[发明专利]一种基于恒流供电的海底观测网主基站

说明书

本发明公开了一种基于恒流供电的海底观测网主基站，所述主基站串联在主干网海缆中；所述主基站通过海缆终端盒分别与岸基站及相邻主基站连接；所述主基站包括：水下电源和通信控制模块；所述水下电源用于将岸基站提供的恒流电源转换成主基站的供电电源和若干备份供电电源，并为通信控制模块输出直流恒压电源，还用于控制主基站的入网和离网；所述通信控制模块用于通过主控备份的方式监控主基站的内部状态，将状态信息和外接设备上传的数据发送至岸基站；还用于当内部状态出现故障时，接收岸基站的指令进行故障隔离。本发明提出的恒流供电型海底观测网主基站具有大功率和高可靠性的优点，避免了恒压供电型主基站抗海缆故障能力弱、鲁棒性不强的问题。

技术领域

本发明涉及海底观测网技术领域，具体涉及一种基于恒流供电的海底观测网主基站。

背景技术

海洋科学研究正经历由海面短暂观测到海底内部长期连续观测的变化。海底观测网是一种利用海底远程通信技术的新型海洋观测方式，其实现方式是通过海缆、海底主基站、中继器等设备向上连接岸基的供电、通信设备，向下连接各种海底观测设备，实现了对海底观测设备的高功率连续供电和观测数据的实时在线获取。海缆采用传统的单极铜导体、多芯光纤的海底通信光电复合缆，提供光纤通信和供电链路；海底主基站是电能转换、运行控制、数据通信的枢纽设备，经电能转换为海底观测设备提供所需的中低压电能，并为海底不同观测设备提供实时数据传输、精确对时、状态控制等功能。因此，海底观测网在高分辨率、实时传输、长期连续原位观测等方面与传统海洋观测手段相比具有不可比拟的优势，这将从根本上改变人类对海洋的认识。

现有高压直流输电技术分为恒压并联和恒流串联两种供电方式。已建成的海底观测网多采用恒压并联供电方式，即岸基站电源的负高压电能通过单极性海缆输出到各个海底主基站，每个海底主基站外接电极以海水为导体形成电能回路，故各主基站和海缆均需承受高电压，对海底主基站和海缆绝缘要求高，且恒压并联系统存在海缆绝缘短路故障易导致系统供电瘫痪的严重缺陷。我国浅海海域海缆人为破坏风险大，深海海域海底地震、滑坡频发，海缆短路故障几率高，鉴于海底观测网系统维护成本高昂，采用恒压供电方式对于我国建设长期业务化运行的海底观测网络将构成严峻挑战。恒流串联供电方式是岸基站电源以恒定电流通过单极性海缆输出到各个海底主基站，各海底主基站通过海缆串联连接，海缆末端连接电极或另一端岸基站电源，同样以海水为回路进行电能输送，不过随着逐个主基站的电能消耗，后端主基站和海缆的工作电压逐步降低，无须所有主基站和海缆均承受高电压。另外，恒流供电发生海缆短路故障时，系统将以短路故障点为海水回路接地点，岸基电源通过调整供电电压即可保证系统继续运行，具有天然的抵抗短路故障的能力，可有效提高系统的鲁棒性。因此，恒流串联供电方式应是我国海底观测网络供电系统设计的一种重要选择。

现有海底主基站通常不具有故障隔离功能，其功能由分支单元(BU)来实现。对于恒压供电方式的分支单元需具有三个端口，三个端口分别连接BU两端的主干海缆以及通过分支海缆连接主基站，具体故障隔离实现方式如发明专利“用于海底观测网系统的分支单元装置及海缆故障隔离方法”(201510665879.6)所述，通过调整岸基站PFE输出电压等级或电压极性使分支单元进入故障隔离工作模式，再控制内部继电器进行故障切换等操作。但恒压供电分支单元进入故障隔离模式后，海底观测网系统需彻底停机，待完成故障隔离后系统可正常供电后才能恢复作业，影响观测数据的连续性。恒流型分支单元需设计四个端口，其中两个连接主干海缆，剩余两个端口分别连接两根分支海缆使恒流供电主基站串联接入系统，极大地增加了施工难度；如不采用双分支海缆结构即意味着分支海缆为“一进一出”的双层铜导体海缆，日本DONET海底地震监测系统(主基站功率较小，不大于500W)所采用的双极性海缆最高工作电压为5kV，但对于大型综合性海底观测网，由于接入设备众多，所需功率较高(数十kW)，双极性海缆的耐压值应为10kV以上，大大降低了双极性海缆的可靠性，虽然TE SUBCOM公司提出了15kV的双极性海缆设计方案，但鉴于水下设备电缆空间狭小、高压绝缘击穿风险高，尚未见实用案例。