دانلود مقاله تولید، انتقال و مدیریت برق با ولتاژ بالا و توان بالا MR-SPS
چکیده
مقدمه
مفهوم MR-SPS
تولید برق با توان بالا، انتقال و مدیریت MR-SPS
تأثیر محیط فضایی
فناوری های کلیدی
نتیجه گیری
منابع
Abstract
Introduction
MR-SPS concept
High-Power Electricity Generation,Transmission and Management of MR-SPS
The Space Environment Influence
The Key Technologies
Conclusion
References
چکیده
فضاپیمای انرژی فضایی (SPS) یک فضاپیمای بزرگ برای استفاده از انرژی خورشیدی در فضا است. به دلیل اندازه بزرگ، جرم بسیار زیاد و قدرت بالا، مشکلات فنی زیادی وجود دارد. برای یک سیستم GW SPS، توان الکتریکی تولید شده در فضا بیش از 2 گیگاوات خواهد بود و کل مساحت آرایه خورشیدی چندین کیلومتر مربع خواهد بود. تولید، انتقال و مدیریت برق با قدرت بالا در فضا به یک چالش بزرگ تبدیل می شود. در این مقاله، طرح اولیه مفهوم MR-SPS ارائه شده و دو زیرسیستم مهم، جمع آوری و تبدیل انرژی خورشیدی (SECC)، انتقال و مدیریت نیرو (PTM) معرفی می شوند. سیستم فرعی SECC شامل پنجاه آرایه فرعی خورشیدی است. هر زیر آرایه خورشیدی از دوازده ماژول آرایه خورشیدی تشکیل شده است. مساحت هر زیرآرایه خورشیدی حدود 0.12 کیلومتر مربع است. آرایه های فرعی خورشیدی نیروی الکتریکی را به کابل های نصب شده بر روی ساختار اصلی MR-SPS توسط 100 اتصال چرخشی توان متوسط منتقل می کنند. زیر سیستم PTM توان الکتریکی خروجی زیر سیستم SECC را تبدیل، انتقال و توزیع می کند. بیشتر انرژی الکتریکی به آنتن منتقل می شود و در آنتن توزیع می شود. نیروی الکتریکی باقیمانده برای عملیات SPS به تجهیزات خدماتی منتقل و توزیع می شود. ترکیبی از PTM ولتاژ بالا توزیع شده و متمرکز برای پاسخگویی به نیاز منبع تغذیه الکتریکی تجهیزات الکتریکی در SPS اتخاذ شده است. محیط معمولی فضایی که بر سیستم الکتریکی پرقدرت تأثیر می گذارد تجزیه و تحلیل می شود. فن‌آوری‌های کلیدی باید مورد تحقیق و حل قرار گیرند، از جمله سلول‌های PV GaAs لایه نازک با کارایی بالا و عمر طولانی، ماژول آرایه خورشیدی با ولتاژ بالا (500 ولت)، اتصال دوار رسانا با توان بالا، بسیار بالا کابل های ولتاژ (20 کیلوولت)، مبدل پرقدرت، کلید پرقدرت و غیره و مونتاژ و نگهداری زیرسیستم ها.
توجه! این متن ترجمه ماشینی بوده و توسط مترجمین ای ترجمه، ترجمه نشده است.
Abstract
Space Power Satellite (SPS) is a huge spacecraft to utilize solar energy in space. Because of the huge size, immense mass and high power, there exist many technical difficulties. For a GW SPS system, the generated electric power in space will be over 2 GW, and the whole area of the solar array will be several square kilometers. The high-power electricity generation, transmission and management in space becomes a huge challenge. In the paper, the primary scheme of MR-SPS concept is presented and two important sub-systems, Solar Energy Collection and Conversion (SECC), Power Transmission and Management (PTM) are introduced. The SECC sub-system includes fifty solar sub-arrays. Each solar sub-array is composed of twelve solar array modules. The area of each solar sub-array is about 0.12 km2. The solar sub-arrays transmit electric power to the cables installed on the main structure of MR-SPS by 100 middle power rotary joints. PTM sub-system converts, transmits and distributes the output electric power of SECC sub-system. Most of electric power is transmitted to the antenna and is distributed in the antenna. The remaining electric power is transmitted and distributed to the service equipments for the operation of SPS. The mix of distributed and centralized high-voltage PTM is adopted to meet the requirement of electric power supply of the electric equipments on SPS. Typical space environment influencing high-power electric system is analyzed. The key technologies need to be researched and solved including high-efficient, long-life thin-film GaAs PV cell, ultra-large–high-voltage (500 V) solar array module, high-power conductive rotary joint, ultra-high-voltage (20 kV) cables, high-power converter, high-power switch, etc., and assembly and maintenance of the sub-systems.
Conclusion
Solar Power Satellite (SPS), proposed first by Dr. Peter Glaser [1], has been regarded as one of the most promising renewable energy projects in the future. It is attracting more attention in recent years. There are lots of related development plans and research activities in the world [2]. In 2016, CalTech proposed the new SPS concept with the support of Northrop Grumman [3]. In 2017, Ian Cash proposed CASSIOPeiASPS concept [4, 5]. In 2017 and 2019, Korea Aerospace Research Institute (KARI) held the International Workshop for Space Based Solar Power (SSPS) in Seoul. Experts from Korea, China, USA, Japan and UK discussed the opportunity of SPS develB Zili Liu ronger2007@126.com 1 QianXuesen Laboratory of Space Technology, CAST, Beijing 100094, China opment. In 2018, Korea started the SPS research project and proposed the Korean SPS concept [6]. In 2018, Japan presented the updated roadmap of SPS. In 2019, Japan Space Systems conducted the drone WPT experiments project which transmitted power to the drone flying at altitude of tens of meters under the contract of Ministry of Economy, Trade and Industry (METI) [7].
Results and analyses
MR-SPS is a new concept and the high-power electricity generation, transmission and management is an important technology challenge. Primary MR-SPS concept and the particular configuration of high-power electricity generation, transmission and management are introduced firstly and the typical influences of space environment factors on high-power electric system are analyzed. At last, several key technologies to achieve high-power electricity generation, transmission and management in space are presented. The conclusions are as follows.
1. MR-SPS is a new non-concentrator SPS concept and can provide electricity continuously and steadily in GEO.
2. The main innovation of MR-SPS is that the huge sq.km scale solar array is broke up into 50 disjunctive solar sub-arrays and each sub-array transmits electricity by two independent conductive rotary joints. Such design reduces the power of the conductive rotary joint and avoids the single point failure problem.