本发明涉及航天器电源系统，具体地，涉及一种星载太阳电池阵异构冗余充电方式自主切换方法与系统。
背景技术：
1、目前国内中大型卫星平台采用的电源系统的控制方式主要采用det(directenergy transfer)控制，一般备份为模拟det，主份为数字det控制。太阳电池阵工作点按照寿命末期的工作点电压和电流设计，太阳阵工作点被蓄电池组电压钳位，无法工作在最大功率点，在卫星寿命初期会浪费20％左右的能量。随着中低轨雷达卫星领域技术的不断发展，卫星对其电源系统的性能和使用效能提出了更高的要求，电源系统需要在对整星提供可靠的能源保障及尽量减小质量和体积的前提下，具备较强的负载适应能力。
2、峰值功率跟踪mppt(maximum power point tracking)技术已经广泛应用于光伏发电、储能等领域，并逐步应用在低轨微小型商业航天卫星的电源系统中。在中大型卫星系统中，为了同时兼顾可靠性与能效比，采用数字mppt和模拟det的异构冗余电源系统可以满足需求，并可实现两种工作方式的灵活切换。
3、本发明面向中大型卫星平台对可靠性与能效比的需求，提出一种星载太阳电池阵异构冗余充电方式自主切换方法，包括：太阳电池阵分阵的充电调节器采用异构冗余冷备份设计，主份为mppt数字控制，备份为det模拟控制。充电调节器的工作状态按照蓄电池容量切换，分别处于分流控制状态、det控制状态、mppt控制状态。mppt控制状态与分流控制状态、det控制状态间的转移切换基于有限状态机fsm进行设计，fsm周期性的对当前状态的状态转移条件进行判断。太阳电池阵分阵的mppt充电调节器充电终止电压阈值qm1～qmn、det充电调节器的充电终止电压阈值qd1～qdn逐级增加，qmk参数可以通过地面上注修改。提供的方法可实现异构冗余充电调节器电源系统的自主切换，兼具高可靠性和使用效能。
4、现有技术公开号为cn202211414645.0，公开了一种实现mppt降压电路自启动的卫星电源系统，该系统提出一种采用模拟mppt与模拟det异构冗余自启动功能，通过控制mppt旁路开关的切换进行两种冗余方式的切换，mppt采用硬件电路，其mos功率开关的驱动信号由峰值功率跟踪硬件控制模块生成；太阳电池阵分阵的输出功率过多时，其采取关闭mppt控制开关使得太阳电池阵处于开路状态；当峰值功率跟踪硬件控制模块出现故障时，其将各峰值功率跟踪旁路开关全部导通，转入顺序开关分流状态。与本发明提出了一种通过对mppt控制和det控制pwm信号的使能实现冗余工作方式的切换，每个分阵的状态均可独立进行迁移，mppt控制的驱动信号采用数字电路设计，由电源处理器经软件算法运算模块输出；太阳电池阵分阵的充电阈值达到预期值时，该分阵的充电状态自动迁移到det或者分流控制状态；当某个分阵的mppt模块出现故障时，仅该分阵自主退出mppt控制，并切换到det控制状态等功能特点存在不同。
5、现有技术公开号为cn202110815019.1，公开了卫星太阳电池阵mppt与s3r异构控制系统与方法，该方法提出一种采用硬件电路实现mppt与det异构冗余的方案，通过处理器输出旁路控制电平，实现mppt控制和det控制的切换，具备当mppt在输出功率过大时，将太阳电池阵开路；当mppt模块出现故障时，将mppt模块全部旁路等特征。而本发明采用mppt数字控制与det模拟控制的异构冗余方案。mppt的驱动控制信号由电源处理器的算法模块输出，通过控制mppt和det控制使能的方式实现两种工作方式的切换，当蓄电池电压在mppt充电阈值范围外，自动切入det控制方式，同时启动分流调节器分流多余充电电流。当单个充电分阵的mppt充电调节器出现故障，该分阵通过电源处理器自主切换为det控制工作模式。
6、现有技术公开号为cn201910497200.5，公开了一种电源系统自主切换mppt模式的控制电路及控制方法，根据负载需求自主切换太阳电池阵工作模式的方法，该方案采用一套硬件mppt算法电路根据负载情况，采用pi闭环控制，实现太阳电池阵在mppt工作模式和非mppt工作模式的切换，而本发明采用mppt数字控制与det模拟控制的异构冗余方案。mppt的驱动控制信号由电源处理器的算法模块输出，通过控制mppt和det控制使能的方式实现两种工作方式的切换。
