基于多節(jié)點(diǎn)海底觀測網(wǎng)絡(luò)的單極負(fù)高壓直流變換系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的基于多節(jié)點(diǎn)海底觀測網(wǎng)絡(luò)的單極負(fù)高壓直流變換系統(tǒng)，包括岸基站供電電源、電能傳輸海纜、N個(gè)將傳輸海纜上的電能分支輸出的海纜分支節(jié)點(diǎn)，N≥2、負(fù)壓自啟動(dòng)電路、輔助電源、串并聯(lián)電壓轉(zhuǎn)換模塊電路、驅(qū)動(dòng)電路、PWM控制器、采樣電路和反饋回路。岸基站的高壓供電設(shè)備通過電能傳輸海纜與海水形成回路，將高壓電傳輸至網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)采用多模塊串并聯(lián)組合的方式，將高壓輸出平均分?jǐn)傊炼嘟M電壓轉(zhuǎn)換模塊上，可以降低每個(gè)電壓轉(zhuǎn)換模塊所承受的電壓，提高模塊組件的可靠性，具有高可靠性、導(dǎo)通損耗低、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，適用于多節(jié)點(diǎn)樹形纜系海底觀測網(wǎng)絡(luò)中的高中壓轉(zhuǎn)換，為海底觀測網(wǎng)絡(luò)中接駁平臺和儀器設(shè)備提供所需的電力。
【專利說明】基于多節(jié)點(diǎn)海底觀測網(wǎng)絡(luò)的單極負(fù)高壓直流變換系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于多節(jié)點(diǎn)海底觀測網(wǎng)絡(luò)的單極負(fù)高壓直流變換系統(tǒng)，適用于多節(jié)點(diǎn)樹形纜系海底觀測網(wǎng)絡(luò)中的高中壓轉(zhuǎn)換，將岸基站供電設(shè)備提供的負(fù)高壓轉(zhuǎn)換為中壓電，為海底觀測網(wǎng)絡(luò)中接駁平臺和儀器設(shè)備提供所需的電力。
技術(shù)背景
[0002]傳統(tǒng)的海底觀測網(wǎng)絡(luò)的搭建，對于海底接駁平臺和儀器設(shè)備的電能供給，采用雙極正高壓直流傳輸方式。海底接駁平臺中的高中壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)采用正高壓直流變換系統(tǒng)，此種方式供電大大增加了海底接駁平臺和儀器設(shè)備的供電成本。依靠海水形成回路的單極電能傳輸方式，慢慢取代傳統(tǒng)的雙極電能傳輸方式。然而，由于海水中陽極電極的電解與腐蝕，導(dǎo)致單極正高壓直流傳輸方式將極大增加觀測網(wǎng)后期的維護(hù)費(fèi)用。傳統(tǒng)的正高壓直流變換系統(tǒng)已經(jīng)不適用于新型的樹形纜系多節(jié)點(diǎn)海底觀測網(wǎng)絡(luò)平臺設(shè)備的電能變換，因此，開發(fā)能夠進(jìn)行負(fù)高壓直流電能變換，并且體積小，模塊可以根據(jù)需要進(jìn)行修改的電壓變換系統(tǒng)就顯得意義重大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提出一種適用于樹形纜系多節(jié)點(diǎn)海底觀測網(wǎng)絡(luò)的單極負(fù)高壓直流電能變換系統(tǒng)，為海底觀測網(wǎng)絡(luò)水下接駁平臺和科學(xué)探測儀器提供長時(shí)可靠的電能供給，以提升海洋觀測的實(shí)時(shí)性、長期性、寬范圍以及原位性。
