[发明专利]节点总输出功率稳定调整的缆系海底观测网恒流供电系统

说明书

本发明公开了节点总输出功率稳定调整的缆系海底观测网恒流供电系统，包括：恒流电源；外负载；DC/DC模块，DC/DC‑1—DC/DC‑n；还包括：分别与DC/DC‑1—DC/DC‑n输入侧并联的开关K₁₁—K_n1；分别与DC/DC‑1—DC/DC‑n输出侧并联、可以根据负载大小自动调整、等效阻值可调范围为从某一定值到无穷大、且等效阻值可以被外部信号固定的功率平衡器；一侧与输出电压线相连，另一侧与DC/DC‑2—DC/DC‑n输出侧高电压相连的开关K₂₂—K_n2；流经其的电流可调，范围为0A到DC/DC模块最大输出电流的电流可控负载；一侧与电流可控负载输入端连接，另一侧分别与DC/DC‑1—DC/DC‑n输出侧高电压线连接的开关K₁₃—K_n3；本发明保证了恒流观测网能量利用率，也保证系统的稳定性和可靠性。

技术领域

本发明属于海洋探测领域，具体涉及节点总输出功率稳定调整的缆系海底观测网恒流供电系统。

背景技术

传统的海洋观测方式主要是船基考察，但受制于船时和天气等因素，船基考察只能是断断续续或者零零散散的。卫星遥测遥感对地观测系统实现了对地面和海面观测的长期性与连续性，但无法穿透巨厚的海水直接观测深海海底。通过船只布放的自容式或锚系式的着底器只能支持少量海底设备的短期供电，无法实时传输数据，还需要较为频繁的定期维护。各类水下运载器是深海环境探测的有力工具，能够揭示深海大洋的多样性和复杂性，但由于仍然是依靠自带的电池供电，无法长期蹲守深海。针对长期、原位、实时和高分辨率观测的科学需求，缆系海底科学观测网(以下简称“观测网”)将成为海洋学研究的一个重要工具。

观测网是能够长期持续提供电力和通信服务的海底科学基础设施，通过光电复合通信海缆将电力系统和通信系统直接从陆地延伸到海底，从而解决大量原位观测设备在海底长期运行面临的持续电能供给和海量数据传输两大难题，可实现从海底直接对深海大洋特定区域的物理、化学、生物和地质等过程进行高分辨率的原位实时观测。观测网既能向下观测海底以下的海洋，又可通过锚系向上观测大洋水层，还可通过水下接驳坞连接各种活动观测平台，从而摆脱了传统海洋研究方式的种种局限，使科学家可在岸上实验室里实时监测深海实验，远程监测海底风暴潮、火山喷发、地震、海啸、滑坡和赤潮等各种突发事件，从根本上改变人类认识海洋的途径。

恒流输电缆系海底观测网由于其鲁棒性强、可靠性高、故障点易诊断等优点被广泛应用于对可靠性要求很高的海底观测应用中。但是，几乎所有的科学仪器都是采用恒压供电，并且由于恒流输电网络自身的不稳定性，现有的恒流观测网络(ACO)全部利用平衡负载来实现平衡负载和科学仪器总消耗功率恒定，从而实现恒电压输出。这也就造成了系统的效率低下。

因此公开号为CN107370144 A的专利文献提出了一种负载自适应海底观测恒流供电系统，该方案通过直接对“DC/DC模块”的切入/切出从而调整节点的总输出功率。但是，该方案中直接对“DC/DC模块”进行切出/切入，有诸多缺陷：当切出(短路)“DC/DC模块”时，由于恒流源、输电海缆等因素，其余“DC/DC模块”输入电压会瞬间上升；例如，仅有两块“DC/DC模块”时，输入电压各100V，则海缆电压200V，若此时切出第二块“DC/DC模块”，原有海缆的200V电压不会瞬降，而是全部加在了第一块“DC/DC模块”上，使得第一块“DC/DC模块”承受两倍其额定工作电压，可能会造成电路永久性损坏。

同样，当切入(取消短路)“DC/DC模块”时，由于较长的海缆，其余“DC/DC模块”输入电压会瞬间下降，可能造成其余“DC/DC模块”欠压而不工作，造成系统崩溃。现有技术都是采用直接对模块进行旁路复位来减少能量损耗，但是在直接旁路过程中会对其它模块电压造成扰动，甚至造成其它模块的永久损坏；在直接复位过程中会使整个系统瞬间掉电，可能会造成系统崩溃。

发明内容