一种海底观测网次级接驳盒的电能分配系统和海底观测电网系统技术方案

本发明专利技术公开了一种海底观测网次级接驳盒的电能分配系统，包括：恒压电源；多个电压转换模块，与恒压电源连接，受控制模块控制将高电压转换为低电压输出至各输出支路；多个功率重构电路，每个功率重构电路并联于每2条功率输出支路上，受控制模块控制，使至少包括2条功率输出支路的每组功率输出支路输出不同规格的功率；多个电压重构电路，每个电压重构电路串联于每2条电压输出支路上，受控制模块控制，使至少包括2条电压输出支路的每组电压输出支路输出不同规格的电压；控制模块，由多个I/O模块组成，单个I/O模块分别用于模拟信号的采集、功率重构电路和电压重构电路的控制信号的输出、以及串口数据的传输。

【技术实现步骤摘要】
一种海底观测网次级接驳盒的电能分配系统和海底观测电网系统
本专利技术属于海洋探测领域，具体涉及一种海底观测网次级接驳盒的电能分配系统，该电能分配系统基于可重构技术可实现多种电压或电能输出，还涉及一种包含该次级接驳盒的电能分配系统的海底观测电网系统。
技术介绍
可重构概念最早诞生于电子硬件领域，由美国加利福尼亚大学的GeraidEstrin提出。可重构系统是要在不改变系统功能的情况下，对系统的内部拓扑结构进行重新调整，重构的最直接目的在于改进系统的内部架构，以适应需求的变化，最大限度地发挥系统功能，延长系统的生命周期。可重构系统具有巨大的优点，包括以下几个方面：(1)多功能性：通过重新组织模块的连接方式，可适应不同的环境和任务；(2)适应性：可根据环境任务的变动实时调整模块的连接关系；(3)鲁棒性：系统内部模块具有等价互换性，个别模块的损坏不会影响整体的正常功能；(4)可扩展性：可通过增加或减少模块来改变系统的规模。因此，可重构系统的容错性及自修复性等优良特性使其可以应用于比较恶劣的工作环境中，比如在航空航天领域中处于太空中的卫星，电子元器件可能由于宇宙射线的攻击而损坏，导致不能正常工作，采用人工维修几乎不可能，而可重构器件在这方面显示出它的巨大优势。海洋探测领域中，利用铠装海缆将高压直流电能传输到深海，在海底将高压电变换成低压电能以供海洋观测仪器使用的海底观测网已经成为当前海洋观测的一种革命性手段。现有的海底观测网络已经能够将岸站10kW电能通过主级接驳盒系统和次级接驳盒电能分配系统稳定传输至下端科学设备，以实现观测网络的各种基本功能。但是次级接驳盒电能分配系统具有一定的局限性和不稳定性，具体表现为：次级接驳盒电能分配系统将主级接驳盒传输过来的电能分为相互独立的8路输出，每一路提供最大200W电能。在实际应用中，8路输出常常使用2至3路，其他几路悬空，会造成某一确定输出支路电能负担过大，加速电子器件的老化，导致该输出支路发生故障的可能性大大提高。再者，由于8路输出支路相互独立，当某一输出支路发生故障时，这一路的科学设备得不到电能供给，无法正常工作，若要切换输出支路不仅仅要花费大量的人力物力财力，更为严重的是在某一时间段内由于科学设备无法正常工作，海底观测网络无法准确及时地完成观测、监控等功能。此外，海底科学设备也会越来越丰富多样，输出支路固定的200W电能可能会无法满足一些大功率科学设备。
技术实现思路
鉴于上述，为解决海底观测网次级接驳盒输出端支路单一、不可控的问题，本专利技术提出了一种海底观测网次级接驳盒的电能分配系统，该电能分配系统能够应需改变次级接驳盒电能输出拓扑，提高电能分配系统的工作效率和寿命，还提供了一种包含该次级接驳盒的电能分配系统的海底观测电网系统。本专利技术提供的技术方案为：一种海底观测网次级接驳盒的电能分配系统，包括：恒压电源；多个电压转换模块，与所述恒压电源连接，受控制模块控制将高电压转换为低电压输出至各输出支路；多个功率重构电路，每个功率重构电路并联于每2条功率输出支路上，受控制模块控制，使至少包括2条功率输出支路的每组功率输出支路输出不同规格的功率；多个电压重构电路，每个电压重构电路串联于每2条电压输出支路上，受控制模块控制，使至少包括2条电压输出支路的每组电压输出支路输出不同规格的电压；控制模块，由多个I/O模块组成，单个I/O模块分别用于模拟信号的采集、功率重构电路和电压重构电路的控制信号的输出、以及串口数据的传输。本专利技术提供的电能分配系统是一种闭环开关电源，多个功率重构电路受控制模块控制，使得每组输出支路输出不同规格功率和电压，以满足各种海底观测设备的使用，同时，也能够避免每个输出支路电能负担过大，提高次级接驳盒电能分配系统的稳定性。优选地，所述电压转换模块包括：电压转换使能模块，受控制模块触发控制DC/DC转换器将高电压转换为低电压；DC/DC转换器，与恒压电源连接，受所述电压转换使能模块控制将所述恒压电源输出的高电压转化为低电压后，输出至与DC/DC转换器对应的电压输出支路或功率输出支路。具体地，每个电压转换模块设置在恒压电源的一条输出支路上，包括一个电压转换使能模块和一个DC/DC转换器，即一个电压转换使能模块控制一个DC/DC转换器，将高电压转换为固定的低电压后输出。为了更好地控制每条功率输出支路和电压输出支路的输出规格，每2条功率输出支路组成一组功率输出支路，每组功率输出支路受功率重构电路控制，输出不同规格的功率。同样，每2条电压输出支路组成一组电压输出支路，每组电压输出支路受电压重构电路控制，输出不同规格的电压。为了使上述电能分配系统输出不同规格的功率和电压，以满足不同海洋观测设备的需求。在上述电能分配系统中包括功率重构电路和电压重构电路，具体地，每个功率重构电路包括双刀双掷继电器，受所述控制模块控制通断，该双刀双掷继电器链接2条功率输出支路的正极，形成第一支路，同时连接2条功率输出支路的负极，形成第二支路，第一支路上还串联有短路保护电路，第二支路上串联有电流采集电路，任意一条功率输出支路上还并联有电压采集电路。每个电压重构电路包括串联连接的电流采集电路、短路保护电路以及单刀双掷继电器，所述单刀双掷继电器受所述控制模块控制通断，电流采集电路的一端与第一条电压输出支路的负极相连，单刀双掷继电器的双掷端分别与第一条电压输出支路的负极和第二条电压输出支路的正极相连，第一条电压输出支路还并联有电压采集电路。具体地，所述控制模块包括：ADAM4571模块，是RS-232/422/485和以太网接口之间的端口服务器，用于传输串口数据至以太网环境中；ADAM4017P模块，用于采集电压信号、电流信号以及温度信号；ADAM4055模块，用于控制双刀双掷继电器和单刀双掷继电器的通断。通过这三个I/O模块构成的控制模块能够对次级接驳盒内部状态进行实时监测，并将采集数据实时地传输至岸基上位机，还能够控制每条输出支路输出不同规格的电压和功率，对外部负载实现水下接驳。优选地，所述电能分配系统的恒压电源为375V电压，每个功率输出支路输出200W、400W、600W或800W功率，每个电压输出支路输出48V、96V、144V或192V电压。这四种规格的电压和功率能够满足大部分海洋观测设备的电能需求。一种海底观测电网系统，包括多个岸基站，连接于岸基站的复合缆以及接于复合缆上的主级接驳盒系统，还包括上述的海底观测网次级接驳盒的电能分配系统，该电能分配系统的恒压电源为主级接驳盒系统的输出。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果为：本专利技术将电能分配可重构系统应用于海底观测网次级接驳盒中，对其硬件层和软件层进行了设计，实现了功率阵列、电流均分、电压重构等各项功能，并提高电能分配系统的工作效率和寿命。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1是实施例提供的海底观测网次级接驳盒的电能分配系统的结构示意图；图2是实施例提供的包含4路功率输出支路的次级接驳盒结构示意图；图3是实施例提供的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海底观测网次级接驳盒的电能分配系统，其特征在于，包括：恒压电源；多个电压转换模块，与所述恒压电源连接，受控制模块控制将高电压转换为低电压输出至各输出支路；多个功率重构电路，每个功率重构电路并联于每2条功率输出支路上，受控制模块控制，使至少包括2条功率输出支路的每组功率输出支路输出不同规格的功率；多个电压重构电路，每个电压重构电路串联于每2条电压输出支路上，受控制模块控制，使至少包括2条电压输出支路的每组电压输出支路输出不同规格的电压；控制模块，由多个I/O模块组成，单个I/O模块分别用于模拟信号的采集、功率重构电路和电压重构电路的控制信号的输出、以及串口数据的传输。

