一种远距离海底高压直流供电系统技术方案

一种远距离海底高压直流供电系统，包括岸基电源变换设备和水下电源变换设备；所述岸基电源变换设备包括多绕组变压器和整流降压模块，所述多绕组变压器的输入端接交流电，多绕组变压器的各个二次绕组分别连接多个整流降压模块的交流输入端，各个整流降压模块的直流输出端之间串联连接，串联后形成直流电输出，与水下电源变换设备连接；所述水下电源变换设备由多个输入串联、输出并联的降压隔离模块组成；降压隔离模块的输出端连接用电负载。本实用新型专利技术具有开关频率高、软开关技术、体积小、效率高、动态响应快、恒压恒流调节、可智能适应长距离传输线缆寄生参数变化、智能化故障自动退出、自动均压均流等优点，特别适用于远距离直流输电。

【技术实现步骤摘要】
一种远距离海底高压直流供电系统
本技术涉及一种供电系统，特别是一种远距离海底高压直流供电系统。
技术介绍
传统的高压直流输电通常采用换流变压器升压，然后通过换流站整流为高压直流电压，经传输线缆输送到远端，在远端通过高压逆变器逆变为三相交流电，再经换流变压器后接入电网，这种供电常用于国家公共电网的远距离供电。对于远距离供电，由于线路本身存在阻抗，导致在输电线路上会存在一定的电压降，该压降会产生损耗，导致电能损失。因此，远距离供电通常需要将供电电压升高，采用高压输电。另外，传统方案需要配置庞大的工频隔离变压器、工频整流调压装置。其典型缺点在于工频变压器体积庞大、工频整流调压装置的动态响应速度慢，不能满足当远距离终端负载变化时需要根据负载变化情况对输出进行快速调节的要求，从而不能实现在终端负载出现故障时进行恒压恒流故障模式运行的功能，而且工频变压器噪音大。
技术实现思路
本技术的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种开关频率高，采用软开关技术，体积小，效率高，动态响应快，恒压恒流调节，可智能适应长距离传输线缆寄生参数变化、可智能化故障自动退出的远距离海底高压直流供电系统。本技术的技术方案是：一种远距离海底高压直流供电系统，包括岸基电源变换设备和水下电源变换设备；所述岸基电源变换设备包括多绕组变压器和整流降压模块，所述多绕组变压器的输入端接交流电，多绕组变压器的各个二次绕组分别连接多个整流降压模块的交流输入端，各个整流降压模块的直流输出端之间串联连接，串联后形成直流电输出，与水下电源变换设备连接；所述水下电源变换设备由多个输入串联、输出并联的降压隔离模块组成；降压隔离模块的输出端连接用电负载。上述技术方案具有以下优点：（1）将多绕组变压器的二次侧设计为多套绕组，分别与后级各整流降压模块的输入端连接，各整流降压模块的输出串联，形成高压直流电压输出，且输出电压均压；（2）各降压隔离模块输入串联，用于实现高压输入；输出并联，实现大电流输出；且各降压隔离模块具有输入串联自动均压，输出并联自动均流特性。进一步，所述多绕组变压器的各个二次绕组之间的匝数比相同。进一步，所述整流降压模块包括依次连接的滤波电路、整流电路、预充电电路、三电平斩波降压电路和第一故障旁路电路。进一步，所述预充电电路包括预充电电阻和预充电晶闸管，预充电电阻与预充电晶闸管并联连接，预充电电路与整流电路、第一三电平斩波降压电路之间串联连接。进一步，所述第一三电平斩波降压电路包括多个输入电容、多个输入电阻、开关管VT1、VT2、降压电感L1、L2、电流传感器BC1、输出电容和输出电阻；所述输入电容与电阻并联连接；开关管VT1和开关管VT2均包括两个相连接的开关管，开关管VT1的一端连接输入电容的一端，开关管VT1的另一端连接开关管VT2的一端，开关管VT2的另一端连接输入电容的另一端；且开关管VT1与其中一组输入电容和输入电阻组成并联电路，开关管VT2与其中一组输入电容和输入电阻组成并联电路；降压电感L1的一端连接于开关管VT1的两个开关管之间，降压电感L2的一端连接于开关管VT2的两个开关管之间；降压电感L1的另一端连接电流传感器BC1的一端；电流传感器BC1的另一端与降压电感L2的另一端之间连接输出电容和输出电阻的并联电路。进一步，所述第一故障旁路电路为旁路二极管，旁路二极管的正极连接第一三电平斩波降压电路电压输出端的负极，旁路二极管D1的负极连接第一三电平斩波降压电路电压输出端的正极。进一步，所述降压隔离模块包括依次连接的滤波电路、第二故障旁路电路、第二三电平斩波降压电路和软开关谐振高频隔离电路。进一步，所述第二故障旁路电路包括开关管VT3和电阻，开关管VT3与电阻串联，该串联电路的两端连接于滤波电路与第二三电平斩波降压电路之间。进一步，所述软开关谐振高频隔离电路包括开关管VT6、电阻、电容Cr1、电流互感器TA1、谐振高频变压器T1、高频整流模块、输出电容和电流传感器；所述开关管VT6与第二三电平斩波降压电路并联连接；开关管VT6包括两个相连接的开关管，电容Cr1的一端连接于开关管VT6的两个开关管之间；电容Cr1的另一端连接谐振高频变压器T1的原边侧一端；电流互感器TA1的一端连接开关管VT6，电流互感器TA1的另一端连接谐振高频变压器T1的原边侧另一端；谐振高频变压器T1的副边侧连接整流模块；整流模块、输出电容、电阻之间并联连接，该并联电路与用电负载之间设有电流传感器BC3。进一步，所述各个整流降压模块的结构相同，各个降压隔离模块的结构也相同。本技术的有益效果：（1）岸基电源变换设备完成隔离升压+整流稳压的功能：其将输入的交流电压通过多绕组变压器升压到较高的电压，然后经数个输出串联的整流降压模块输出高压直流电压；（2）水下电源变换设备由包含数个输入串联、输出并联的斩降压隔离模块组成，实现将来自岸基电源变换设备的高压直流电压隔离变换为较低的直流电压输出，给用电负载供电；（3）本技术相对于工频方案，具有如下突出优点：a.高频化，小体积：海底用电设备的体积设置紧凑，而工频隔离方案由于工作频率低，体积大，不能适用于海底用电设备小体积的要求；b.快速动态响应特性：采用高频控制技术，可以对用电负载的变化进行快速响应，维持负载端的输出电压恒定；而传统的工频隔离方案动态响应慢，不能对用电负载的变化进行快速响应；c.低损耗，高效率：采用软开关技术，系统效率达到95%以上，优于工频供电系统；d.在各种异常情况下，岸基电源可以进行恒压，恒流保护输出，可靠性高；e.本供电系统冗余度高，在单个模块故障时可以自动退出，不影响系统供电；f.采用自动均压、均流控制技术，保证串联应用的均压特性和并联应用的均流特性；g.岸基电源变换设备采用自适应的闭环控制算法，可智能适应长距离传输线缆寄生参数变化，在各种工况下保持输出高压稳定。附图说明图1是本技术实施例的结构示意图；图2是本技术实施例岸基电源变换设备的结构示意图；图3是本技术实施例水下电源变换设备的结构示意图。具体实施方式以下将结合说明书附图和具体实施例对本技术做进一步详细说明。一种远距离海底高压直流供电系统，包括岸基电源变换设备和水下电源变换设备。其中，岸基电源变换设备将三相交流输入电压隔离变换为高压直流电压通过海缆输送至水下电源变换设备。水下电源变换设备通过三电平斩波降压电路和软开关谐振高频隔离电路后变换为直流负载需要的低压直流电压，输出电压可以根据负载需求智能化调节。各个串并联的子模块都是完全相同的模块，并且具有故障时自动退出的典型功能特征，该功能特征可以满足当其中一个子模块或多个子模块出现故障时不影响剩余正常模块的继续运行，有效的解决了传统多模块串联应用时，当一个子模块出现故障导致系统停止运行的问题，保证了供电的可靠性和持续性。下面为本技术岸基电源变换设备的一个优选实施方式：如图1和图2所示：岸基电源变换设备为高压直流电源变换设备，用于完成隔离和整流升压的功能。岸基电源变换设备包括三相多绕组变压器和整流降压模块。本实施例中，三相多绕组变压器包括一次绕组和八个二次绕组，一次绕组的输入端连接三相交流电，八个二次绕组分别连接八个整流降压模块UP1~UP8。通过将三相多绕组变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种远距离海底高压直流供电系统，其特征在于，包括岸基电源变换设备和水下电源变换设备；所述岸基电源变换设备包括多绕组变压器和整流降压模块，所述多绕组变压器的输入端接交流电，多绕组变压器的各个二次绕组分别连接多个整流降压模块的交流输入端，各个整流降压模块的直流输出端之间串联连接，串联后形成直流电输出，与水下电源变换设备连接；所述水下电源变换设备由多个输入串联、输出并联的降压隔离模块组成；降压隔离模块的输出端连接用电负载。

