Haberleşme uydusunun elektrik güç sisteminin modellenmesi ve analizi
Modelling and analyses of electrical power system of communication satellites
Yazar: SELMAN DEMİREL
Danışman: PROF. DR. ŞERAFETTİN ÖZBEY ; DOÇ. DR. NEDİM SÖZBİR
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Jeosenkron (GEO) haberleşme uydusu tasarımı farklı mühendislik (Makine, Elektrik, Elektronik, Bilgisayar Müh. V.b.) dallarının beraber çalışması sonucu yapılan bir çalışmadır. Kompleks elektronik sistemlerden oluşan haberleşme uyduları kusursuz bir tasarıma sahip olmalıdır. Bu kusursuz sistemlerin tasarımı önemli mühendislik bilgisi ve zaman gerektiren bir süreçtir. Uydularda en kritik sistemlerden biri elektriksel güç sistemidir. Yeryüzünden yaklaşık 36000 km uzaklıkta ve ortalama 15 yıl işletim süresi boyunca, istenen performansta çalışmak üzere tasarlanmalıdır.

Elektrik güç sistemi tasarımı, uydu tasarımının başlangıcında mümkün olduğu kadar erken döneminde doğru ekipman ve sistem tercihi yapmanın uydu maliyetine ve üretim zamanına etkisi vardır. Tasarımın başında tüm sistem bileşenlerinin kararlı ve doğru bir tasarım modeline sahip olması büyük bir avantaj sağlayacaktır. 

Bu tez çalışmasında haberleşme uydularında elektrik güç sistemi tasarımı ve farklı teknolojiler açısından en verimli çözümü bulmaya dayalı bir platformun geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla uydu elektrik güç sistemi modellemesi yapılarak analiz verileri elde edilmiştir. Haberleşme uydusunun tüm alt sistemlerini besleyen elektrik güç sisteminin optimum şekilde çalışmasını sağlayacak ve uydu güç barası gerilimini farklı yüklerde dahi optiumum şekilde regüle edilmesini sağlayacak bir haberleşme uydusu elektrik güç sistemi modellemesi geliştirilmiştir. 

Uydu elektrik güç sistemi modellemesi P-Spice kullanılarak yapılmıştır. Yapılan elektrik güç sistemi P-Spice modeli başlıca güneş paneli, bataryalar, güneş paneli regülatörü (S3R), batarya desarj regülatörü (BDSR), ana hata yükseltici (MEA) gibi bilişenleri içermektedir. Yapılan tasarım modellemesi, elde edilen analiz sonuçlarının ( uydu güç barası gerilimi ve EMC dalgalanma analizleri) uzaydaki gerçek uydu verileri ile karşılaştırması yapılarak doğrulanmıştır. Gerçek uydu telemetri değerleri ile modellemenin doğruluğu gösterilmiştir. Ayrıca elektrik güç sistemi boyutlandırması anlatılarak, batarya boyutlandırması için geliştirilen uygulama aracı tanıtılmıştır.

Abstract:
Geosynchronous (GEO) communication satellites design is a result of a joint work of different engineering branches (Mechanical, Electrical, Electronics, Computer Engineering). Communication satellites which include variety of complex electronic systems have a unique design and designing of this complex electronics is a time-consuming engineering task. The electrical power system is , one of the most critical systems in satellite which is about 36 000 km from the earth, and the average operating time of over 15 years, should be designed to operate at the desired performance

Regarding design approach, especially for the electrical power system of the communications satellites, making the right choice and taking the right decision at the beginning of the design will have cost and time effect. In this respect, having accurate design modeling which include all the arguments of system is very useful at the begging of design phase. 

In this study, communication satellites power system modelling is designed by using P-spice in order to make optimization of power system regarding bus power reliability. The designed modelling is validated with analyses which the result values are compared with real flight satellite systems.  P-spice model  includes total satellite electrical power system architecture as Solar Array, Battery, Solar Array Regülatör (S3R), Battery discharge Regulator (BDSR), Main Error Amplifier (MEA). With modeling, satellite electrical power bus voltage analyzes and EMC fluctation amalysis are obtained and compared with the actual satellite data. It has been identified that, the results of the analysis and the actual satellite data overlap with each other. Design of electrical power system (EPS) and developed battery sizing tool are explained.