[0004]本發(fā)明的基于多節(jié)點(diǎn)海底觀測網(wǎng)絡(luò)的單極負(fù)高壓直流變換系統(tǒng)，包括岸基站供電電源、電能傳輸海纜、N個(gè)將傳輸海纜上的電能分支輸出的海纜分支節(jié)點(diǎn)，N > 2、負(fù)壓自啟動(dòng)電路、輔助電源、串并聯(lián)電壓轉(zhuǎn)換模塊電路、驅(qū)動(dòng)電路、PWM控制器、采樣電路和反饋回路，岸基站供電電源正電源輸出端接地，負(fù)電源輸出端與電能傳輸海纜的電能輸入端連接，電能傳輸海纜的電能輸出端分別與N個(gè)海纜分支節(jié)點(diǎn)的輸入端相連，每個(gè)海纜分支節(jié)點(diǎn)分兩路輸出，其一路輸出端與負(fù)壓自啟動(dòng)電路的輸入端相連，另一路輸出端與串并聯(lián)電壓轉(zhuǎn)換模塊電路的一個(gè)輸入端相連，負(fù)壓自啟動(dòng)電路的輸出端與輔助電源的一個(gè)輸入端相連，串并聯(lián)電壓轉(zhuǎn)換模塊電路的一個(gè)輸出端與輔助電源的另一個(gè)輸入端相連，串并聯(lián)電壓轉(zhuǎn)換模塊電路的第二個(gè)輸出端與采樣電路的輸入端相連接，串并聯(lián)電壓轉(zhuǎn)換模塊電路的第三個(gè)輸出端與反饋回路的輸入端相連，反饋回路的輸出端與PWM控制器的一個(gè)輸入端相連接，PWM控制器的另一個(gè)輸入端與輔助電源的一個(gè)輸出端相連，輔助電源的另一個(gè)輸出端與驅(qū)動(dòng)電路的一個(gè)輸入端相連，驅(qū)動(dòng)電路的另一個(gè)輸入端與PWM控制器的輸出端相連接，驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與串并聯(lián)電壓轉(zhuǎn)換模塊電路的另一個(gè)輸入端相連。
[0005]本發(fā)明中，所述的串并聯(lián)電壓轉(zhuǎn)換模塊電路是由六個(gè)將岸基供電電源電壓轉(zhuǎn)換成所需電壓的一級模塊電路組成，六個(gè)一級模塊電路的輸入端串聯(lián)，輸出端并聯(lián)，每個(gè)一級模塊電路由八個(gè)二級模塊電路組成，八個(gè)二級模塊電路的輸入端串聯(lián)，輸出端串聯(lián)。
[0006]通常將負(fù)壓自啟動(dòng)電路、輔助電源、串并聯(lián)電壓轉(zhuǎn)換模塊、驅(qū)動(dòng)電路、PWM控制器、采樣電路和反饋回路密封于鈦合金密閉腔體內(nèi)，作為多節(jié)點(diǎn)海底觀測網(wǎng)絡(luò)其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的高壓轉(zhuǎn)中壓直流電能變換系統(tǒng)，為該節(jié)點(diǎn)后續(xù)平臺和儀器設(shè)備提供所需電能。在鈦合金腔體內(nèi)充填硅油，以提升系統(tǒng)的散熱能力，延長系統(tǒng)使用壽命。
[0007]~個(gè)海纜分支節(jié)點(diǎn)輸出端分別連接如同上述內(nèi)部構(gòu)成相同的鈦合金密閉腔體，可形成樹形纜系多節(jié)點(diǎn)海底觀測網(wǎng)絡(luò)的單極負(fù)高壓直流電能變換系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:岸基站的高壓供電設(shè)備通過電能傳輸海纜，與海水形成回路，將高壓電傳輸至網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，本發(fā)明的基于多節(jié)點(diǎn)海底觀測網(wǎng)絡(luò)的單極負(fù)高壓直流變換系統(tǒng)一方面解決了海底觀測網(wǎng)絡(luò)單極負(fù)