CN107370144A - 一种负载自适应海底观测网恒流供电系统 - Google Patents

一种负载自适应海底观测网恒流供电系统 Download PDF

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施斌政
杨灿军
金波
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Abstract

本发明公开了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；与所述负载并联的可调功率平衡器；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。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。

Description

一种负载自适应海底观测网恒流供电系统
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IL与功率平衡器电流IB，并根据电流IL与IB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IL以及功率平衡器电流IB；
(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IL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IL≤a1I0是否成立，若是，置位开关S2、S3、…、Sn；若否，执行步骤(4-2)；
(4-2)判断a1I0≤IL≤a2I0是否成立，若是，置位开关S3、S4、…、Sn；若否，执行步骤(4-3)；
(4-3)判断a2I0≤IL≤a3I0是否成立，若是，置位开关S4、S5、…、Sn；若否，执行步骤(4-4)；
(4-4)按照步骤(4-1)、步骤(4-2)、步骤(4-3)呈现出的规律依次进行判断总输出电流I0、负载电流IL的大小关系，并根据判断结果执行相应操作；
(4-5)判断an-2I0≤IL≤an-1I0是否成立，若是，置位开关Sn；若否，系统正常运行；
其中，0<a1<a2<…<an-2<an-1<1，a1、a2、…、an-2、an-1是控制DC/DC模块接入或切出的参数；置位开关为令开关Sn＝1，表示闭合开关，与开关对应的DC/DC模块切出系统中。
所述步骤(5)的具体过程为：
(5-1)判断开关S2＝S3＝…＝Sn-1＝Sn＝1是否成立，若是，复位开关S2，若否，执行步骤(5-2)；
(5-2)判断(S2＝0)∩(S3＝S4＝…＝Sn-1＝Sn＝1)是否成立，若是，复位开关S3，若否，执行步骤(5-3)；
(5-3)判断(S2＝S3＝0)∩(S4＝S5＝…＝Sn-1＝Sn＝1)是否成立，若是，复位开关S4，若否，执行步骤(5-4)；
(5-4)按照步骤(5-1)、步骤(5-2)、步骤(5-3)呈现出的规律依次进行判断所有开关当前所处的状态，并根据判断结果执行相应操作；
(5-5)判断(S2＝S3＝…＝Sn-1＝0)∩(Sn＝1)是否成立，若是，复位开关Sn，若否，负载接入；
其中，Sn＝0表示第n个开关Sk断开，与开关Sn对应的DC/DC模块切出系统中；Sn＝1表示k个开关Sn闭合，与开关Sn对应的DC/DC模块接入系统中；复位开关为令开关Sn＝0，表示断开开关，与开关对应的DC/DC模块接入系统中。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
本发明系统能够根据所接负载大小，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。
附图说明
图1是本发明实施例提供的负载自适应海底观测网恒流供电系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的负载自适应海底观测网恒流供电系统的工作流程图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
图1是本发明实施例提供的负载自适应海底观测网恒流供电系统的结构示意图。如图1所示，本实施例提供的负载自适应海底观测网恒流供电系统包括：1A恒流电源、负载、可调功率平衡器以及根据负载的电流、功率平衡器的电流自适应控制恒流供电系统输出电压的电源管理电路；其中，电源管理电路包括输入端并联的n个DC/DC模块；分别与DC/DC-1模块、DC/DC-2模块、……、DC/DC-n模块对应连接，且用于控制DC/DC模块切出/接入的开关S1、S2、……、Sn；以及与所有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。
在本实施例提供的负载自适应海底观测网恒流供电系统中，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。
参见图2，本实施例提供的负载自适应海底观测网恒流供电系统的工作过程为：
S01，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。
S02，监测控制器实时监测系统总输出电流I0、负载电流IL以及功率平衡器电流IB。
