[发明专利]一种适用于太空电站的超高压多网混合母线电力传输系统

说明书

一种适用于太空电站的超高压多网混合母线电力传输系统，主要由太阳电池阵区、主结构电力传输区以及发射天线阵区三大部分组成，其中，高压母线分为：太阳电池阵区500V电池子阵中压母线、5000V电池分阵主母线高压母线和100V电池分阵服务母线；主结构电力传输区5000V电力传输母线以及主结构5000V服务母线；发射天线阵区微波发射天线阵5000V高压母线、5000V服务母线。实现了分布式太阳电池阵的电力集中管理；降低了大功率航天器设施低电压体制带来的电力损耗；满足了空间电力传输系统中微波无线能量传输、姿态与轨道控制、热控以及信息与系统运行管理等多个分系统对电压、功率的不同需求。

技术领域

本发明涉及一种适用于太空电站的超高压多网混合母线电力传输系统，用于空间太阳能电站高压大功率电力传输与管理。

背景技术

传统的航天器供电系统主要包括太阳电池阵发电系统和电源管理系统，其母线电压等级主要由太阳电池阵的供电电压决定，并通过电源管理设备进行调节以满足整星各设备的供电需求。一般的卫星功率在千瓦量级，相应的供电母线电压在28V、42V，以大功率通信卫星为代表的地球同步轨道卫星的供电功率已经达到或超过10kW，供电电压已经提升到100V，国际空间站的供电电压达到170V左右。目前的航天器一般采用单独母线为用电载荷的供电，对应的母线电压大约为太阳电池阵的输出电压。整个系统的电源管理均采用了太阳能电池阵与蓄电池的组合供电模式，维持整个发电和用电的平衡。在日照期，主要利用太阳能电池阵为用电载荷供电，同时为蓄电池充电，同时利用电池阵的输出管理和蓄电池的充放电管理实现母线的电压均衡。而在阴影期，将主要利用蓄电池为用电载荷供电。

对于MW级空间太空发电站，供电功率将达到十兆瓦级以上，且航天器尺寸巨大，电力传输距离远，为了减少电力传输电缆的质量和传输损耗，必须提高传输电压、降低电流，因此超高电压(500V以上)供电体制将成为一个必然的重要技术发展方向。

受到空间环境的影响，太阳电池阵供电电压受到很大的限制，目前的航天器母线电压不超过200V，预期未来的发展可能达到500V，但是进一步的提升将带来极大的技术难度和极高的风险。未来高功率航天器供电系统极有可能采用升压变换的方式实现高压电力传输，因此空间超高电压供电系统将由超高压太阳电池阵、超高压大功率电力变换设备、超高压大功率导电关节、超高压大功率传输电缆、超高压大功率电力调节设备和高比容量储能系统组成，以实现高效、大变比、轻量化、超高压、超大容量和高功率密度的大功率供电系统。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种适用于太空电站的超高压多网混合母线电力传输系统，同时满足了空间电力传输系统中微波无线能量传输、姿态与轨道控制、热控以及信息与系统运行管理等多个分系统对电压、功率的不同需求，实现了大型航天器及空间设施的高压电力传输与管理。

本发明的技术解决方案是：

一种适用于太空电站的超高压多网混合母线电力传输系统，包括：太阳电池阵模块、主结构电力传输模块以及发射天线单元；

太阳电池阵模块包括电池分阵服务母线、第一电压变换调节模块、第一蓄电池模块、太阳电池阵服务系统和多个并联的电池分阵；

主结构电力传输模块包括母线调节模块、电力传输母线、主结构服务母线、第二电压变换调节模块、第二蓄电池模块、第一电推进模块和主结构服务系统；

发射天线单元包括功率分配单元、发射天线阵母线、微波源高压低压变换调节模块、发射天线模块、发射天线服务母线、第一低压变换调节模块、第三蓄电池模块、第二电推进模块和发射天线服务系统；

电池分阵分为南北两部分，且南北两部分电池分阵的数量相同，电池分阵收集太阳能并转化为电能，转化的电能的一部分送至电池分阵服务母线，再通过第一电压变换调节模块进行电压调节，之后送至第一蓄电池模块以及太阳电池阵服务系统，第一蓄电池模块储存的电力用于阴影期时为太阳电池阵服务系统中设备供电；