CN114070093B - 基于高压直流变换技术的海底观测网多模块电源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于高压直流变换技术的海底观测网多模块电源系统，包括高压自启动电源、主辅助电源和多个水下电源模块；水下电源模块包括高压隔离采样模块、主功率电压转换模块和水下电源控制器模块；高压自启动电源的输入端电连接海底电缆的电压输入端，高压自启动电源的输出端与主辅助电源的输出端并联构成电压母线；电压母线分别与每个水下电源模块的水下电源控制器模块和主功率电压转换模块的内部辅助电源电连接；各个水下电源模块的输入端用于串联后电连接海底电缆的电压输入端。本发明的技术方案旨在于电源系统设置多个主控制器，避免设置一个主控制器的情况下，当主控制器出现故障时上位机将无法监控当前电源系统的问题。

Description

基于高压直流变换技术的海底观测网多模块电源系统
技术领域
本发明涉及电源系统技术领域，尤其涉及一种基于高压直流变换技术的海底观测网多模块电源系统。
背景技术
目前，海洋资源有着巨大的开发潜力和研究价值，是具有战略意义的新兴领域。相关海底用电设备的探测时间要求越来越长，功耗也越来越大。因此只有通过海底观测网的高压直流供电网络持续供电，才能实现大量海底用电设备长期稳定运行的要求。水下高压直流变换电源作为海底观测网中的高压直流变换装置，将岸基高压电源输出的数千伏高压直流电变换为数百伏的中压直流电，为相关海底用电设备提供持续的恒压供电。
现有的海底观测网高压直流变换装置中，内部的各模块供电系统以及单个主功率电压转换模块与其自身的单模块控制器并没有实现完全的电气隔离，因此只能采用一个主控制器通过光纤隔离传输以监控多个单模块控制器，随着主功率电压转换模块的增多将造成监控响应速率下降，当主控制器出现故障时，上位机将无法监控当前电源系统。因此提高海底观测网多模块电源系统的实时响应速度、可靠性和冗余性具有重要意义。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于高压直流变换技术的海底观测网多模块电源系统，旨在避免设置一个主控制器的情况下，当主控制器出现故障时上位机将无法监控当前电源系统的问题。
为实现上述目的，本发明提供的基于高压直流变换技术的海底观测网多模块电源系统包括高压自启动电源、主辅助电源和多个水下电源模块；每个所述水下电源模块分别包括高压隔离采样模块、主功率电压转换模块和水下电源控制器模块；所述水下电源控制器模块包括模块控制器和总控制器；所述主功率电压转换模块与所述水下电源控制器模块电连接；
所述高压自启动电源的输入端电连接海底电缆的电压输入端，所述高压自启动电源的输出端与所述主辅助电源的输出端并联构成电压母线；
所述电压母线分别与每个所述水下电源模块的所述水下电源控制器模块和所述主功率电压转换模块的内部辅助电源电连接；
各个所述水下电源模块的输入端用于串联后电连接所述海底电缆的电压输入端，所述主功率电压转换模块用于将所述电压输入端的输入电压降压为水下负载所需的恒压输出电压，各所述主功率电压转换模块并联构成恒压输出母线，用于为水下负载和所述主辅助电源供电；
所述高压隔离采样模块的一端电连接所述主功率电压转换模块的输入端，用以高隔离采样输入电压；所述高压隔离采样模块的另一端与所述模块控制器电连接；
所述水下电源模块还包括投切电路和投切电源；所述电压母线还与每个所述水下电源模块的所述投切电源电连接；所述投切电源的输出端电连接所述投切电路，用于为投切电路提供电压；各个所述水下电源模块分别通过内部设置的所述投切电路的输入端串联后连接所述海底电缆的电压输入端；所述投切电路分别与所述水下电源控制器模块和所述主功率电压转换模块电连接，用于提高所述海底观测网多模块电源系统的冗余性，以及用于所述水下电源模块中的故障模块切出；