【技术特征摘要】
1.一种远距离海底高压直流供电系统，其特征在于，包括岸基电源变换设备和水下电源变换设备；所述岸基电源变换设备包括多绕组变压器和整流降压模块，所述多绕组变压器的输入端接交流电，多绕组变压器的各个二次绕组分别连接多个整流降压模块的交流输入端，各个整流降压模块的直流输出端之间串联连接，串联后形成直流电输出，与水下电源变换设备连接；所述水下电源变换设备由多个输入串联、输出并联的降压隔离模块组成；降压隔离模块的输出端连接用电负载。2.根据权利要求1所述的远距离海底高压直流供电系统，其特征在于，所述多绕组变压器的各个二次绕组之间的匝数比相同。3.根据权利要求1所述的远距离海底高压直流供电系统，其特征在于，所述整流降压模块包括依次连接的滤波电路、整流电路、预充电电路、第一三电平斩波降压电路和第一故障旁路电路。4.根据权利要求3所述的远距离海底高压直流供电系统，其特征在于，所述预充电电路包括预充电电阻和预充电晶闸管，预充电电阻与预充电晶闸管并联连接，预充电电路与整流电路、第一三电平斩波降压电路之间串联连接。5.根据权利要求3所述的远距离海底高压直流供电系统，其特征在于，所述第一三电平斩波降压电路包括多个输入电容、多个输入电阻、开关管VT1、VT2、降压电感L1、L2、电流传感器BC1、输出电容和输出电阻；所述输入电容与电阻并联连接；开关管VT1和开关管VT2均包括两个相连接的开关管，开关管VT1的一端连接输入电容的一端，开关管VT1的另一端连接开关管VT2的一端，开关管VT2的另一端连接输入电容的另一端；且开关管VT1与其中一组输入电容和输入电阻组成并联电路，开关管VT2与其中一组输入电容和输入电阻组成并联电路；降压电感L1的一端连接于开关管VT1的两个开关管之间，降压电感L2的一端连接于开关管VT2的两个开...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄柱，舒均庆，王颖曜，杨斌，
申请(专利权)人：长沙广义变流技术有限公司，
类型：新型
国别省市：湖南,43