Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Энергобалансный расчет СЭС.doc
Скачиваний:
14
Добавлен:
01.07.2025
Размер:
1 Мб
Скачать
☆

Литература

1. Безручко К.В., Горовой А.В., Туркин И.Б. Расчет освещенности и температуры солнечных энергоустановок искусственных спутников земли в условиях орбитального полета. ХАИ, 1999

2. Слюсарчук К.В. Оцінка ризиків від невизначеності параметрів деградації компонентів системи енергозабезпечення космічного апарату/ Пояснювальна записка до магістерської роботи на здобуття освітньо-кваліфікаційного рівня „Магістр” за фахом 8.100102-1 „Двигуни і енергетичні установки літальних апаратів”/Харків, ХАІ, 2008

3. Безручко К.В. Расчет характеристик химических аккумуляторных батарей на основе математических моделей. ХАИ, 1996

4. Шепетов Ю.А. Совершенствование эксплуатационніх характеристик єнергоустановок уосмических аппаратов на основе использования методов поэлементного управления работой аккумуляторных батарей/автореф. дисс. Харьков, ХАИ, 2000

Приложение 1

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНИЯТИЕ

По курсу "Основы теории и функционирования энергоустановок КА"

Методика оценки энергобалансного состояния сэс с помощью динамической модели

Цель работы: Изучить основные принципы построения динамической энергобалансной модели СЭС. Изучить методику оценки энергобалансного состояния СЭС.

Задачи:

  1. Изучить структуру и состав модели СЭС, реализованной в MS Excel, на примере программы SPS_Model.xls

  2. Изучить влияние факторов – располагаемой мощности БФ, располагаемой емкости накопителя на параметры энергобаланса СЭС.

1. Последовательность выполнения работы.

  1. Если Вы этого еще не сделали для выполнения предыдущих работ, то в Вашем рабочем каталоге создайте отдельную папку с собственным именем, куда вы в дальнейшем будете помещать все вновь созданные файлы.

Внимание: для обеспечения корректной работы рекомендуется для названий папок и файлов использовать только латинские буквы.

  1. Скопируйте в вашу папку файл SPS_Model2004.xls, который находится по адресу P:/Help/Основы теории ЭУ

3. Откройте файл SPS_Model2004.xls и изучите страницы.

В составе файла находятся следующие листы:

"модель" – на этом листе производятся все основные расчеты (рис. П1.1);

"инф" – лист со справочной информацией по деградации характеристик БФ и БХ.

"Wн"...."Iср БХ" – циклограммы расчетных параметров СЭС.

В ячейках "модель.А1:В11" – располагаются константы:

WБФ, Вт

- Мощность БФ, Вт.

QБХ,А*ч

- Емкость химической батареи, А*ч.

U-ДМН

- Уставка датчика минимального напряжения, В

U-ДСН

- Уставка датчика среднего напряжения, В

U-ДПН

- Уставка датчика предельного (максимального) напряжения, В

Δτ,мин

- Шаг интегрирования по времени, мин.

n akk

- Количество аккумуляторов в БХ

Тсвет,мин

- Длительность светового участка витка, мин.

Торб,мин

- Длительность витка, мин.

Uсэс

- Напряжение главной шины СЭС (для стабилизированных СЭС)

Cнач

- Начальная емкость БХ, отн. ед.

3. В ячейках "модель.D2:AA1001" – столбцами располагаются расчетные параметры СЭС, которые строка за строкой вычисляются в процессе расчета, так что данные одной строки служат исходными для последующей строки.

D:

Τ,сек

Время, в сек. Вспомогательная шкала времени, которая используется при конструировании циклограммы нагрузки.

E:

Свет/

тень

Параметр Ксвет/тень. К=1 на освещенном участке и К=0 в тени. Параметр задается вручную для каждой строки в течение одного витки. В дальнейшем, для следующих витков задается простое повторение КN+i= Кi , где N – количество строк, приходяшихся на один виток.. Для имитации неточной ориентации БФ на солнце можно задавать Ксвет/тень=0...1.

F:

Резервный столбец.

G:

Pн сум, Вт

Суммарная мощность (дежурная + сеансная), потребляемая нагрузкой. Рн сум=Рн деж + Р н сеан. Вспомогательный столбец, служащий для построения полной циклограммы нагрузки, чтобы исключить влияние режима ограничения нагрузки (ОН).

H:

τ,мин

Шкала времени, мин. Считается автоматически, приращением заданного шага интегрирования по времени.

