一種適用于航天移動測控的車載微電網系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種適用于航天移動測控的車載微電網系統，該系統采用直流微電網 的拓撲結構，包括分布式發電系統、儲能裝置、整流器和逆變器等，具有市電、油機發電兩種 主電源"無縫切換"能力，可作為遂行航天移動測控等對供電不間斷能力、電能品質要求較 高的電力保障任務場合。
【背景技術】
[0002] 中國航天事業自1956年創建以來，迄今已達到了相當規模和水平，在衛星回收、 一箭多星、低溫燃料火箭技術、捆綁火箭技術以及靜止軌道衛星發射與測控等許多重要技 術領域已躋身世界先進行列。航天活動的持續快速發展給航天測控系統帶來了新的挑戰和 發展機遇。其中，穩定可靠的電力供應是地面測控站正常運轉的前提。
[0003] 目前我國航天測控任務中普遍采用的電力保障模式為：①在固定場站完成長管工 作任務時以市電網（或公共電網）為主，柴油發電機組（簡稱"油機"）作為備用電源，市電 網出現故障時，立即切換油機發電；②實時測控任務下供電保障模式以油機為主，市電網作 為備用電源，在執行測控任務時，如油機出現故障，供配電人員迅速將電源切換至市電網； ③在野外執行任務時，基本沒有條件提供市電，只能依賴柴油發電機組獨立供電。
[0004] 上述供電方式存在的主要問題是：
[0005] 1)市電、油機難以做到"Os"切換。無論市電、油機哪個作為主電源、哪個作為備用 電源，都難以做到無時延地切換到對方。從本質上看，這是由于交流電存在同步（同頻、同 相）問題導致的。然而，由于部分重要測控設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，測控任務的實時性和完整性很難保證。
[0006] 2) "大馬拉小車"的問題比較突出。目前航天測控主要設備（名稱涉密，用數字 取代）的額定、瞬時功率如表1所示。由表1可知，測控設備總的平均功率相對較低（約 130kW)，但瞬時功率卻高達195kW以上。為了滿足測試設備的可靠運行，現有汽車電站額定 功率不得不以瞬時功率作為設計依據，由此導致油機的體積重量大幅增加，嚴重影響了車 載電源的機動能力和使用效率。
[0007] 表1主要航天測控設備功率等級
[0009] 3)電能品質較差。市電供電模式下，由于工業負載的影響，常常伴隨電壓波動、閃 邊、不平衡、諧波畸變等電網污染；柴油機組供電模式下，由于發動機轉子的慣性作用，在輸 出功率的急劇變化的情況下，容易出現電壓波動、電流諧波等問題。上述問題會影響供電系 統電能質量，對測試設備的正常運行造成一定干擾，甚至引發敏感設備故障。
[0010] 4)燃油效率較低。大功率的柴油機組經常運行于輕載工況，不能發揮最大效率。 此外，在航天器回收及航天員搜救等任務中，往往需要較長的野外待命時間。期間小功率的 生活、通信保障用電如果一直通過柴油發電機組提供，燃油效率極低，油料保障的負擔也較 重。
[0011] 綜上所述，航天移動測控站現有的電力供應體系已不能滿足地面測控任務對電能 保障不間斷、高品質、機動性的要求，加快推進航天測控領域新型電力供應保障體系建設迫 在眉睫。
【發明內容】
[0012] 本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種適用于航天移動測控的車載微 電網系統（簡稱"車載微電網系統"）。該系統可以完成市電網、柴油機組、動力電池組等多 種動力源的"無縫切換"，不間斷供電能力強、輸出電能質量高、環境適應性好，能夠確保大 型脈沖功率負載以及精密敏感測試設備的用電安全，并減少野外供電保障壓力，提升供電 保障的機動化、信息化和智能化水平。
[0013] 本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種適用于航天移動測控的車載微 電網系統，主要包括以下部件：柴油發電機組、蓄電池組、網側整流器、機側整流器、動力電 逆變器和照明電逆變器等；各部件的電氣連接關系和功能設置如下：
[0014] 1.柴油發電機組輸出的三相交流電，通過機側整流器進行可控整流，變成650V的 直流電后并聯到蓄電池組的兩端；
