临近空间太阳能飞行器能源系统建模方法及装置与流程

本技术涉及飞行器能源系统能量管控调度，尤其涉及一种临近空间太阳能飞行器能源系统建模方法及装置。

背景技术：

1、临近空间太阳能飞行器凭借驻空时间久、覆盖区域广、载荷能力强等特性，相较于传统航空航天飞行器展现出明显优势。为达成临近空间太阳能飞行器长航时跨昼夜飞行的任务目标，必须借助高效的能源系统能量管控调度策略，以确保系统稳定运行。构建精准的临近空间太阳能飞行器能源系统虚拟仿真环境，正是研究此类管控调度策略的基础和前提。

2、目前，现有的临近空间飞行器能源系统建模方法在实际应用中面临诸多局限与挑战。一方面，飞行器能源系统包含复杂的动力学过程、控制逻辑以及多个相互关联的子系统，且临近空间面临低气压、强辐射、频繁大气放电及剧烈昼夜温差等极端环境，传统建模方法难以精准刻画这些复杂关系，且难以模拟上述极端环境对系统各模块性能造成的不利影响；另一方面，若在传统框架下引入太阳电池的iv（current-voltage，电流-电压）特性，则必须额外搭建复杂的mppt（maximum power point tracking，最大功率点跟踪）算法来实现输出调控，这将大幅增加仿真的计算量，导致仿真效率显著降低。因此，现有建模方法大多未能考虑太阳电池的iv特性，通常直接以光电转换效率描述其在能源系统中的作用，而是只考虑发电功率，这严重忽视了太阳电池输出的动态电流及电压对整个飞行器能源系统的实际影响。

3、因此，如何解决现有技术中临近空间飞行器能源系统建模方法难以兼顾仿真精度与计算效率的技术问题，实现既能真实反映飞行器能源系统的电压电流特性的同时，又能保障高仿真效率，具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本技术提供一种临近空间太阳能飞行器能源系统建模方法及装置，用以解决现有技术中临近空间飞行器能源系统建模方法难以兼顾仿真精度与计算效率的技术问题，实现既能真实反映太阳能飞行器能源系统的电压电流特性的同时，又能保障高仿真效率。

2、第一方面，本技术提供一种临近空间太阳能飞行器能源系统建模方法，所述方法包括：

3、构建电源控制器模型、太阳电池模型、太阳辐照模型、储能电池模型以及负载模型；

4、基于所述太阳电池模型在目标环境参数下的电压电流响应特性，确定最大功率点电压；

5、根据高压母线的状态信息和所述最大功率点电压，确定电源控制器模型的目标工作模式和工作参数；

6、根据所述目标工作模式和工作参数，确定所述太阳电池模型的功率特性，并基于所述功率特性对所述太阳电池模型进行更新；

7、基于所述电源控制器模型、太阳辐照模型、储能电池模型、负载模型以及更新后的太阳电池模型，确定临近空间太阳能飞行器的能源系统仿真模型。

8、可选的，根据本技术的临近空间太阳能飞行器能源系统建模方法，所述高压母线的状态信息包括母线电压和母线电流；所述工作参数包括电源控制器模型输出端的电压值、电源控制器模型输出端的电流值以及电源控制器模型输入端的电压值；

9、所述根据高压母线的状态信息和所述最大功率点电压，确定电源控制器模型的目标工作模式和工作参数，包括：

10、在所述母线电压大于或者等于预设电压值的情况下，确定所述目标工作模式为恒压模式，并将所述电源控制器模型输出端的电压值保持为所述预设电压值；

11、在所述母线电流大于或者等于预设电流值的情况下，确定所述目标工作模式为恒流模式，并将所述电源控制器模型输出端的电流值保持为所述预设电流值；

12、在所述母线电压小于所述预设电压值，且所述母线电流小于所述预设电流值的情况下，确定所述目标工作模式为最大功率点跟踪mppt模式，并将所述电源控制器模型输入端的电压值保持为所述最大功率点电压。

