Разработка структуры математических моделей СЭС на различных уровнях декомпозиции для расчета массоэнергетических, количественных, тепловых и других основных параметров и характеристик СЭС

Министерство образования и науки Украины

Национальный аэрокосмический университет

им. Н.Е.Жуковского «ХАИ»

Кафедра 402

Домашнее задание по курсу

«Методы проектирования энергосистем и двигательных установок космических летательных аппаратов»

Выполнила: ст. 451мгр.

Проверил: проф.

Харьков

2008

Содержание

Постановка задачи: 3

Задание. 3

1. Структурная схема СЭС. 4

2. Декомпозиция. 7

3. Структура функциональных связей. 8

3.1. Уровень агрегатов. 8

3.2 Уровень узлов. 9

3.3 Уровень элементов. 10

4. Структура математических модели СЭС.. 11

Постановка задачи:

Разработать структуры математических моделей СЭС на различных уровнях декомпозиции для расчета массоэнергетических, количественных, тепловых и других основных параметров и характеристик СЭС.

1.  Разработать структурную схему СЭС.

2.  Разработать декомпозицию для трех уровней (агрегаты, узлы, элементы).

3.  Структура функциональных связей (агрегатов, узлов и элементов СЭС).

4.  Структура математических моделей СЭС.

5.  Комментарии, описания о проделанной работы.

Задание:

Тип СЭС – солнечные фотоэлектрические СЭС (N_эл£5 кВт).

Последовательная структура СЭС (вариант 1.2) на уровне элементов.

1. Структурная схема СЭС.

Система энергоснабжения представляет собой совокупность устройств, обеспечивающих генерирование, накопление, распределение электрической энергии. Основная функция СЭС обеспечить поддержание необходимого уровня потребляемых электрических мощностей по определенной программе в течение заданного времени эксплуатации.

При нормальном функционировании источников энергии системы обеспечивается согласованный режим работы БФ в качестве первичного источника (в оптимальной точке с минимальными пульсациями выходного напряжения), и широкий диапазон изменения напряжения на выходе БХ для наиболее полного использования ее энергии. Для того чтобы исключить дополнительные потери в нагрузочном оборудовании стабилизируют выходное напряжение системы. Полупроводниковые устройства (зарядно-разрядные схемы, регуляторы) выполняют функцию согласования источников и потребителей.

В состав структурной схемы СЭС (структуры СЭС) входят источники питания БФ и БХ, преобразовательные устройства и регуляторы, включенные определенным образом.

На рисунке 1.1 представлена последовательная структурная схема СЭС. Как видно из названия, в последовательной структурной схеме СЭС регуляторы заряда и разряда включаются последовательно. Данная структура имеет простую логику функционирования, но через два последовательно включенных регулятора проходит весь ток СЭС, а это ухудшает тепловые режимы и понижает надежность.

Рисунок 1.1. Последовательная структура СЭС.

На структурной схеме СЭС показаны основные агрегаты данной системы:

-   БФ – фотоэлектрическая батарея (солнечная батарея) – является главным источником энергии на борту летательного аппарата;

-   БХ – химическая батарея (аккумуляторная батарея), генерирует переменную составляющую электрической мощности бортовых потребителей, работая в буферном режиме;

-   БАРК – бортовая аппаратура регулирования и контроля – выполняет команды управления бортовой аппаратурой, следит за состоянием рабочих режимов, зарядкой, разрядкой аккумуляторных батарей;

-   ЗУ – зарядное устройство;

-   РУ – разрядное устройство.

БА – бортовая аппаратура является нагрузкой для СЭС. Основные агрегаты СЭС – БФ, БХ, АРК – связаны между собой функционально и в процессе работы СЭС сложно взаимодействуют друг с другом. Необходимо учитывать эти взаимодействия при проектировании какого-либо агрегата СЭС, для этого применяется системный подход при разработке агрегата, рассматривая СЭС как сложную техническую систему.

Рисунок 1.2. Связь между основными элементами СЭС

Внешние функциональные связи СЭС обусловлены функциональным назначением моделей и делятся на две группы: связи с внешнеорбитальными условиями и связи с другими системами внутри КА.

Рисунок 1.3. Связь СЭС с внешнеорбитальными условиями

Связь СЭС с внешнеорбитальными условиями определяются главным образом условиями функционирования БФ (E_БФ, Т_БФ), связь с другими системами КА – определяется условиями обеспечения электроэнергией бортовых потребителей и созданием условий функционирования агрегатов СЭС. Это сводится к обеспечению заданных параметров графика электропотребления бортовой аппаратуры (I_БА, t_БА, U_БА), поддерживая необходимую температуру  хладагента для создания требуемого температурного режима агрегатов системы энергоснабжения. Для этого устанавливается взаимосвязь между тепловыделением СЭС и , имитирующей взаимодействие СЭС и системы терморегулирования.