所述投切电路包括投切信号隔离模块和功率开关管，所述投切电源电连接所述投切信号隔离模块，用于为所述功率开关管的开通或闭合提供电压；所述投切信号隔离模块的一端电连接所述水下电源控制器模块，用于接收所述水下电源控制器模块输出的投切信号，所述投切信号隔离模块的另一端用于根据所述投切信号闭合所述功率开关管以切出对应的所述主功率电压转换模块，或根据所述投切信号断开所述功率开关管以投入对应的所述主功率电压转换模块；
每一所述水下电源控制器模块中的所述模块控制器与所述总控制器之间通过内部CAN总线相互连接，每一所述水下电源控制器模块的所述总控制器之间通过外部CAN总线相互连接；
高压隔离采样模块将采样的相关电信号通过模数转换转化成数字信号传输至模块控制器，高压隔离采样模块用于保证整个电源系统原副边高耐压等级的电气隔离，使得模块控制器和总控制器之间不需要通过高隔离器件进行通信，通过普通的数据线就能实现交互；所述主辅助电源的输入端连接375VDC或600VDC恒压输出母线；
所述主功率电压转换模块与所述水下电源控制器模块的所述模块控制器电连接；各个水下电源控制器模块中的各模块控制器一对一独立控制主功率电压转换模块，实时监控各水下电源模块的电气传感参数和环境传感参数，互不干扰；
高压隔离采样模块，内部通过高阻抗电阻的浮地差分采样和隔离电路构成高压隔离采样模块，通过这样的高阻抗隔离采样方式，使得高压隔离采样模块在高电压打压下的漏电流降低至允许范围内，从而达到高压隔离的效果；
通过对整个电源系统实现高低压电气隔离，各个主功率电压转换模块内部的电源转换拓扑采用一级结构的三电平半桥降压拓扑。
优选地，所述主功率电压转换模块包括DC/DC模块和信号调制隔离驱动模块；
所述信号调制隔离驱动模块和所述DC/DC模块电连接，用于接收所述DC/DC模块的各电气传感参数，所述信号调制隔离驱动模块还与所述水下电源控制器模块电连接，用于对所述DC/DC模块进行输入均压和输出恒压调制，通过隔离驱动实现所述主功率电压转换模块与所述水下电源控制器模块的高压电气隔离；
所述DC/DC模块的输入端连接所述投切电路，所述DC/DC模块用于将所述电压输入端的输入电压降压为水下负载所需的恒压输出电压，各所述DC/DC模块并联构成恒压输出母线，用于为所述水下负载和所述主辅助电源供电。
优选地，所述高压隔离采样模块电连接所述DC/DC模块的输入端，用以高隔离采样输入电压。
优选地，所述模块控制器与所述信号调制隔离驱动模块电连接，用于实时采集对应的所述DC/DC模块中的电气传感参数和环境传感参数，并将所采集的所述电气传感参数和所述环境传感参数通过内部总线传输至所述总控制器，以通过所述总控制器监控所述主功率电压转换模块的运行状态。
优选地，所述电气传感参数包括所述DC/DC模块分别对应的输入电压、输出电压、输入电流和输出电流，所述环境传感参数包括环境温度、油压和所述DC/DC模块的散热器温度。
优选地，各所述水下电源控制器模块的所述模块控制器之间，分别通过内部CAN总线和硬件总线实现相互通信和应急保护，每一所述水下电源控制器模块的所述总控制器与上位机的交互分别兼容包括CAN、RS485和以太网中的至少两种协议。
优选地，所述电压输入端提供的输入电压为-10KV，所述电压母线为24VDC电压母线。