7、基于现有技术，目前尚未发现同时采用数字mppt和模拟det异构冗余充电调节器的星载电源系统，该发明可以同时兼具高可靠性和提高卫星使用效能。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种星载太阳电池阵异构冗余充电方式自主切换方法与系统。
2、根据本发明提供的一种星载太阳电池阵异构冗余充电方式自主切换方法，包括：
3、步骤s1：太阳电池阵第k分阵初始状态处于分流控制，当soc≥det充电调节器充电终止容量qdk时，太阳电池阵第k分阵保持在分流控制状态；当soc＜qdk时，太阳电池阵第k分阵自主切换到det充电调节器控制模式；
4、步骤s2：太阳电池阵第k分阵的充电调节器处于det充电调节器控制状态时，当蓄电池容量soc大于mppt充电调节器充电终止容量qmk且小于qdk时，太阳电池阵第k分阵的充电调节器保持在det充电调节器控制状态；当soc小于等于qmk时，太阳电池阵第k分阵的充电调节器由det充电调节器控制状态自主切换到主份mppt充电调节器控制状态；
5、步骤s3：太阳电池阵第k分阵的充电调节器处于mppt充电调节器控制状态时，当soc≤qmk时，太阳电池阵第k分阵的充电调节器保持在mppt充电调节器控制状态；当mppt充电调节器处于故障状态或soc＞qmk时，太阳电池阵第k分阵的充电调节器自主切换为det控制模式；当soc≥qdk时，太阳电池阵第k分阵自主切换到分流控制状态。
6、优选的，还包括星载电源，所述星载电源包括太阳电池阵、蓄电池组、充电调节器、分流调节器、电源处理器；充电调节器采用异构冗余冷备份设计，主份采用mppt充电调节器数字电路控制方式，备份采用det充电调节器模拟电路控制方式。
7、优选的，太阳电池阵由n个太阳电池分阵并联组成，每个分阵均有独立的mppt充电调节器、det充电调节器、分流调节器，各分阵经二极管并联输出给同一蓄电池组充电。
8、优选的，太阳电池阵分阵的mppt充电调节器充电终止电压阈值qm1～qmn和det充电调节器的充电终止电压阈值qd1～qdn逐级增加，且第k级的qmk小于qdk，其中qdn等于100％soc；当soc＜qm1,蓄电池组处于恒流充电模式，当soc≥qd1,蓄电池组处于恒压充电模式。
9、优选的，分流控制状态与det控制状态间的转移条件通过硬件电路判断；mppt充电调节器控制状态与分流控制状态、det充电调节器控制状态间的转移条件是通过一个有限状态机fsm进行控制实现，有限状态机周期性对当前状态的转移条件进行判断，通过充电调节器pwm信号输出使能控制实现充电状态的转移。
10、优选的，太阳电池阵分阵的det充电调节器驱动模块采用模拟电路将蓄电池电压与qdk进行比较，生成正向pwm信号和反相pwm信号，正向pwm信号驱动det充电控制mos管的通断，反相pwm信号驱动太阳电池阵分流调节器mos管的通断。
11、优选的，mppt充电调节器包括控制电路，所述控制电路包括太阳电池阵采集模块、mppt充电调节器算法运算模块、mppt充电调节器驱动电路、buck降压电路；
12、电源处理器通过太阳电池阵采集模块实时获取太阳电池阵各分阵输出的电流、电压值，通过mppt充电调节器算法运算模块计算输出各分阵mppt充电调节器控制pwm信号，经mppt充电调节器驱动电路控制buck降压电路的开关，使太阳电池阵工作在最大功率点处。
13、优选的，太阳电池阵分阵的mppt充电调节器的充电终止阈值qmk参数可以通过地面上注修改，det充电调节器的充电终止阈值qdk为硬件固定参考电压。
14、一种星载太阳电池阵异构冗余充电方式自主切换系统，包括：
15、模块m1：太阳电池阵第k分阵初始状态处于分流控制，当soc≥det充电调节器充电终止容量qdk时，太阳电池阵第k分阵保持在分流控制状态；当soc＜qdk时，太阳电池阵第k分阵自主切换到det充电调节器控制模式；
16、模块m2：太阳电池阵第k分阵的充电调节器处于det充电调节器控制状态时，当蓄电池容量soc大于mppt充电调节器充电终止容量qmk且小于qdk时，太阳电池阵第k分阵的充电调节器保持在det充电调节器控制状态；当soc小于等于qmk时，太阳电池阵第k分阵的充电调节器由det充电调节器控制状态自主切换到主份mppt充电调节器控制状态；