[0015] 2.參照步驟1，取自市電網的380V三相交流電，通過網側整流器進行可控整流，變 成650V的直流電后并聯到蓄電池組的兩端；
[0016] 3.動力電逆變器、照明電逆變器分別接到蓄電池組的兩端，分別將直流電逆變為 380V的三相交流電（動力電）和220V的單相交流電（照明電），供給測控設備使用。
[0017] 本發明所述的一種適用于航天移動測控的車載微電網系統的控制方法如下：
[0018] 4.通過電壓傳感器實時檢測有無市電，據此將車載微電網系統的工作狀態劃分為 兩個模式，即：模式I、模式II，具體為：
[0019] 4. 1有市電的情況下，車載微電網系統的工作狀態切換至模式I，此時柴油發電機 組處于熄火狀態，機側整流器處于關閉狀態，網側整流器處于開通狀態，負載所需的電能全 部由市電網提供；
[0020] 4. 2無市電的情況下，車載微電網系統的工作狀態切換至模式II，此時網側整流 器處于關閉狀態，同時依據負載所需功率大小判斷柴油發電機組是否工作：如果是小功率 負載用電，則柴油發電機組處于熄火狀態，機側整流器處于關閉狀態，負載所需電能由蓄電 池組單獨提供；如果是大功率負載用電，則柴油發電機組以額定轉速運行，機側整流器處 于開通狀態，負載所需電能由柴油發電機組提供，蓄電池組平抑負載突加、突卸時的功率波 動；
[0021] 4. 3通過電池能量管理系統實時檢測蓄電池組的荷電狀態（Soc)，當檢測到荷電 狀態低于其下限閾值時，啟動電池充電模式，由市電網（模式I工況下）或柴油發電機組 (模式II工況下）以額定電流給蓄電池組充電，直至其荷電狀態達到上限閾值；
[0022] 5.網側整流器、機側整流器均采用空間矢量調制方式，且其直軸分量均采用電壓、 電流雙閉環控制，而交軸分量僅采用電流單環控制，具體為：
[0023] 5. 1母線電壓參考指令t/；；(設定為650V)與母線電壓反饋值Ud。的差值送入直 軸電壓環PI控制器進行調節，得到直軸電流參考指令;之后，直軸電流參考指令加 入負載電流前饋補償項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PI 控制器進行調節，即可得到空間矢量調制所需的直軸電壓值Vgd;
[0024] 5.2交軸電流參考指令(單位功率因數運行時，一般設置為零）與交軸電流反 饋值1@的差值送入交軸電流環PI控制器進行調節，即可得到空間矢量調制所需的交軸電 壓值Vgq;
[0025] 6.動力電逆變器、照明電逆變器均采用電壓、電流雙閉環矢量控制，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PI控制器進行調節， 得到電流參考指令^?，亦即電壓環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PI控制器進行調節，得到輸出電壓反饋值U sdq，從而構成閉環控 制。
[0026] 本發明的有益效果是：
[0027] (1)車載微電網系統采用直流微電網的拓撲架構，市電網、柴油發電機組切換過程 中可確保輸出電壓波形不間斷，負載端對于電源切換"零感知"；
[0028] (2)主電源（動力源）與負載不直接連接，而是通過蓄電池組作為中間環節，故此 電源端的故障或污染不會直接傳遞到負載端；
[0029] (3)蓄電池組能夠瞬間大電流放電，滿足脈沖功率負載的用電需求，柴油發電機組 的容量因此可按負載的平均功率進行設計。
【附圖說明】
[0030] 圖1為本發明的一種適用于航天移動測控的車載微電網系統拓撲結構圖；
[0031] 圖2為本發明的一種適用于航天移動測控的車載微電網系統控制流程圖；
[0032] 圖3表示本發明的一種適用于航天移動測控的車載微電網系統網側、機側整流器 通用控制框圖；
[0033] 圖4表示本發明的一種適用于航天移動測控的車載微電網系統動力電、照明電逆 變器通用控制框圖；
[0034] 圖5為本發明的一種適用于航天移動測控的車載微電網系統的仿真測試結果；
[0035] 圖中，柴油發電機組1、蓄電池組2、網側整流器3、機側整流器4、動力電逆變器5、 照明電逆變器6。
【具體實施方式】
[0036] 下面結合附圖和實施案例對本發明作進一步說明。
[0037] 圖1表示本發明的車載微電網系統拓撲結構圖，參照圖1，