本发明的技术方案中，高压隔离采样模块将采样的相关电信号（例如电压、电流等）通过模数转换转化成数字信号传输至模块控制器，本发明充分考虑到海底电缆的电压输入端的输入高压（可以为-10KV）对整个电源系统带来的影响，设计了高压隔离采样模块，保证整个电源系统原副边高耐压等级的电气隔离，使得模块控制器和总控制器之间不需要通过高隔离器件（例如光纤）进行通信，通过常规的通信器（例如采用普通的数据线）就能实现交互，因此可以给每个水下电源模块都配备一个总控制器，既提高了系统响应速度，也提高了整个控制系统的可靠性和冗余性。
附图说明
图1为发明的海底观测网多模块电源系统一实施例的整体电路结构示意图；
图2为本发明一实施例中投切电路内外电路连接示意图；
图3为本发明一实施例中主功率电压转换模块的DC/DC模块示意图；
图4为本发明一实施例中各个水下电源控制器模块的内外联系连接示意图。
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。
请参阅图1，为实现上述目的，本发明提供一种基于高压直流变换技术的海底观测网多模块电源系统，本发明提供的基于高压直流变换技术的海底观测网多模块电源系统包括高压自启动电源、主辅助电源和多个水下电源模块；每个所述水下电源模块分别包括高压隔离采样模块、主功率电压转换模块和水下电源控制器模块；所述水下电源控制器模块包括模块控制器和总控制器；所述主功率电压转换模块与所述水下电源控制器模块电连接；
所述高压自启动电源的输入端电连接海底电缆的电压输入端，所述高压自启动电源的输出端与所述主辅助电源的输出端并联构成电压母线；
所述电压母线分别与每个所述水下电源模块的所述水下电源控制器模块和所述主功率电压转换模块的内部辅助电源电连接；
各个所述水下电源模块的输入端用于串联后电连接所述海底电缆的电压输入端，所述主功率电压转换模块用于将所述电压输入端的输入电压降压为水下负载所需的恒压输出电压，各所述主功率电压转换模块并联构成恒压输出母线，用于为水下负载和所述主辅助电源供电；
所述高压隔离采样模块的一端电连接所述主功率电压转换模块的输入端，用以高隔离采样输入电压；所述高压隔离采样模块的另一端与所述模块控制器电连接。
目前已有的隔离采样器件做不到高耐压等级，因此在10KV输入的高压领域，一般是做两级DC/DC结构，将高压采样和模块控制器与第一级DC/DC结构做到一起，从而不需要采用高压隔离。因此，内部的各模块供电系统以及单个主功率电压转换模块与其自身的单模块控制器并没有实现完全的电气隔离，所以，在相关技术中，只能采用一个主控制器通过光纤隔离传输监控多个单模块控制器。
而本发明的技术方案中，设置高压隔离采样模块，将电气传感参数直接通过高压隔离采样模块传输至模块控制器。由于本发明中通过高压隔离采样，所以后期模块控制器与主控制器之间，不需要通过高隔离器件（例如光纤）做通信，普通的数据线就可以进行传输，因此可以给每个水下电源模块都配备一个总控制器，也提高了整个控制系统的冗余性。
本发明的技术方案中，高压隔离采样模块将采样的相关电信号（例如输入电压、输入电流等）通过模数转换转化成数字信号传输至模块控制器，本发明充分考虑到海底电缆的电压输入端的输入高压（可以为-10KV）对整个电源系统带来的影响，设计了高压隔离采样模块，保证整个电源系统原副边高耐压等级的电气隔离，使得模块控制器和总控制器之间不需要通过高隔离器件（例如光纤）进行通信，通过常规的通信器（例如采用普通的数据线）就能实现交互，因此可以给每个水下电源模块都配备一个总控制器，既提高了系统响应速度，也提高了整个控制系统的可靠性和冗余性。
具体的，水下电源控制器模块为水下电源模块控制板。
