本發(fā)明涉及水下機(jī)器人及電力，尤其涉及水下機(jī)器人供電系統(tǒng)及供電控制方法。

背景技術(shù)：

1、諸如深海rov、埋設(shè)犁、挖溝機(jī)和采礦車等深海重型水下機(jī)器人電力傳輸因?yàn)榫嚯x遠(yuǎn)大功率下壓降大，通常需要將水面船電進(jìn)行變換到高壓后通過臍帶纜為水下本體的電機(jī)和控制系統(tǒng)提供電力。水下高壓電機(jī)一般采用接觸器接升壓變壓器直接啟動、晶閘管軟啟動器接升壓變壓器軟啟動或變頻器接升壓變壓器軟啟動。各啟動方式存在以下優(yōu)缺點(diǎn)：直接啟動力矩大、方法簡單，但啟動電流最大，容易引起系統(tǒng)電壓降，造成設(shè)備異常，需要較大的船電電源容量；軟啟動器啟動相比能較大的降低啟動電流，但仍存在2-3倍的啟動電流，且啟動轉(zhuǎn)矩減低較大，對部分負(fù)載存在啟動轉(zhuǎn)矩不夠的情況。變頻器啟動電流小，啟動轉(zhuǎn)矩大，但成本較高，且無旁路，需要長期運(yùn)行，損耗大，可靠性低。

2、參考圖1所示的目前方案還存在以下問題：

3、1)軟啟動器和變頻器軟啟動方式均為一臺水下電機(jī)和一臺軟啟動器或變頻器一對一啟動，成本較高；

4、2)供電系統(tǒng)由于水下控制供電和水面用電為單相負(fù)荷，存在不平衡負(fù)載，容易引起船電不平衡；

5、3)系統(tǒng)沒有無功補(bǔ)償，功率因數(shù)低，能耗大，需要電纜大，投資大；

6、4)直接啟動和軟啟動船電容量需求大，增加投資和運(yùn)營成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實(shí)施例的主要目的在于提出一種水下機(jī)器人供電系統(tǒng)及供電控制方法，提高了水下機(jī)器人工作時(shí)的降低船用發(fā)電機(jī)容量需求及設(shè)備成本，提高設(shè)備利用率和使用壽命。

2、本發(fā)明的一方面提供了一種水下機(jī)器人供電系統(tǒng)，包括：

3、公共供電連接母線點(diǎn)，所述公共供電連接母線點(diǎn)分別連接有功率調(diào)節(jié)及啟動回路、負(fù)載用電主電路、第一用電公共連接點(diǎn)、第二用電公共連接點(diǎn)及第三用電公共連接點(diǎn)；

4、所述公共供電連接母線點(diǎn)包括相連的第一發(fā)電機(jī)和電流互感器組；

5、所述功率調(diào)節(jié)及啟動回路包括由相連的功率調(diào)節(jié)器與所述第一斷路器組成的功率調(diào)節(jié)回路，以及，包括由相連第二斷路器與第一投切開關(guān)組成的啟動回路，所述功率調(diào)節(jié)回路和所述啟動回路并聯(lián)；

6、所述負(fù)載用電主電路包括用電支路，所述用電支路包括依次相連的第三斷路器、第二投切開關(guān)、第一水面升壓變壓器及水下電機(jī)，所述用電支路均連接所述第一投切開關(guān)；

7、所述第一用電公共連接點(diǎn)包括依次相連的第三投切開關(guān)、第二水面升壓變壓器、水下降壓變壓器；所述第二用電公共連接點(diǎn)包括相連的第四斷路器和變壓器；所述第三用電公共連接點(diǎn)包括第五斷路器；

8、所述功率調(diào)節(jié)器用于根據(jù)控制模式，對所述第一投切開關(guān)、所述第二投切開關(guān)、所述第三投切開關(guān)、所述快速投切開關(guān)、所述第一斷路器、所述第二斷路器、所述第三斷路器、所述第四斷路器及所述第五斷路器進(jìn)行斷開、分閘及合閘控制處理。

