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)的一個基本特點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,此點應為最佳工作點定義成Pmax,它所能輸出的功率為最大。目前國內空間電源系統(tǒng)對太陽電池發(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,在初期會損失20％左右的能量。而采用峰值功率跟蹤控制技術(MPPT)能隨時跟蹤太陽電池陣最大輸出,充分利用太陽電池陣的能源,它的缺點是相對于CVT控制技術而言控制比較復雜,可靠性低,但隨著電子技術的發(fā)展,這些缺點都能通過器件工藝克服。該項技術在NASA和俄羅斯衛(wèi)星電源中均有應用,在國內還沒有該項技術的應用。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跟

3、蹤算法,綜合了空間電源的實際情況,采用了比較適合空間飛行器在軌飛行需求的擾動觀察法與模糊自尋優(yōu)設計方法相結合的方式對太陽電池最大功率點進行跟蹤。在一個軌道周期內當搜索到最佳工作點后,改用經典的PI控制,鎖定太陽電池最佳輸出電壓采用Buck降壓的方式對鎘鎳蓄電池組進行充電。這樣系統(tǒng)能實現(xiàn)最大限度的穩(wěn)定運行,提高了可靠性。當?shù)较乱粋€軌道周期時重新啟動MPPT程序,對太陽電池陣最佳工作點進行跟蹤,搜索到最佳工作點后再用PI進行控制。然后到下一

4、個軌道周期繼續(xù)循環(huán)該過程。MPPT控制系統(tǒng)硬件主要是DC-DC主回路模塊和計算機控制模塊。DC/DC采用Buck降壓型轉換電路。負載接在蓄電池組上,母線結構采用不調節(jié)母線,蓄電池組電壓即為母線電壓?；芈分械母髌骷?shù)和設計值都考慮到工作環(huán)境的特殊性選擇相應的達到軍用標準的器件。采用單片機AT89C55作為主控制芯片,AT89C55具有低功耗、高性能的特點,它具有20K可重復編程的Flash。對多數(shù)嵌入式系統(tǒng)來說,AT89C55可以說是高