高壓傳輸?shù)闹绷麟娔茏儞Q問題，另一方面采用多模塊串并聯(lián)設(shè)計(jì)，將高壓輸出平均分?jǐn)傊炼嘟M電壓轉(zhuǎn)換模塊上，可以降低每個(gè)電壓轉(zhuǎn)換模塊所承受的電壓，提高模塊組件的可靠性，具有高可靠性、導(dǎo)通損耗低、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，且模塊化的設(shè)計(jì)節(jié)約成本、縮短研發(fā)周期，同時(shí)通過改變二級模塊電路的輸入電壓和輸出電壓，可以滿足不同的電能變換需求。
[0009]本發(fā)明的基于多節(jié)點(diǎn)海底觀測網(wǎng)絡(luò)的單極負(fù)高壓直流變換系統(tǒng)在復(fù)雜多變的海洋環(huán)境下，系統(tǒng)具有較高的負(fù)載特性，在濕插拔科學(xué)探測儀器造成的負(fù)載突變，在高響應(yīng)速度下，不會(huì)使中壓輸出產(chǎn)生較大波動(dòng)，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為基于多節(jié)點(diǎn)海底觀測網(wǎng)絡(luò)的單極負(fù)高壓直流變換系統(tǒng)原理圖；
圖2為串并聯(lián)電壓轉(zhuǎn)換模塊電路連接示意圖；
圖3為串并聯(lián)電壓轉(zhuǎn)換模塊電路中的二級模塊電路原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0011]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0012]參照附圖1，本發(fā)明的基于海底觀測網(wǎng)絡(luò)的負(fù)高壓直流變換系統(tǒng)包括:岸基站供電電源1、電能傳輸海纜2、~個(gè)將傳輸海纜上的電能分支輸出的海纜分支節(jié)點(diǎn)3，~ ? 2、負(fù)壓自啟動(dòng)電路4、輔助電源5、串并聯(lián)電壓轉(zhuǎn)換模塊電路6、驅(qū)動(dòng)電路7、？麗控制器8、采樣電路9和反饋回路10，岸基站供電電源正電源輸出端接地，負(fù)電源輸出端與電能傳輸海纜2的電能輸入端連接，電能傳輸海纜2的電能輸出端分別與~個(gè)海纜分支節(jié)點(diǎn)3的輸入端相連，每個(gè)海纜分支節(jié)點(diǎn)3分兩路輸出，其一路輸出端與負(fù)壓自啟動(dòng)電路4的輸入端相連，另一路輸出端與串并聯(lián)電壓轉(zhuǎn)換模塊電路6的一個(gè)輸入端相連,負(fù)壓自啟動(dòng)電路4的輸出端與輔助電源5的一個(gè)輸入端相連，串并聯(lián)電壓轉(zhuǎn)換模塊電路6的一個(gè)輸出端與輔助電源5的另一個(gè)輸入端相連，串并聯(lián)電壓轉(zhuǎn)換模塊電路6的第二個(gè)輸出端與采樣電路9的輸入端相連接，串并聯(lián)電壓轉(zhuǎn)換模塊電路6的第三個(gè)輸出端與反饋回路10的輸入端相連，反饋回路10的輸出端與？麗控制器8的一個(gè)輸入端相連接，？麗控制器8的另一個(gè)輸入端與輔助電源5的一個(gè)輸出端相連，輔助電源5的另一個(gè)輸出端與驅(qū)動(dòng)電路7的一個(gè)輸入端相連,驅(qū)動(dòng)電路7的另一個(gè)輸入端與？II控制器8的輸出端相連接，驅(qū)動(dòng)電路7的輸出端與串并聯(lián)電壓轉(zhuǎn)換模塊電路6的另一個(gè)輸入端相連。