9、根據(jù)所述的水下機(jī)器人供電系統(tǒng)，其中功率調(diào)節(jié)器包括依次相連的啟動單元、進(jìn)線濾波器、進(jìn)線變流器、出線變流器、出線濾波器、功率調(diào)節(jié)器控制單元，所述進(jìn)線變流器和所述出線變流器之間設(shè)置有中間電容，所述功率調(diào)節(jié)器的兩端設(shè)置有并網(wǎng)開關(guān)；

10、所述啟動單元包括啟動電阻和旁路開關(guān)，所述啟動單元用于在上電后先通過所述啟動電阻對所述中間電容進(jìn)行充電，充電完成后接通所述旁路開關(guān)；

11、所述進(jìn)線濾波器和所述出線濾波器包括正弦濾波器，所述正弦濾波器包括串聯(lián)電感和并聯(lián)電容器，所述正弦濾波器用于進(jìn)行并網(wǎng)諧波和供電諧波處理；

12、所述進(jìn)線變流器和所述出線變流器包括三相全控橋igbt模塊，所述三相全控橋igbt模塊通過直流母線的dcbus+和dcbus-分別連接至所述中間電容正極和負(fù)極，所述三相全控橋igbt模塊的交流輸出側(cè)的uvw三相線通過所述進(jìn)線濾波器和所述出線濾波器連接至電網(wǎng)或負(fù)載上；

13、所述功率調(diào)節(jié)器控制單元用于對所述進(jìn)線變流器、所述出線變流器及并網(wǎng)開關(guān)進(jìn)行控制。

14、根據(jù)所述的水下機(jī)器人供電系統(tǒng)，其中功率調(diào)節(jié)器還包括：

15、所述控制模式為功率調(diào)節(jié)模式，用于斷開所述第一投切開關(guān)、所述第二投切開關(guān)、所述第三投切開關(guān)及所述快速投切開關(guān)，控制所述旁路開關(guān)合閘，控制所述進(jìn)線變流器和所述出線變流器分別接入所述公共供電連接母線點(diǎn)；

16、所述控制模式為無功模式時(shí)，用于斷開所述第一投切開關(guān)、所述第二投切開關(guān)、所述第三投切開關(guān)及所述快速投切開關(guān)，控制所述旁路開關(guān)分閘，進(jìn)線變流器入所述公共供電連接母線點(diǎn)；

17、所述控制模式為軟啟動模式時(shí)，用于控制投切開關(guān)根據(jù)投切支路進(jìn)行合閘，控制所述旁路開關(guān)分閘，控制快速投切開關(guān)在軟啟動前斷開；

18、所述控制模式為軟停止模式時(shí)，用于控制投切開關(guān)根據(jù)投切支路進(jìn)行合閘，控制所述旁路開關(guān)分閘，控制快速投切開關(guān)在軟停止前合閘，并斷開對應(yīng)的投切開關(guān)。

19、在該模式下，投切開關(guān)根據(jù)需要投切的支路選著合閘，旁路開關(guān)分閘，快速投切開關(guān)在軟停止前合閘，運(yùn)行開關(guān)斷開

20、根據(jù)所述的水下機(jī)器人供電系統(tǒng)，其中快速投切開關(guān)為三相開關(guān)，所述快速投切開關(guān)的每相包括并聯(lián)的反并聯(lián)晶閘管和電壓互感器，所述快速投切開關(guān)通過控制單元進(jìn)行觸發(fā)控制。