【技术特征摘要】
1.一种海底观测网次级接驳盒的电能分配系统，其特征在于，包括：恒压电源；多个电压转换模块，与所述恒压电源连接，受控制模块控制将高电压转换为低电压输出至各输出支路；多个功率重构电路，每个功率重构电路并联于每2条功率输出支路上，受控制模块控制，使至少包括2条功率输出支路的每组功率输出支路输出不同规格的功率；多个电压重构电路，每个电压重构电路串联于每2条电压输出支路上，受控制模块控制，使至少包括2条电压输出支路的每组电压输出支路输出不同规格的电压；控制模块，由多个I/O模块组成，单个I/O模块分别用于模拟信号的采集、功率重构电路和电压重构电路的控制信号的输出、以及串口数据的传输。2.如权利要求1所述的海底观测网次级接驳盒的电能分配系统，其特征在于，所述电压转换模块包括：电压转换使能模块，受控制模块触发控制DC/DC转换器将高电压转换为低电压；DC/DC转换器，与恒压电源连接，受所述电压转换使能模块控制将所述恒压电源输出的高电压转化为低电压后，输出至与DC/DC转换器对应的电压输出支路或功率输出支路。3.如权利要求2所述的海底观测网次级接驳盒的电能分配系统，其特征在于，一个电压转换使能模块控制一个DC/DC转换器。4.如权利要求1所述的海底观测网次级接驳盒的电能分配系统，其特征在于，每个功率重构电路包括双刀双掷继电器，受所述控制模块控制通断，该双刀双掷继电器链接2条功率输出支路的正极，形成第一支路，同时连接2条功率输出支路的负极，形成第二支路...

【专利技术属性】
技术研发人员：李德骏，肖洒，施斌政，杨灿军，金波，陈燕虎，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33