[发明专利]一种负载自适应海底观测网恒流供电系统

说明书

技术领域

本发明属于海洋探测领域，具体涉及一种负载自适应管理海底观测网恒流供电系统。

背景技术

恒流输电缆系海底观测网是海底观测网络的重要选择之一，主要是由于该恒流输电缆系海底观测网具有抵抗输电缆短路故障能力强、可靠性高、鲁棒性好、故障点定位简单可靠、以及恒流中继器供电方案成熟可靠等优点。

由于几乎所有的科学仪器都采用恒压供电，因此，在使用恒流输电系统时，需要设计功率平衡器以获得稳定的恒压输出。当所接负载为轻载或者空载时，海底观测网恒流恒压电能变换系统输出电能绝大部分需要功率平衡器消耗。观测网能量利用率低，功率平衡器发热严重，不利于长期工作。

美国于1997年建设的Hawaii Undersea Geo-Observatory(HUGO)海底观测网采用直流恒流输电方式，利用DC/DC开关电源的负阻特性，将电能系统调整为恒功率输出模式，多余能量通过热耗散消耗，导致系统的效率低下、浪费能源。

发明内容

针对恒流输电缆系海底观测网的上述缺陷，本发明提出了一种负载自适应海底观测网恒流供电系统，该系统根据所接负载大小，实现输入电能的自主控制管理，提高整个恒流供电系统能量率，改善接驳盒腔内温升特性，延长恒流供电系统使用寿命。

本发明的技术方案为：

一种负载自适应海底观测网恒流供电系统，包括：

恒流电源；

负载；

与所述负载并联、且能根据所接负载大小调节自身大小的功率平衡器；以及，

根据所述负载的电流、所述功率平衡器的电流自适应控制所述恒流供电系统输出电压的电源管理电路。

作为优选，所述电源管理电路包括：输入端并联的n个DC/DC模块；与每个DC/DC模块对应连接，且用于控制该DC/DC模块切出/接入的开关；以及与所述开关连接的监测控制器，用于根据监测得到的负载电流、功率平衡器电流控制所述开关闭合/断开。

作为优选，所述监测控制器还监测是否有负载接入到所述恒流供电系统的指令。

所述监测控制器实时监测负载电流I_L与功率平衡器电流I_B，并根据电流I_L与I_B的大小控制开关的闭合/断开，自适应控制DC/DC模块的工作数量，进而实时调整恒流供电系统的输入功率，从而减少功率平衡器功耗，提升恒流供电系统电能使用效率，降低功率平衡器温升。

可调功率平衡器与电源管理电路中的DC/DC模块配合，使输出端电压恒定，能够实现恒流输入、恒压输出。

所述负载自适应海底观测网恒流供电系统的工作过程为：

(1)系统启动，所有开关都断开，n个DC/DC模块全都接入系统中，处于工作状态；

(2)监测控制器实时监测系统总输出电流I₀、负载电流I_L以及功率平衡器电流I_B；

(3)监测控制器判断是否有负载接入指令，若否，执行步骤(4)和步骤(6)，若是，执行步骤(5)和步骤(6)；

(4)监测控制器根据总输出电流I₀、负载电流I_L的大小关系，控制相应的开关置位；

(5)监测控制器根据所有开关当前所处的状态，控制相应的开关复位，然后负载接入；

(6)系统正常运行，并跳转执行步骤(2)。

所述步骤(4)的具体过程为：

(4-1)判断I_L≤a₁I₀是否成立，若是，置位开关S₂、S₃、…、S_n；若否，执行步骤(4-2)；

(4-2)判断a₁I₀≤I_L≤a₂I₀是否成立，若是，置位开关S₃、S₄、…、S_n；若否，执行步骤(4-3)；

(4-3)判断a₂I₀≤I_L≤a₃I₀是否成立，若是，置位开关S₄、S₅、…、S_n；若否，执行步骤(4-4)；