基于多节点海底观测网络的单极负高压直流变换系统技术方案

本发明专利技术公开的基于多节点海底观测网络的单极负高压直流变换系统，包括岸基站供电电源、电能传输海缆、N个将传输海缆上的电能分支输出的海缆分支节点，N≥2、负压自启动电路、辅助电源、串并联电压转换模块电路、驱动电路、PWM控制器、采样电路和反馈回路。岸基站的高压供电设备通过电能传输海缆与海水形成回路，将高压电传输至网络节点。系统采用多模块串并联组合的方式，将高压输出平均分摊至多组电压转换模块上，可以降低每个电压转换模块所承受的电压，提高模块组件的可靠性，具有高可靠性、导通损耗低、结构紧凑等优点，适用于多节点树形缆系海底观测网络中的高中压转换，为海底观测网络中接驳平台和仪器设备提供所需的电力。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开的基于多节点海底观测网络的单极负高压直流变换系统，包括岸基站供电电源、电能传输海缆、N个将传输海缆上的电能分支输出的海缆分支节点，N≥2、负压自启动电路、辅助电源、串并联电压转换模块电路、驱动电路、PWM控制器、采样电路和反馈回路。岸基站的高压供电设备通过电能传输海缆与海水形成回路，将高压电传输至网络节点。系统采用多模块串并联组合的方式，将高压输出平均分摊至多组电压转换模块上，可以降低每个电压转换模块所承受的电压，提高模块组件的可靠性，具有高可靠性、导通损耗低、结构紧凑等优点，适用于多节点树形缆系海底观测网络中的高中压转换，为海底观测网络中接驳平台和仪器设备提供所需的电力。【专利说明】基于多节点海底观测网络的单极负高压直流变换系统
本专利技术涉及一种基于多节点海底观测网络的单极负高压直流变换系统，适用于多节点树形缆系海底观测网络中的高中压转换，将岸基站供电设备提供的负高压转换为中压电，为海底观测网络中接驳平台和仪器设备提供所需的电力。 技术背景 传统的海底观测网络的搭建，对于海底接驳平台和仪器设备的电能供给，采用双极正高压直流传输方式。海底接驳平台中的高中压转换系统采用正高压直流变换系统，此种方式供电大大增加了海底接驳平台和仪器设备的供电成本。依靠海水形成回路的单极电能传输方式，慢慢取代传统的双极电能传输方式。然而，由于海水中阳极电极的电解与腐蚀，导致单极正高压直流传输方式将极大增加观测网后期的维护费用。传统的正高压直流变换系统已经不适用于新型的树形缆系多节点海底观测网络平台设备的电能变换，因此，开发能够进行负高压直流电能变换，并且体积小，模块可以根据需要进行修改的电压变换系统就显得意义重大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种适用于树形缆系多节点海底观测网络的单极负高压直流电能变换系统，为海底观测网络水下接驳平台和科学探测仪器提供长时可靠的电能供给，以提升海洋观测的实时性、长期性、宽范围以及原位性。 本专利技术的基于多节点海底观测网络的单极负高压直流变换系统，包括岸基站供电电源、电能传输海缆、N个将传输海缆上的电能分支输出的海缆分支节点，N > 2、负压自启动电路、辅助电源、串并联电压转换模块电路、驱动电路、PWM控制器、采样电路和反馈回路，岸基站供电电源正电源输出端接地，负电源输出端与电能传输海缆的电能输入端连接，电能传输海缆的电能输出端分别与N个海缆分支节点的输入端相连，每个海缆分支节点分两路输出，其一路输出端与负压自启动电路的输入端相连，另一路输出端与串并联电压转换模块电路的一个输入端相连，负压自启动电路的输出端与辅助电源的一个输入端相连，串并联电压转换模块电路的一个输出端与辅助电源的另一个输入端相连，串并联电压转换模块电路的第二个输出端与采样电路的输入端相连接，串并联电压转换模块电路的第三个输出端与反馈回路的输入端相连，反馈回路的输出端与PWM控制器的一个输入端相连接，PWM控制器的另一个输入端与辅助电源的一个输出端相连，辅助电源的另一个输出端与驱动电路的一个输入端相连，驱动电路的另一个输入端与PWM控制器的输出端相连接，驱动电路的输出端与串并联电压转换模块电路的另一个输入端相连。 本专利技术中，所述的串并联电压转换模块电路是由六个将岸基供电电源电压转换成所需电压的一级模块电路组成，六个一级模块电路的输入端串联，输出端并联，每个一级模块电路由八个二级模块电路组成，八个二级模块电路的输入端串联，输出端串联。 通常将负压自启动电路、辅助电源、串并联电压转换模块、驱动电路、PWM控制器、采样电路和反馈回路密封于钛合金密闭腔体内，作为多节点海底观测网络其中一个节点内部的高压转中压直流电能变换系统，为该节点后续平台和仪器设备提供所需电能。在钛合金腔体内充填硅油，以提升系统的散热能力，延长系统使用寿命。 ~个海缆分支节点输出端分别连接如同上述内部构成相同的钛合金密闭腔体，可形成树形缆系多节点海底观测网络的单极负高压直流电能变换系统。 