I:

Pндеж, Вт

Мощность дежурной нагрузки. Параметр задается вручную для каждой строки в течение одного витка. В дальнейшем, для следующих витков задается простое повторение РN+i= Рi , где N – количество строк, приходяшихся на один виток.

J:

Pн сеан, Вт

Мощность сеансной нагрузки. Параметр задается вручную для каждой строки в течение одного витка. В дальнейшем, для следующих витков задается простое повторение РN+i= Рi , где N – количество строк, приходяшихся на один виток.

K:

Pн, Вт

Действующая мощность нагрузки. Параметр рассчитывается как: =ЕСЛИ("ОН"; Pндеж; Pндеж+ Pнсеан). Т.е. в режиме ограничения нагрузки у нас разрешена только сеансная нагрузка. Если нет режима ОН, то разрешена вся нагрузка.

L:

PБФ, Вт

Текущее значение мощности БФ. В каждой строке РБФ= Ксвет/тень* WБФ.

M:

Pген, Вт

Текущее значение действующей мощности БФ - с учетом режима ограничения заряда (РОЗ). Рассчитывается как

=ЕСЛИ("РОЗ";ЕСЛИ (Pн > Pбф; Pбф; Pн); Pбф). Т.е. если нет РОЗ, то мощность БФ не ограничивается. В режиме РОЗ мощность БФ равна мощности нагрузки, при условии, что мощность нагрузки не превышает максимально возможной мощности БФ. Данная логика ограничения мощности генератора имитирует случай ШИМ-регулирования. В других случаях можно использовать дискретное регулирование мощности БФ.

N:

Iн,А

Ток нагрузки. Iн= Pн/UСЭС – для стабилизированной шины. (Iн= Pн/UБХ – для нестабилизированной шины)

O:

Iген,А

Ток генератора. Iген= Pген/UСЭС – для стабилизированной шины. (Iген= Pген/UБХ – для нестабилизированной шины)

P:

IБХ,А

Ток БХ. IБХ= Iген – Iн. При IБХ>0 – батарея заряжается.

Q:

IсрБХ,А

Iсрбх – ток саморазряда БХ. Параметр, который рассчитывается для учета эффекта потерь в БХ. На разряде Iсрбх=0. При заряде Iсрбх=ЕСЛИ(R2<0.9;(R2/9)*P3;(10-9*R2)*P3) – упрощенная кусочно-линейная аппроксимация функциональной зависимости тока саморазряда от степени заряженности БХ. При С=0 - Iсрбх=0 и С=1 - Iсрбх=Iбх.

R:

С

Относительная заряженность химической батареи. Параметр С интегрируется в каждой строке как Сi= Сi-1 +( Iбх - Iсрбх)* Δτ /Qбх /60.

S:

Uak, В

Напряжение на отдельном аккумуляторе. Вычисляется на основе упрощенного приближения как кусочно-линейная аппроксимация зависимости напряжения от степени заряженности аккумулятора.

На разряде Uak=ЕСЛИ(С>0.9;С+0.4;ЕСЛИ(С>0.1;С/4+1.075;11*С)).

На заряде Uak= ЕСЛИ(С<0.9;С/6+1.4;4*С-2.05)

T:

UБХ,В

Напряжение на всей химической батарее. UБХ= Uak* nakk. Масштабируется из напряжения одного аккумулятора по числу аккумуляторов в батарее.

U:

UБХp,В

Реальное напряжение БХ – вычисляется с учетом напряжения на предыдущем шаге как UБХp i= UБХ i -( UБХ i - UБХp i-1)/3.5 – для того, чтобы учесть инерционность процесса изменения напряжения БХ при резком изменении режима работы БХ.

V:

ДМН

Логическая переменная. Состояние датчика минимального напряжения. ДМН=ЕСЛИ(UБХp > UДМН;ЛОЖЬ;ИСТИНА)

W:

ДСН

Логическая переменная. Состояние датчика среднего напряжения. На заряде всегда ДСН= ЛОЖЬ,

а на разряде ДСН=ЕСЛИ(UБХp > UДСН;ЛОЖЬ;ИСТИНА).

X:

ДПН

Логическая переменная. Состояние датчика предельного (максимального) напряжения.

ДПН=ЕСЛИ(UБХp < UДПН;ЛОЖЬ;ИСТИНА).