21、根據(jù)所述的水下機(jī)器人供電系統(tǒng)，其中功率調(diào)節(jié)器還可以采用通用變頻器或能源回饋?zhàn)冾l器。

22、根據(jù)所述的水下機(jī)器人供電系統(tǒng)，其中快速投切開關(guān)還可以采用igbt、gto快速開關(guān)器件。

23、本發(fā)明的實(shí)施例還包括一種水下機(jī)器人供電方法，包括：

24、獲取控制模式，所述控制模式包括功率調(diào)節(jié)模式、無功模式、軟啟動模式及軟停止模式；

25、根據(jù)控制模式對水下機(jī)器人供電系統(tǒng)是否符合執(zhí)行條件進(jìn)行判斷，若符合執(zhí)行條件，則根據(jù)控制模式，對第一投切開關(guān)、第二投切開關(guān)、第三投切開關(guān)、快速投切開關(guān)、第一斷路器、第二斷路器、第三斷路器、第四斷路器及第五斷路器進(jìn)行斷開、分閘及合閘控制處理。

26、根據(jù)所述的水下機(jī)器人供電方法，其中獲取控制模式前還包括：

27、執(zhí)行上電初始化，對中間電容進(jìn)行充電，中間電容充滿時(shí)進(jìn)行合啟動單元處理，以及，啟動進(jìn)線變流器。

28、根據(jù)所述的水下機(jī)器人供電方法，還包括：

29、通過快速投切開關(guān)采集三相電壓，將三相電壓與預(yù)設(shè)合閘允許值進(jìn)行對比；

30、所述三相電壓小于預(yù)設(shè)合閘允許值時(shí)，且所述控制模式包括合閘命令時(shí)，符合執(zhí)行條件使晶閘管信號觸發(fā)。

31、根據(jù)所述的水下機(jī)器人供電方法，其中控制模式包括：

32、所述功率調(diào)節(jié)模式通過檢測電流互感器電流值，解析系統(tǒng)無功、有功和諧波情況，通過調(diào)節(jié)進(jìn)線變流器和出線變流器，進(jìn)行無功目標(biāo)、有功目標(biāo)和諧波目標(biāo)的設(shè)置；

33、所述無功模式通過檢測電流互感器電流值，解析無功和諧波情況，通過調(diào)節(jié)進(jìn)線變流器進(jìn)行無功目標(biāo)和諧波目標(biāo)的設(shè)置；

34、所述軟啟動模式通過進(jìn)線變流器穩(wěn)定直流母線電壓，出線變流器跟隨公共供電連接母線點(diǎn)的電壓幅值、相位和頻率，將輸出電壓從0在設(shè)置時(shí)間內(nèi)容上升至公共供電連接母線點(diǎn)相同電壓，并發(fā)出軟啟動完成和快速投切開關(guān)合閘命令，快速投切開關(guān)完成合閘，并將第二投切開關(guān)合閘，完成后出線變流器停機(jī)，并切斷第二投切開關(guān)和快速投切開關(guān)；

35、所述軟停止模式通過進(jìn)線變流器將穩(wěn)定直流母線電壓，出線變流器將跟隨軟停止模式的電壓幅值、相位和頻率，將輸出電壓從0在設(shè)置時(shí)間內(nèi)容上升到軟停止模式的相電壓，發(fā)送快速投切開關(guān)分閘命令,快速投切開關(guān)完成分閘，出線變流器將輸出電壓在設(shè)置時(shí)間內(nèi)，降到0后，再切斷投切開關(guān)，完成后出線變流器停機(jī)。

36、本發(fā)明的有益效果為：采用功率調(diào)節(jié)器、快速投切開關(guān)、晶閘管接觸器等啟動多臺水下電機(jī)，減少設(shè)備投資及提高設(shè)備利用率；采用旁路運(yùn)行功能，降低運(yùn)行損耗，提高設(shè)備使用壽命；通過快速投切開關(guān)的一帶多控制方式，在功率調(diào)節(jié)器及快速投切開關(guān)均故障時(shí)，通過旁路開關(guān)直接啟動，不影響系統(tǒng)運(yùn)行；通過功率調(diào)節(jié)器和快速投切開關(guān)即可完成多種功能模式，以同時(shí)滿足啟動、無功補(bǔ)償、功率平衡等模式，裝置利用率高。