本专利技术的有益效果是:岸基站的高压供电设备通过电能传输海缆，与海水形成回路，将高压电传输至网络节点，本专利技术的基于多节点海底观测网络的单极负高压直流变换系统一方面解决了海底观测网络单极负高压传输的直流电能变换问题，另一方面采用多模块串并联设计，将高压输出平均分摊至多组电压转换模块上，可以降低每个电压转换模块所承受的电压，提高模块组件的可靠性，具有高可靠性、导通损耗低、结构紧凑等优点，且模块化的设计节约成本、缩短研发周期，同时通过改变二级模块电路的输入电压和输出电压，可以满足不同的电能变换需求。 本专利技术的基于多节点海底观测网络的单极负高压直流变换系统在复杂多变的海洋环境下，系统具有较高的负载特性，在湿插拔科学探测仪器造成的负载突变，在高响应速度下，不会使中压输出产生较大波动，提高了系统稳定性。 【专利附图】【附图说明】 图1为基于多节点海底观测网络的单极负高压直流变换系统原理图；图2为串并联电压转换模块电路连接示意图；图3为串并联电压转换模块电路中的二级模块电路原理图。 【具体实施方式】 以下结合附图对本专利技术进行详细说明。 参照附图1，本专利技术的基于海底观测网络的负高压直流变换系统包括:岸基站供电电源1、电能传输海缆2、~个将传输海缆上的电能分支输出的海缆分支节点3，~ ? 2、负压自启动电路4、辅助电源5、串并联电压转换模块电路6、驱动电路7、？丽控制器8、采样电路9和反馈回路10，岸基站供电电源正电源输出端接地，负电源输出端与电能传输海缆2的电能输入端连接，电能传输海缆2的电能输出端分别与~个海缆分支节点3的输入端相连，每个海缆分支节点3分两路输出，其一路输出端与负压自启动电路4的输入端相连，另一路输出端与串并联电压转换模块电路6的一个输入端相连,负压自启动电路4的输出端与辅助电源5的一个输入端相连，串并联电压转换模块电路6的一个输出端与辅助电源5的另一个输入端相连，串并联电压转换模块电路6的第二个输出端与采样电路9的输入端相连接，串并联电压转换模块电路6的第三个输出端与反馈回路10的输入端相连，反馈回路10的输出端与？丽控制器8的一个输入端相连接，？丽控制器8的另一个输入端与辅助电源5的一个输出端相连，辅助电源5的另一个输出端与驱动电路7的一个输入端相连,驱动电路7的另一个输入端与？II控制器8的输出端相连接，驱动电路7的输出端与串并联电压转换模块电路6的另一个输入端相连。 本专利技术的基于多节点海底观测网络的单极负高压直流变换系统，其工作流程为:岸基站供电电源启动，开始输出负高压(例如电压),经过电能传输海缆，传输至各海缆分支节点，每个海缆分支节点内电能被分别输送至负压自启动电路和串并联电压转换模块电路，负压自启动电路启动并为辅助电源提供首次供电，辅助电源为驱动电路和控制器提供合适工作电压，同时？丽控制器产生？丽信号控制驱动电路发出驱动信号，驱动信号控制串并联电压转换模块电路的每个二级模块电路中的开关管通断，由此将海缆分支节点输送至串并联电压转换模块电路的高压电转变为中压电，串并联电压转换模块电路输出的中压电分三路，其中第一路输出的中压电为辅助电源供电，此时负压自启动电路停止工作；第二路输出的中本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于多节点海底观测网络的单极负高压直流变换系统，其特征是包括岸基站供电电源（1）、电能传输海缆（2）、N个将传输海缆上的电能分支输出的海缆分支节点（3），N≥2、负压自启动电路（4）、辅助电源（5）、串并联电压转换模块电路（6）、驱动电路（7）、PWM控制器（8）、采样电路（9）和反馈回路（10），岸基站供电电源正电源输出端接地，负电源输出端与电能传输海缆（2）的电能输入端连接，电能传输海缆（2）的电能输出端分别与N个海缆分支节点（3）的输入端相连，每个海缆分支节点（3）分两路输出，其一路输出端与负压自启动电路（4）的输入端相连，另一路输出端与串并联电压转换模块电路（6）的一个输入端相连，负压自启动电路（4）的输出端与辅助电源（5）的一个输入端相连，串并联电压转换模块电路（6）的一个输出端与辅助电源（5）的另一个输入端相连，串并联电压转换模块电路（6）的第二个输出端与采样电路（9）的输入端相连接，串并联电压转换模块电路（6）的第三个输出端与反馈回路（10）的输入端相连，反馈回路（10）的输出端与PWM控制器（8）的一个输入端相连接，PWM控制器（8）的另一个输入端与辅助电源（5）的一个输出端相连，辅助电源（5）的另一个输出端与驱动电路（7）的一个输入端相连，驱动电路（7）的另一个输入端与PWM控制器（8）的输出端相连接，驱动电路（7）的输出端与串并联电压转换模块电路（6）的另一个输入端相连。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李德骏，王俊，王晨，谢尚祥，杨灿军，金波，陈燕虎，张峰，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33