[0013]本發(fā)明的基于多節(jié)點(diǎn)海底觀測網(wǎng)絡(luò)的單極負(fù)高壓直流變換系統(tǒng)，其工作流程為:岸基站供電電源啟動(dòng)，開始輸出負(fù)高壓(例如電壓),經(jīng)過電能傳輸海纜，傳輸至各海纜分支節(jié)點(diǎn)，每個(gè)海纜分支節(jié)點(diǎn)內(nèi)電能被分別輸送至負(fù)壓自啟動(dòng)電路和串并聯(lián)電壓轉(zhuǎn)換模塊電路，負(fù)壓自啟動(dòng)電路啟動(dòng)并為輔助電源提供首次供電，輔助電源為驅(qū)動(dòng)電路和控制器提供合適工作電壓，同時(shí)？麗控制器產(chǎn)生？麗信號控制驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號，驅(qū)動(dòng)信號控制串并聯(lián)電壓轉(zhuǎn)換模塊電路的每個(gè)二級模塊電路中的開關(guān)管通斷，由此將海纜分支節(jié)點(diǎn)輸送至串并聯(lián)電壓轉(zhuǎn)換模塊電路的高壓電轉(zhuǎn)變?yōu)橹袎弘姡⒙?lián)電壓轉(zhuǎn)換模塊電路輸出的中壓電分三路，其中第一路輸出的中壓電為輔助電源供電，此時(shí)負(fù)壓自啟動(dòng)電路停止工作；第二路輸出的中壓電通過反饋電路供給？麗控制器，反饋電路采集串并聯(lián)電壓轉(zhuǎn)換模塊電路輸入端及輸出端電壓，作為反饋信號輸入到？麗控制器中，產(chǎn)生相應(yīng)的占空比信號以對電壓轉(zhuǎn)換進(jìn)行負(fù)反饋調(diào)節(jié)；第三路輸出的中壓電供給采樣電路，實(shí)時(shí)的將輸出電壓值、電流值等信號傳送給岸基控制系統(tǒng)中，以便于實(shí)時(shí)監(jiān)控。
[0014]串并聯(lián)電壓轉(zhuǎn)換模塊電路如圖2所示，圖示所示實(shí)例中，串并聯(lián)電壓轉(zhuǎn)換模塊電路由六個(gè)將岸基供電電源電壓-10。轉(zhuǎn)換成3757電壓的一級模塊電路6-1組成，六個(gè)一級模塊電路6-1的輸入端串聯(lián)，輸出端并聯(lián)，每個(gè)一級模塊電路6-1由八個(gè)二級模塊電路6-2組成(見虛線框),八個(gè)二級模塊電路6-2的輸入端串聯(lián)，輸出端串聯(lián)。整個(gè)電路的輸入高壓為-10”，輸出中壓為375乂，每個(gè)一級模塊電路的輸入電壓均為-16507，輸出電壓為375乂，其中，每個(gè)二級模塊電路的輸入電壓均為-2107，輸出電壓均為47乂。
[0015]通過改變二級模塊電路的輸入電壓和輸出電壓，可以滿足不同的電能變換需求。
[0016]每個(gè)二級模塊電路如圖3所示，采用雙管正激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。輸入電阻町為均壓電阻，均分輸入電壓；電感11、12、電阻82、83、電容(:1-(?構(gòu)成輸入濾波電路；二極管02、03、開關(guān)管01、02、變壓器II構(gòu)成雙管正激拓?fù)潆娐分黧w部分，兩開關(guān)管01、02同時(shí)開通或關(guān)斷，當(dāng)同時(shí)開通時(shí)，電路向變壓器II副邊傳遞能量，同時(shí)關(guān)斷時(shí)，變壓器II原邊通過開關(guān)管01、02的反向并聯(lián)二極管02、03向輸入側(cè)饋電，完成磁復(fù)位。開關(guān)管03、04構(gòu)成同步整流電路，電容(:6^7、電感13為輸出濾波電路。
[0017]本發(fā)明中的岸基站供電電源1可采用揚(yáng)州雙鴻電子有限公司型號電源柜，電能傳輸海纜2可采用光電復(fù)合纜，負(fù)壓自啟動(dòng)電路4可采用^:3845？芯片，輔助電源5可采用％3526芯片，驅(qū)動(dòng)電路7可采用1X4421芯片，？麗控制器8可采用％3525芯片，采樣電路9可采用11(1^201芯片，反饋電路10可采用111014芯片。
