Ученые НГТУ НЭТИ разработали новый алгоритм управления электросистемами для космических аппаратов
Новости
Аспирант кафедры электроники и электротехники Новосибирского государственного технического университета НЭТИ Никита Севостьянов разработал алгоритм управления распределенными системами электроснабжения для спутников.
«В современных космических аппаратах традиционно применяются централизованные системы электроснабжения постоянного тока. В числе недостатков таких систем — низкая надежность и безотказность — одни из наиболее важных показателей для космических аппаратов. Распределенные системы лишены этого недостатка, однако обладают другим — низким качеством электроэнергии. Наш алгоритм позволяет улучшить качество электроэнергии в распределенных системах постоянного тока, давая возможность их применения в спутниках», — рассказал Никита Севостьянов.
Как рассказал Севостьянов, в централизованной системе есть только один крупный источник электроэнергии, и надежность всей системы электроснабжения определяется им: если он выйдет из строя, то и система тоже. В распределенной системе есть множество независимых источников электроэнергии, и даже если один из них выйдет из строя, то остальные продолжат работать. Например, в большинстве современных спутников используют две солнечные панели, однако до сих пор применяют централизованную систему электроснабжения, при которой работают с солнечными панелями как будто это одна панель, хотя их две, а иногда и больше. Соответственно, если такая система выйдет из строя по какой-либо причине, то спутник полностью лишится электроэнергии. Чтобы избежать этого, можно для каждой солнечной панели сделать отдельную систему электроснабжения, соединив их в одну распределенную сеть. Тогда если выйдет из строя одна система или солнечная панель, то останется другая, которая сможет продолжить поставлять электроэнергию.
Под качеством электроэнергии понимается величина пульсаций напряжения на общей шине электроснабжения. Распределенные системы сложнее в управлении, чем централизованные, поскольку нет единого центра, который бы управлял всей системой. Соответственно, и поддерживать высокое качество электроэнергии в них сложнее. Поэтому научные сотрудники НГТУ НЭТИ занимаются созданием новых алгоритмов управления для повышения качества электроэнергии в распределенных системах. Низкое качество напряжения снижает надежность системы и приводит к снижению ресурса деталей, которые невозможно заменить, когда спутник на орбите. Поэтому космические электросистемы, в отличие от «земных», должны обладать десятикратным запасом надежности, а для этого как раз и нужны децентрализация и высокое качество электроэнергии.
«Алгоритм использует так называемые резонансные регуляторы с высокими коэффициентами усиления на определенных частотах, которые называются резонансными частотами. За счет высокого коэффициента усиления мы можем существенно снизить пульсации напряжения на резонансных частотах, тем самым повысив качество электроэнергии», — добавил Севостьянов.
По словам автора разработки, алгоритм может найти применение не только в космической отрасли, но также в городских сетях постоянного тока, зарядных станциях электромобилей, сетях городского электротранспорта, автономных системах электроснабжения умных домов.
«Кроме повышения надежности и безотказности, разработка позволит существенно снизить массу и размеры спутников за счет более гибкого размещения элементов электросистемы. Также снизятся производственные издержки благодаря возможности серийного производства элементов распределенных систем электроснабжения», — добавил автор разработки.
В октябре 2021 года НГТУ НЭТИ стал участником грантовой программы «Приоритет-2030» с тремя стратегическими направлениями, в числе которых проект «Силовая электроника и интеллектуальная энергетика», направленный на создание систем электроснабжения для космических аппаратов нового поколения.
«В современных космических аппаратах традиционно применяются централизованные системы электроснабжения постоянного тока. В числе недостатков таких систем — низкая надежность и безотказность — одни из наиболее важных показателей для космических аппаратов. Распределенные системы лишены этого недостатка, однако обладают другим — низким качеством электроэнергии. Наш алгоритм позволяет улучшить качество электроэнергии в распределенных системах постоянного тока, давая возможность их применения в спутниках», — рассказал Никита Севостьянов.
Как рассказал Севостьянов, в централизованной системе есть только один крупный источник электроэнергии, и надежность всей системы электроснабжения определяется им: если он выйдет из строя, то и система тоже. В распределенной системе есть множество независимых источников электроэнергии, и даже если один из них выйдет из строя, то остальные продолжат работать. Например, в большинстве современных спутников используют две солнечные панели, однако до сих пор применяют централизованную систему электроснабжения, при которой работают с солнечными панелями как будто это одна панель, хотя их две, а иногда и больше. Соответственно, если такая система выйдет из строя по какой-либо причине, то спутник полностью лишится электроэнергии. Чтобы избежать этого, можно для каждой солнечной панели сделать отдельную систему электроснабжения, соединив их в одну распределенную сеть. Тогда если выйдет из строя одна система или солнечная панель, то останется другая, которая сможет продолжить поставлять электроэнергию.
Под качеством электроэнергии понимается величина пульсаций напряжения на общей шине электроснабжения. Распределенные системы сложнее в управлении, чем централизованные, поскольку нет единого центра, который бы управлял всей системой. Соответственно, и поддерживать высокое качество электроэнергии в них сложнее. Поэтому научные сотрудники НГТУ НЭТИ занимаются созданием новых алгоритмов управления для повышения качества электроэнергии в распределенных системах. Низкое качество напряжения снижает надежность системы и приводит к снижению ресурса деталей, которые невозможно заменить, когда спутник на орбите. Поэтому космические электросистемы, в отличие от «земных», должны обладать десятикратным запасом надежности, а для этого как раз и нужны децентрализация и высокое качество электроэнергии.
«Алгоритм использует так называемые резонансные регуляторы с высокими коэффициентами усиления на определенных частотах, которые называются резонансными частотами. За счет высокого коэффициента усиления мы можем существенно снизить пульсации напряжения на резонансных частотах, тем самым повысив качество электроэнергии», — добавил Севостьянов.
По словам автора разработки, алгоритм может найти применение не только в космической отрасли, но также в городских сетях постоянного тока, зарядных станциях электромобилей, сетях городского электротранспорта, автономных системах электроснабжения умных домов.
«Кроме повышения надежности и безотказности, разработка позволит существенно снизить массу и размеры спутников за счет более гибкого размещения элементов электросистемы. Также снизятся производственные издержки благодаря возможности серийного производства элементов распределенных систем электроснабжения», — добавил автор разработки.
В октябре 2021 года НГТУ НЭТИ стал участником грантовой программы «Приоритет-2030» с тремя стратегическими направлениями, в числе которых проект «Силовая электроника и интеллектуальная энергетика», направленный на создание систем электроснабжения для космических аппаратов нового поколения.