[发明专利]空间新型核电源系统及其分时多形式功率管理策略

说明书

本发明公开了一种空间新型核电源系统及其分时多形式功率管理策略，该空间核电源系统架构包含核反应堆、热电转换系统、蓄电池组、寄生负载；核反应堆产生热能，热电转换系统将热能转换为电能，通过对蓄电池组充电或放电以及寄生负载耗散控制进行电能调控。从对负载动态变化的响应时间和调节功率大小两个角度，该功率管理策略包含蓄电池组充放电、寄生负载耗散、工质流量调节和控制棒控制等四个功率调节阶段。本发明可实现空间核电源系统输出“小”和“大”功率调节及“瞬时”和“长时”负载响应控制，满足负载对空间核电源系统响应时间的要求。

技术领域

本发明涉及航天器电源系统功率管理技术领域，特别涉及一种空间新型核电源系统及其分时多形式功率管理策略。

背景技术

月球(火星)表面由于长月/火夜及表面尘埃、光照常数小等原因，太阳电池阵发电功率无法满足任务需求。

核电源系统由于具有不依赖于太阳辐射能、寿命长、可靠性等特点，可满足大功率电源需求、长阴影周期和远离太阳工作环境要求；此外，在数十千瓦以上的大电功率下，其比功率等指标明显优于太阳能电源系统。

核电源系统替代太阳能电源系统已经成为月球、火星基地等任务的能源供给首选方案。

空间核电源系统电能产生是经过热能产生、热能与机械能转换、机械能与电能转换三个阶段，其中，通过改变控制棒在堆芯中位置，实现输出热能大小调节；通过控制热电转换系统中工质流量，实现热能与机械能之间转换能量大小调节。

由于调节系统具有蓄热特性，系统状态改变相对较慢，上述两个功率调节过程往往需要几分钟甚至更长。当负载电功率发生瞬态变化(加载或减载)时，这两种功率调节方式显然无法满足航天器负载对电源系统10ms响应时间要求。因此，迫切需要研究一种空间核电源系统新型功率管理策略。

发明内容

本发明目的是提供一种空间新型核电源系统及其分时多形式功率管理策略，用以解决“稳态”热能与“瞬态”负载变化之间无法匹配的问题。

为了达到上述目的，本发明的一种空间新型核电源系统，其包含：

核反应堆，其通过控制棒控制单元对所述核反应堆输出的热功率进行调控；

热电转换系统，其通过与所述核反应堆连接来接收所述核反应堆输出的热能；所述热电转换系统通过工质流量调节单元对热电转换系统的输出功率进行调控；

蓄电池组，其通过充放电控制单元与热电转换系统和所述负载连接，对所述蓄电池组充电或放电进行调控，调节所述核电源系统的输出功率；

寄生负载，其通过耗散开关管与热电转换系统和负载连接，脉宽调制控制单元对所述寄生负载耗散的电能大小进行调控。

优选地，所述核反应堆设有反应堆控制系统，其调节所述核反应堆控制棒与堆芯的相对位置，改变核反应堆的热功率；

所述热电转换系统将核反应堆输出的热能转化成机械能，再将机械能转化成电能；所述工质流量调节单元是对热电转换系统的热能转化为机械能的过程进行调控。

优选地，所述充放电控制单元的第一端与所述热电转换系统连接，其第二端与所述蓄电池组的正极端连接，当负载功率下降时，蓄电池组进行充电，以吸收热电转换系统输出的电能；

所述蓄电池组的负极端接地；

所述充放电控制单元的第一端还与所述负载连接，当负载功率上升时，蓄电池组进行放电。

优选地，所述耗散开关管的第一端与所述热电转换系统连接，其第二端与所述寄生负载的第一端连接，所述寄生负载的第二端接地；所述耗散开关管的第一端还与负载连接；