[发明专利]功率无级调控的恒流电能变换系统

说明书

本发明公开了一种功率无级调控的恒流电能变换系统，包括恒流电源、外部负载、第一DC/DC变换器、功率平衡器、第二DC/DC变换器、AD采样电路、微控制器、驱动电路，首先设定功率裕度为某一合理值，然后通过AD采样电路获得输出电压Vo并传入微控制器，微控制器计算当前输出总功率和当前外部负载功率，根据当前外部负载功率与设定功率裕度值之和得出目标总功率，从而计算出目标电压值，根据目标电压值与当前电压值之差通过一定的算法(如PID算法)计算控制信号的占空比，并输出给平衡负载器，使其耗散的功率为所设定的功率裕度大小，从而减小平衡负载的耗散功率，达到能量利用率高的效果。

技术领域

本发明属于电力系统领域，具体涉及一种功率无级调控的恒流电能变换系统。

背景技术

海洋在全球气候变迁、生态循环、物种繁衍、人类进化等方面均有举足轻重的作用，同时海洋还蕴含着丰富的矿产资源和生物资源。海洋探测对于人类深入了解海洋，探索生物起源，维持生态良性发展，预测自然灾害，勘探海洋资源具有重要意义。随着海洋科学技术的发展，海洋观测手段日益完善，观测范围也从海面，延伸到海洋中，直至海底。海洋科学家和工程师们能够通过科考船，大洋钻探，载人深潜器，无人自制机器人，远程遥控机器人和水下滑翔机以及种类繁多的离线式科学仪器等工具来进行海洋探测，并通过上述手段取得了一系列令人可喜的成果，推动海洋探索取得巨大的研究进展。然而，上述研究方法都是基于离线式的，在海洋观测中受到能量供应和信息回收的限制。利用全新的思路来设计全新的海洋探测系统，使得探测系统能够摆脱船时与舱位、天气和数据延迟等种种局限，连续长期的工作并能够实时的传输数据，真正意义上的第三个地球观测平台—海底观测系统—应运而生。

海底观测网因其长期、连续、实时和原位的观测方式，以及其强大的电能供给能力和超高的数据通讯带宽成为从上世界末以来海洋观测的研究热点，可实现从海底直接对深海大洋特定区域的物理、化学、生物和地质等过程的高分辨率的原位实时观测。根据网络功能的需要，将一组不同功能的科学仪器通过水下湿插拔接头连接到节点接驳盒上构成一个个局部的观测系统。接驳盒是缆系海底观测网络中的观测节点，其基本功能是电能变换和分配以及信息转换和传输。接驳盒节点将骨干光电复合缆中输入的电能进行变换，并分配给需求不同的科学仪器使用。同时，接驳盒将岸基站传来的控制信号发送给连接在其上的各科学仪器，并将各传感器采集到的数据进行打包发送给岸基站数据管理系统。

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，由于恒流输电网络自身的不稳定性，以及超长的海缆所带来的电路动态响应性能差的问题，海底观测节点提供的功率不能根据负载功率的改变而及时调节。因此现有的恒流观测网络(ACO)全部利用平衡负载来耗散剩余的输出功率，达到负载功率与平衡负载耗散的功率之和为一个定值，当负载功率消耗比较小时，平衡负载就需要耗散很大的功率，不仅会造成能量利用率低，而且也要对整个装置的散热环境有很高的要求。

公开号为CN107370144A的专利申请提出了一种负载自适应恒流海底观测供电系统，该方案通过直接对“DC/DC模块”的切入/切出来调整节点的总输出功率。但是，该方案有诸多缺陷：只能通过预估负载的功率大小手动切入和切出“DC/DC模块”；“DC/DC模块”的输出端维持电压不变，因为“DC/DC模块”为恒流转恒流，电流也为确定值，所以输出功率是保持不变的，当负载功率确定后，平衡负载所耗散的功率也就不会改变，这样就会导致平衡负载需要一直耗散较大功率，来维持系统的稳定。长时间下去，会耗散掉大量的能量，使能量利用率大大下降，同时系统内部温度也会升高，影响系统内部稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种功率无级调控的恒流电能变换系统，通过自动控制功率平衡器的消耗功率等于预设的功率裕度，从而减小平衡负载的耗散功率，达到能量利用率高的效果。

为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种功率无级调控的恒流电能变换系统，包括：