13、可选的，根据本技术的临近空间太阳能飞行器能源系统建模方法，所述太阳电池模型为五参数太阳电池模型；

14、所述基于所述太阳电池模型在目标环境参数下的电压电流响应特性，确定最大功率点电压，包括：

15、根据所述五参数太阳电池模型的等效电路参数和目标环境参数，确定最大功率点时的等效电阻；

16、基于所述五参数太阳电池模型在目标环境参数下的电压电流响应特性和最大功率点时的等效电阻，确定最大功率点电压；

17、其中，所述等效电路参数包括光生电流参数、反向饱和电流参数、二极管影响因子参数、串联电阻参数以及并联电阻参数中的至少一项。

18、可选的，根据本技术的临近空间太阳能飞行器能源系统建模方法，所述方法还包括：

19、所述电源控制器模型输出端连接预设电阻；

20、其中，所述预设电阻用于表征所述电源控制器模型输出端的导线电阻。

21、可选的，根据本技术的临近空间太阳能飞行器能源系统建模方法，所述构建电源控制器模型，包括：

22、根据所述电源控制器模型输入端的电压值、电源控制器模型输入端的电流值以及电源控制器模型的转换效率，确定所述电源控制器模型的功率损失；

23、根据所述电源控制器模型输入端的电压值、电源控制器模型输入端的电流值、电源控制器模型输出端的电压值、电源控制器模型输出端的电流值以及电源控制器模型的功率损失，构建电源控制器模型。

24、可选的，根据本技术的临近空间太阳能飞行器能源系统建模方法，所述目标环境参数包括太阳辐照度、飞行姿态以及太阳电池温度中的至少一项。

25、第二方面，本技术还提供一种临近空间太阳能飞行器能源系统建模装置，所述装置包括：

26、构建模块，用于构建电源控制器模型、太阳电池模型、太阳辐照模型、储能电池模型以及负载模型；

27、第一确定模块，用于基于所述太阳电池模型在目标环境参数下的电压电流响应特性，确定最大功率点电压；

28、第二确定模块，用于根据高压母线的状态信息和所述最大功率点电压，确定电源控制器模型的目标工作模式和工作参数；

29、更新模块，用于根据所述目标工作模式和工作参数，确定所述太阳电池模型的功率特性，并基于所述功率特性对所述太阳电池模型进行更新；

30、第三确定模块，用于基于所述电源控制器模型、太阳辐照模型、储能电池模型、负载模型以及更新后的太阳电池模型，确定临近空间太阳能飞行器的能源系统仿真模型。

31、第三方面，本技术提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面所述的临近空间太阳能飞行器能源系统建模方法。

32、第四方面，本技术提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面所述的临近空间太阳能飞行器能源系统建模方法。

33、第五方面，本技术还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面所述的临近空间太阳能飞行器能源系统建模方法。

34、本技术提供的一种临近空间太阳能飞行器能源系统建模方法及装置，通过太阳电池模型在目标环境参数下的电压电流响应特性，确定最大功率点电压，并根据高压母线的状态信息和最大功率点电压，确定电源控制器模型的目标工作模式和工作参数，使得该方法及装置实现了太阳电池模型与电源控制器模型的联合建模，无需在仿真中额外运行复杂的最大功率点跟踪算法，大幅简化了模型的计算量并显著提升了仿真效率；再通过目标工作模式和工作参数更新太阳电池模型的功率特性，并基于电源控制器模型、太阳辐照模型、储能电池模型、负载模型以及更新后的太阳电池模型，确定临近空间太阳能飞行器的能源系统仿真模型，使得该方法及装置解决了现有临近空间飞行器能源系统建模方法难以兼顾仿真精度与计算效率的技术问题，既能真实反映飞行器能源系统的电压电流特性，又能保障高仿真效率。