17、模块m3：太阳电池阵第k分阵的充电调节器处于mppt充电调节器控制状态时，当soc≤qmk时，太阳电池阵第k分阵的充电调节器保持在mppt充电调节器控制状态；当mppt充电调节器处于故障状态或soc＞qmk时，太阳电池阵第k分阵的充电调节器自主切换为det控制模式；当soc≥qdk时，太阳电池阵第k分阵自主切换到分流控制状态。
18、优选的，还包括星载电源，所述星载电源包括太阳电池阵、蓄电池组、充电调节器、分流调节器、电源处理器；充电调节器采用异构冗余冷备份设计，主份采用mppt充电调节器数字电路控制方式，备份采用det充电调节器模拟电路控制方式。
19、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
20、1、本发明相比于传统星载电源系统det控制，采用数字mppt控制的太阳电池阵工作点跟踪精度高、响应速度快，电源系统工作稳定、能源转换效率高、电源输出纹波小，可以有效提高卫星使用效能；
21、2、本发明基于mppt控制的异构冗余方式，既满足了星载电源对高可靠性的要求，也可以有效提高卫星系统的使用效能；
22、3、本发明太阳电池阵各分阵逐级采用独立的mppt冗余控制模块，部分太阳电池分阵的mppt异构控制模块均出现故障情况下，该分阵可以独立进入分流状态隔离，通过充电终止阈值参数，平滑蓄电池充电过程中母线电压的波动，降低对电源系统的影响。
1.一种星载太阳电池阵异构冗余充电方式自主切换方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种星载太阳电池阵异构冗余充电方式自主切换方法，其特征在于，还包括星载电源，所述星载电源包括太阳电池阵、蓄电池组、充电调节器、分流调节器、电源处理器；充电调节器采用异构冗余冷备份设计，主份采用mppt充电调节器数字电路控制方式，备份采用det充电调节器模拟电路控制方式。
3.根据权利要求1所述的一种星载太阳电池阵异构冗余充电方式自主切换方法，其特征在于，太阳电池阵由n个太阳电池分阵并联组成，每个分阵均有独立的mppt充电调节器、det充电调节器、分流调节器，各分阵经二极管并联输出给同一蓄电池组充电。
4.根据权利要求3所述的一种星载太阳电池阵异构冗余充电方式自主切换方法，其特征在于，太阳电池阵分阵的mppt充电调节器充电终止电压阈值qm1～qmn和det充电调节器的充电终止电压阈值qd1～qdn逐级增加，且第k级的qmk小于qdk，其中qdn等于100％soc；当soc＜qm1,蓄电池组处于恒流充电模式，当soc≥qd1,蓄电池组处于恒压充电模式。
5.根据权利要求1所述的一种星载太阳电池阵异构冗余充电方式自主切换方法，其特征在于，分流控制状态与det控制状态间的转移条件通过硬件电路判断；mppt充电调节器控制状态与分流控制状态、det充电调节器控制状态间的转移条件是通过一个有限状态机fsm进行控制实现，有限状态机周期性对当前状态的转移条件进行判断，通过充电调节器pwm信号输出使能控制实现充电状态的转移。
6.根据权利要求1所述的一种星载太阳电池阵异构冗余充电方式自主切换方法，其特征在于，太阳电池阵分阵的det充电调节器驱动模块采用模拟电路将蓄电池电压与qdk进行比较，生成正向pwm信号和反相pwm信号，正向pwm信号驱动det充电控制mos管的通断，反相pwm信号驱动太阳电池阵分流调节器mos管的通断。
7.根据权利要求1所述的一种星载太阳电池阵异构冗余充电方式自主切换方法，其特征在于，mppt充电调节器包括控制电路，所述控制电路包括太阳电池阵采集模块、mppt充电调节器算法运算模块、mppt充电调节器驱动电路、buck降压电路；
8.根据权利要求1所述的一种星载太阳电池阵异构冗余充电方式自主切换方法，其特征在于，太阳电池阵分阵的mppt充电调节器的充电终止阈值qmk参数能够通过地面上注修改，det充电调节器的充电终止阈值qdk为硬件固定参考电压。
9.一种星载太阳电池阵异构冗余充电方式自主切换系统，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的一种星载太阳电池阵异构冗余充电方式自主切换系统，其特征在于，还包括星载电源，所述星载电源包括太阳电池阵、蓄电池组、充电调节器、分流调节器、电源处理器；充电调节器采用异构冗余冷备份设计，主份采用mppt充电调节器数字电路控制方式，备份采用det充电调节器模拟电路控制方式。