【權(quán)利要求】
1.基于多節(jié)點(diǎn)海底觀測網(wǎng)絡(luò)的單極負(fù)高壓直流變換系統(tǒng)，其特征是包括岸基站供電電源(1)、電能傳輸海纜(2)、N個(gè)將傳輸海纜上的電能分支輸出的海纜分支節(jié)點(diǎn)(3)，N3 2、負(fù)壓自啟動(dòng)電路(4)、輔助電源(5)、串并聯(lián)電壓轉(zhuǎn)換模塊電路(6)、驅(qū)動(dòng)電路(7)、PWM控制器(8)、采樣電路(9)和反饋回路(10)，岸基站供電電源正電源輸出端接地，負(fù)電源輸出端與電能傳輸海纜(2)的電能輸入端連接，電能傳輸海纜(2)的電能輸出端分別與N個(gè)海纜分支節(jié)點(diǎn)(3)的輸入端相連，每個(gè)海纜分支節(jié)點(diǎn)(3)分兩路輸出，其一路輸出端與負(fù)壓自啟動(dòng)電路(4)的輸入端相連,另一路輸出端與串并聯(lián)電壓轉(zhuǎn)換模塊電路(6)的一個(gè)輸入端相連，負(fù)壓自啟動(dòng)電路(4)的輸出端與輔助電源(5)的一個(gè)輸入端相連，串并聯(lián)電壓轉(zhuǎn)換模塊電路(6)的一個(gè)輸出端與輔助電源(5)的另一個(gè)輸入端相連，串并聯(lián)電壓轉(zhuǎn)換模塊電路(6)的第二個(gè)輸出端與采樣電路(9)的輸入端相連接，串并聯(lián)電壓轉(zhuǎn)換模塊電路(6)的第三個(gè)輸出端與反饋回路(10)的輸入端相連，反饋回路(10)的輸出端與PWM控制器(8)的一個(gè)輸入端相連接，PWM控制器(8)的另一個(gè)輸入端與輔助電源(5)的一個(gè)輸出端相連,輔助電源(5)的另一個(gè)輸出端與驅(qū)動(dòng)電路(7)的一個(gè)輸入端相連，驅(qū)動(dòng)電路(7)的另一個(gè)輸入端與PWM控制器(8)的輸出端相連接，驅(qū)動(dòng)電路(7)的輸出端與串并聯(lián)電壓轉(zhuǎn)換模塊電路(6)的另一個(gè)輸入端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多節(jié)點(diǎn)海底觀測網(wǎng)絡(luò)的單極負(fù)高壓直流變換系統(tǒng)，其特征是所述的串并聯(lián)電壓轉(zhuǎn)換模塊電路(6 )是由六個(gè)將岸基供電電源電壓轉(zhuǎn)換成所需電壓的一級模塊電路(6-1)組成，六個(gè)一級模塊電路(6-1)的輸入端串聯(lián)，輸出端并聯(lián)，每個(gè)一級模塊電路(6-1)由八個(gè)二級模塊電路(6-2)組成，八個(gè)二級模塊電路(6-2)的輸入端串聯(lián)，輸出端串聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多節(jié)點(diǎn)海底觀測網(wǎng)絡(luò)的單極負(fù)高壓直流變換系統(tǒng)，其特征是所述的負(fù)壓自啟動(dòng)電路(4)、輔助電源(5)、串并聯(lián)電壓轉(zhuǎn)換模塊電路(6)、驅(qū)動(dòng)電路(7)、PWM控制器(8)、采樣電路(9)和反饋回路(10)密封于鈦合金密閉腔體內(nèi)，鈦合金腔體內(nèi)充填硅油。
【文檔編號】H02M3/335GK104320000SQ201410562322
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】李德駿, 王俊, 王晨, 謝尚祥, 楊燦軍, 金波, 陳燕虎, 張峰 申請人:浙江大學(xué)