Y:

РОЗ

Логическая переменная "Режим ограничения заряда". РОЗi=Если(ДПНi;Истина;Если(РОЗi-1; Если(ДСНi;Ложь;Истина);Ложь)).

Т.е. РОЗ включается при срабатывании ДПН, после этого "залипает" и отключается только при разряде БХ ниже ДСН.

Z:

ОН

Логическая переменная "Режим ограничения нагрузки". ОНi=Если(ДМНi;Истина;Если(ОНi-1; Если(ДПНi;Ложь;Истина);Ложь)).

Т.е. ОН включается при срабатывании ДМН, после этого "залипает" и отключается только при полном заряде БХ, т.е. при ДПН.

AA

ОН+

Вспомогательный параметр для вычисления коэффициента обеспечения потребности нагрузки. ОН+=1 при ОН=Истина и ОН+=0 при ОН=Ложь.

4. Перейдите на лист „модель”. Здесь рассмотрено состояние СЭС на протяжении 5 витков. Каждый виток повторяются исходные циклограммы нагрузки и освещенности (при этом реально ток генератора и ток нагрузки могут не повторяться от витка к витку, если включаются режимы РОЗ или ОН). В исходном состоянии модели, с исходными циклограммой нагрузки, циклограммой энергоприхода:

Wбф, Вт

1200

n akk

22.0

Qбх,А*ч

15.0

Тсвет,мин

63.0

U-ДМН

24.0

Торб,мин

90.0

U-ДСН

28.5

Uсэс

28.5

U-ДПН

34.0

Cнач

0.5

Δτ,мин

0.5

На листе также помещена циклограмма заряженности БХ.

5. Измените исходные циклограммы параметра свет/тень (столбец Е), сеансной и дежурной нагрузки (столбцы I,J) таким образом, чтобы длительность освещенной участка на витке и длительность всего витка составляли, мин:

Вар. 1

Вар. 2

Вар. 3

Вар. 4

Вар. 5

Вар. 6

Вар. 7

Вар. 8

Вар. 9

Тсвет,мин

60

60

60

70

70

70

80

80

80

Торб,мин

95

100

105

95

100

105

95

100

105

6. Измените исходную циклограмму сеансной нагрузки таким образом, чтобы мощность нагрузки во время трех первых сеансов составляла (Вт):

Вар. 1

Вар. 2

Вар. 3

Вар. 4

Вар. 5

Вар. 6

Вар. 7

Вар. 8

Вар. 9

1600

1800

2000

2200

2400

2600

2800

3000

3200

7. Далее, путем варьирования исходными параметрами WБФ и QБХ смоделируйте следующие варианты работы СЭС

Мощность БФ

Емкость БХ

Избыточная

Нормальная

Недостаточная

Избыточная

Рис. 1.1

Рис. 1.2

Рис. 1.3

Нормальная

Рис. 2.1

Рис. 2.2

Рис. 2.3

Недостаточная

Рис. 3.1

Рис. 3.2

Рис. 3.3

8. При этом откройте вспомогательный документ MS Word и копируйте в него для протокола циклограммы СБХ для каждого из вариантов работы СЭС, нумеруя рисунки в соответствии с таблицей. (Проще всего воспользоваться для этого сочетанием клавиш Ctrl-Ins (взять в буфер) - Shift-Ins(выставить из буфера)), также не забудьте после копирования разорвать связь с основным документом (Ctr-Shift-F9) иначе ваш рисунок в Word может меняться вместе с исходным документом в Excel).

9. Сохраните файл отчета в папке P:/Help/Основы теории ЭУ/№_вашей_группы­, обязательно присвоив ему новое имя вида Ваша_фамилия_p2.doc. Файл отчета должен содержать 9 графиков параметра СБХ – соответствующих вариантам 1.1...3.3. Также в начале документа укажите номер вашего варианта.

Контрольные вопросы:

1. На что указывают “срезанные” зубцы циклограммы СБХ ?

2. Каков типичный вид циклограммы СБХ по состоянию на начало ресурса?

3. Каков типичный вид циклограммы СБХ по состоянию на конец ресурса?

4. Какими факторами обусловлено измение вида циклограммы СБХ на протяжении срока эксплуатации КА?

Рис. П1.1

Мощность БФ

Емкость БХ

Избыточная

Нормальная

Недостаточная

Избыточная

Нормальная

Недостаточная

Рис. П1.2. – Характерный вид циклограмм относительной заряженности БХ для различных случаев располагаемой емкости БХ и мощности БФ.