[发明专利]一种基于内总线的分布式能源系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种分布式能源系统，具体是指一种适用于太阳能无人机的基于内总线的分布式能源系统，属于能源系统直流变换电路控制技术。

背景技术

长航时无人机因巡航时间长，飞行高度高，覆盖区域广，在空间国防、资源勘测、自然灾害防治等各方面均具有重要作用，具有常规飞行器不可替代的优点，也是我国目前临近空间发展的重要平台。

现有技术中，长航时无人机的能源系统大多采用光伏-蓄电池供电体系，主要由翼形太阳电池阵、能源管理单元和蓄电池组成。其中，翼形太阳电池阵、蓄电池（储能装置）和推进电机之间的供电配置关系，主要由能源管理单元进行协调控制。在光照期通过对翼形太阳电池阵的输出功率进行调节，满足无人机的供电要求，并将多余能量为蓄电池充电进行储能。当翼形太阳电池阵的输出功率不满足无人机的供电要求时，由翼形太阳电池阵和蓄电池联合供电。在夜间无光照期则仅由蓄电池供电，以满足无人机的供电需求。

但是，利用太阳能进行供电的无人机，其工作模式及功率的需求分配比较复杂，具有超大规模、超高功率、多能源综合等特点。在此种情况下，能源系统需要面临太阳电池的最大功率跟踪、联合供电、太阳电池能量多余等多种工作状态互相切换的复杂工况。由于传统的能源系统采用集中控制的方式，存在着传输损耗大，供电品质差，配置不灵活等问题，无法适应利用太阳能的无人机分布式供电需求。

基于上述，本发明提出一种适用于太阳能无人机的基于内总线的分布式能源系统，由若干个分布式功率节点组成；在每个分布式功率节点中，由太阳电池阵负责光电转换，为无人机的推进系统和平台设备提供能量；由锂离子蓄电池组负责在光照期（白天）将太阳电池阵的多余功率储存，并在无光照期（夜间）放电为无人机供电；分布式管理单元采用MPPT技术实现太阳电池阵功率调节并实现锂离子蓄电池组的充放电管理；从而有效解决现有技术中存在的缺点和限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于内总线的分布式能源系统，实现能源系统与无人机的功率匹配，能够优化能源系统的功率流，降低能源系统的传输损耗，提高能源系统的可靠性和供电品质。

为实现上述目的，本发明提供一种基于内总线的分布式能源系统，适用于太阳能无人机，包含若干个通过内总线和功率母线相互连接的分布式功率节点；各个所述的分布式功率节点通过向功率母线输出功率，为太阳能无人机供电，并通过功率母线实现分布式能源系统的功率互通；各个所述的分布式功率节点通过内总线实现功率优化调度和分布式遥测通信。

每个分布式功率节点包含：太阳电池阵，在光照期进行光电转换后输出功率，为太阳能无人机供电；锂离子蓄电池组，在光照期通过太阳电池阵充电，并在非光照期放电输出功率，为太阳能无人机供电；若干个分布式管理单元，分别与太阳电池阵、锂离子蓄电池组和功率母线连接，通过内总线实现分布式管理单元间的功率调度，采用MPPT技术对太阳电池阵的输出功率进行调节，并对锂离子蓄电池组的充电放电进行管理，使得太阳电池阵和锂离子蓄电池组通过分布式管理单元向功率母线输出功率进行供电。

每个所述的分布式管理单元包含：功率控制电路，与太阳电池阵串联连接，且与锂离子蓄电池组并联连接，对太阳电池阵的输出功率进行调节，并在光照期利用太阳电池阵的多余功率对锂离子蓄电池组充电；功率优化电路，分别与功率控制电路以及内总线和功率母线连接，对太阳电池阵进行峰值功率跟踪，并实现锂离子蓄电池组的限流恒压充电。

在每个所述的分布式功率节点中，其中一个分布式管理单元作为主控制器，其余各个分布式管理单元均作为从控制器。

所述的主控制器与各个从控制器之间通过内总线连接进行通信，实现对各个分布式管理单元的遥测信息采集和遥控指令传输。

所述的主控制器通过内总线采集各个从控制器的分布式管理单元的状态，并根据采集到的状态信息进行分布式功率节点的功率优化调度，使得分布式能源系统与太阳能无人机的载荷功率匹配。

各个所述的分布式功率节点的输出功率固定，通过多个分布式功率节点的并联进行分布式能源系统输出功率的扩展。

各个所述的分布式功率节点通过内总线进行节点间的功率优化调度，使得分布式能源系统与太阳能无人机的载荷功率匹配；并通过内总线实现节点间的运行状态上传和遥控指令接收。

所述的基于内总线的分布式能源系统，还包含功率匹配管理电路，其通过内总线分别与各个分布式功率节点连接，根据各个分布式功率节点向其发送的运行状态，调节各分布式功率节点的工作状态。