S03，监测控制器判断是否有负载接入指令，若否，执行S04和S06若是，执行步骤S05和S06。
S04，监测控制器根据总输出电流I0、负载电流IL的大小关系，控制相应的开关置位。
S04的具体过程为：
S04-1，判断IL≤a1I0是否成立，若是，置位开关S2、S3、…、Sn；若否，执行S04-2；
S04-2，判断a1I0≤IL≤a2I0是否成立，若是，置位开关S3、S4、…、Sn；若否，执行S04-3；
S04-3，判断a2I0≤IL≤a3I0是否成立，若是，置位开关S4、S5、…、Sn；若否，执行S04-4；
S04-4，按照S04-1、S04-2、S04-3呈现出的规律依次进行判断总输出电流I0、负载电流IL的大小关系，并根据判断结果执行相应操作；
S04-5，判断an-2I0≤IL≤an-1I0是否成立，若是，置位开关Sn；若否，系统正常运行。
S05，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。
S05的具体过程为：
S05-1，判断开关S2＝S3＝…＝Sn-1＝Sn＝1是否成立，若是，复位开关S2，若否，执行S05-2；
S05-2，判断(S2＝0)∩(S3＝S4＝…＝Sn-1＝Sn＝1)是否成立，若是，复位开关S3，若否，执行S05-3；
S05-3，判断(S2＝S3＝0)∩(S4＝S5＝…＝Sn-1＝Sn＝1)是否成立，若是，复位开关S4，若否，执行S05-4；
S05-4，按照S05-1、S05-2、S05-3呈现出的规律依次进行判断所有开关当前所处的状态，并根据判断结果执行相应操作；
S05-5，判断(S2＝S3＝…＝Sn-1＝0)∩(Sn＝1)是否成立，若是，复位开关Sn，若否，负载接入。
S06，系统正常运行，并跳转执行S02。
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种负载自适应海底观测网恒流供电系统，其特征在于，
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。
2.如权利要求1所述的负载自适应海底观测网恒流供电系统，其特征在于，所述的电源管理电路包括：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。
3.如权利要求2所述的负载自适应海底观测网恒流供电系统，其特征在于，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。
4.如权利要求3所述的负载自适应海底观测网恒流供电系统，其特征在于，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IL以及功率平衡器电流IB；
(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IL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)。
5.如权利要求4所述的负载自适应海底观测网恒流供电系统，其特征在于，所述步骤(4)的具体过程为：
(4-1)判断IL≤a1I0是否成立，若是，置位开关S2、S3、…、Sn；若否，执行步骤(4-2)；
(4-2)判断a1I0≤IL≤a2I0是否成立，若是，置位开关S3、S4、…、Sn；若否，执行步骤(4-3)；
(4-3)判断a2I0≤IL≤a3I0是否成立，若是，置位开关S4、S5、…、Sn；若否，执行步骤(4-4)；
(4-4)按照步骤(4-1)、步骤(4-2)、步骤(4-3)呈现出的规律依次进行判断总输出电流I0、负载电流IL的大小关系，并根据判断结果执行相应操作；
(4-5)判断an-2I0≤IL≤an-1I0是否成立，若是，置位开关Sn；若否，系统正常运行；
其中，0<a1<a2<…<an-2<an-1<1，a1、a2、…、an-2、an-1是控制DC/DC模块接入或切出的参数；置位开关为令开关Sn＝1，表示闭合开关，与开关对应的DC/DC模块切出系统中。
6.如权利要求4所述的负载自适应海底观测网恒流供电系统，其特征在于，所述步骤(5)的具体过程为：
(5-1)判断开关S2＝S3＝…＝Sn-1＝Sn＝1是否成立，若是，复位开关S2，若否，执行步骤(5-2)；
(5-2)判断(S2＝0)∩(S3＝S4＝…＝Sn-1＝Sn＝1)是否成立，若是，复位开关S3，若否，执行步骤(5-3)；
(5-3)判断(S2＝S3＝0)∩(S4＝S5＝…＝Sn-1＝Sn＝1)是否成立，若是，复位开关S4，若否，执行步骤(5-4)；
(5-4)按照步骤(5-1)、步骤(5-2)、步骤(5-3)呈现出的规律依次进行判断所有开关当前所处的状态，并根据判断结果执行相应操作；
(5-5)判断(S2＝S3＝…＝Sn-1＝0)∩(Sn＝1)是否成立，若是，复位开关Sn，若否，负载接入；
其中，Sn＝0表示第n个开关Sk断开，与开关Sn对应的DC/DC模块切出系统中；Sn＝1表示k个开关Sn闭合，与开关Sn对应的DC/DC模块接入系统中；复位开关为令开关Sn＝0，表示断开开关，与开关对应的DC/DC模块接入系统中。
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