tài)，負(fù)載所需電能由蓄電 池組單獨(dú)提供；如果是大功率負(fù)載用電，則柴油發(fā)電機(jī)組以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，機(jī)側(cè)整流器處 于開(kāi)通狀態(tài)，負(fù)載所需電能由柴油發(fā)電機(jī)組提供，蓄電池組平抑負(fù)載突加、突卸時(shí)的功率波 動(dòng)；
[0021] 4. 3通過(guò)電池能量管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)蓄電池組的荷電狀態(tài)（Soc)，當(dāng)檢測(cè)到荷電 狀態(tài)低于其下限閾值時(shí)，啟動(dòng)電池充電模式，由市電網(wǎng)（模式I工況下）或柴油發(fā)電機(jī)組 (模式II工況下）以額定電流給蓄電池組充電，直至其荷電狀態(tài)達(dá)到上限閾值；
[0022] 5.網(wǎng)側(cè)整流器、機(jī)側(cè)整流器均采用空間矢量調(diào)制方式，且其直軸分量均采用電壓、 電流雙閉環(huán)控制，而交軸分量?jī)H采用電流單環(huán)控制，具體為：
[0023] 5. 1母線電壓參考指令t/；；(設(shè)定為650V)與母線電壓反饋值Ud。的差值送入直 軸電壓環(huán)PI控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，得到直軸電流參考指令;之后，直軸電流參考指令加 入負(fù)載電流前饋補(bǔ)償項(xiàng)Ilciad，再與直軸電流反饋值Igd作差，得到的差值送入直軸電流環(huán)PI 控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，即可得到空間矢量調(diào)制所需的直軸電壓值Vgd;
[0024] 5.2交軸電流參考指令(單位功率因數(shù)運(yùn)行時(shí)，一般設(shè)置為零）與交軸電流反 饋值1@的差值送入交軸電流環(huán)PI控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，即可得到空間矢量調(diào)制所需的交軸電 壓值Vgq;
[0025] 6.動(dòng)力電逆變器、照明電逆變器均采用電壓、電流雙閉環(huán)矢量控制，具體為：首 先，輸出電壓參考指令與輸出電壓反饋值Usdq的差值送入電壓環(huán)PI控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)， 得到電流參考指令^?，亦即電壓環(huán)PI控制器的輸出；之后，電流參考指令與電流反饋 值Isdq的差值送入電流環(huán)PI控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，得到輸出電壓反饋值U sdq，從而構(gòu)成閉環(huán)控 制。
[0026] 本發(fā)明的有益效果是：
[0027] (1)車載微電網(wǎng)系統(tǒng)采用直流微電網(wǎng)的拓?fù)浼軜?gòu)，市電網(wǎng)、柴油發(fā)電機(jī)組切換過(guò)程 中可確保輸出電壓波形不間斷，負(fù)載端對(duì)于電源切換"零感知"；
[0028] (2)主電源（動(dòng)力源）與負(fù)載不直接連接，而是通過(guò)蓄電池組作為中間環(huán)節(jié)，故此 電源端的故障或污染不會(huì)直接傳遞到負(fù)載端；
[0029] (3)蓄電池組能夠瞬間大電流放電，滿足脈沖功率負(fù)載的用電需求，柴油發(fā)電機(jī)組 的容量因此可按負(fù)載的平均功率進(jìn)行設(shè)計(jì)。
【附圖說(shuō)明】
[0030] 圖1為本發(fā)明的一種適用于航天移動(dòng)測(cè)控的車載微電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0031] 圖2為本發(fā)明的一種適用于航天移動(dòng)測(cè)控的車載微電網(wǎng)系統(tǒng)控制流程圖；
[0032] 圖3表示本發(fā)明的一種適用于航天移動(dòng)測(cè)控的車載微電網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)、機(jī)側(cè)整流器 通用控制框圖；
[0033] 圖4表示本發(fā)明的一種適用于航天移動(dòng)測(cè)控的車載微電網(wǎng)系統(tǒng)動(dòng)力電、照明電逆 變器通用控制框圖；
[0034] 圖5為本發(fā)明的一種適用于航天移動(dòng)測(cè)控的車載微電網(wǎng)系統(tǒng)的仿真測(cè)試結(jié)果；
[0035] 圖中，柴油發(fā)電機(jī)組1、蓄電池組2、網(wǎng)側(cè)整流器3、機(jī)側(cè)整流器4、動(dòng)力電逆變器5、 照明電逆變器6。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施案例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0037] 圖1表示本發(fā)明的車載微電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，參照?qǐng)D1，