具体的，所述主辅助电源的输入端连接375VDC或600VDC恒压输出母线，所述电压输入端提供的输入电压为-10KV，所述电压母线为24VDC电压母线。其中，本发明中各个水下电源模块用于串接后分摊海底电缆的电压输入端的输入高压。高压自启动电源和主辅助电源为整个电源内部供电系统提供稳定和持续的24VDC母线电压，即使在某一水下电源模块故障的情况下，主功率模块控制器仍能不间断工作，确保设备正常运行，并且，能够通过上位机反馈故障，提高系统的故障自恢复能力。
所述主功率电压转换模块具体与所述水下电源控制器模块的所述模块控制器电连接。各个水下电源控制器模块中的各模块控制器一对一独立控制主功率电压转换模块，实时监控各水下电源模块的电气传感参数和环境传感参数，互不干扰。
所述主辅助电源的输入端连接375VDC或600VDC恒压输出母线，在整个电源系统成功启机后，主辅助电源将替代高压自启动电源，保持24VDC电压母线的稳定电压，高压自启动电源将进入待机状态，降低损耗，这两个电源所构成的24VDC电压母线能够确保各水下电源模块不间断工作，极大的提高内部供电系统的可靠性。
具体地，考虑到目前各类电压采样模块的耐压等级不能够满足10KV以上的耐压需求，因此设计高压隔离采样模块，内部通过高阻抗电阻的浮地差分采样和隔离电路构成高压隔离采样模块，通过这样的高阻抗隔离采样方式，使得压隔离采样模块在高电压打压下的漏电流降低至允许范围内，从而达到高压隔离的效果。
优选地，所述水下电源模块还包括投切电路和投切电源；
所述电压母线还与每个所述水下电源模块的所述投切电源电连接；
所述投切电源的输出端电连接所述投切电路，用于为投切电路提供电压；各个所述水下电源模块分别通过内部设置的所述投切电路的输入端串联后连接所述海底电缆的电压输入端；
所述投切电路分别与所述水下电源控制器模块和所述主功率电压转换模块电连接，用于提高所述海底观测网多模块电源系统的冗余性，以及用于所述水下电源模块中的故障模块切出。
在本实施例中，每个水下电源模块分别对应设置有投切电路，投切电路用于控制所述主功率电压转换模块是否启用。所述投切电源用于为所述投切电路提供电压。具体的，投切电路不启用时，主功率电压转换模块将被投入使用；投切电路启用时，主功率电压转换模块将被切出不使用。进一步的，可以根据海底电缆的电压输入端的输入电压和/或负载功率需求，确定水下电源模块的投入数量：当输入电压较高时，投入更多的主功率电压转换模块以均摊输入电压；当负载功率需求大时，投入更多的主功率电压转换模块以提高输出功率。一旦某一主功率电压转换模块故障，可以启用投切电路，将该故障模块切出。
模块控制器通过采集到的相关电信号（例如输入电压、输入电流等）判断主功率电压转换模块投入或切出，从而发出控制信号，通过控制信号控制所述投切电路的启用或不启用（具体通过控制投切电路的投切信号隔离模块控制功率开关管的开通或断开），实现主功率电压转换模块切出或投入。
优选地，所述主功率电压转换模块包括DC/DC模块和信号调制隔离驱动模块；
所述信号调制隔离驱动模块和所述DC/DC模块电连接，用于接收所述DC/DC模块的各电气传感参数，所述信号调制隔离驱动模块还与所述水下电源控制器模块电连接，用于对所述DC/DC模块进行输入均压和输出恒压调制，通过隔离驱动实现所述主功率电压转换模块与所述水下电源控制器模块的高压电气隔离；
所述DC/DC模块的输入端连接所述投切电路，所述DC/DC模块用于将所述电压输入端的输入电压降压为水下负载所需的恒压输出电压，各所述DC/DC模块并联构成恒压输出母线，用于为所述水下负载和所述主辅助电源供电。
具体的，所述信号调制隔离驱动模块与所述水下电源控制器模块中的模块控制器电连接。本发明充分考虑到输入-10KV高压对整个电源系统带来的影响，设计了实现电气隔离的内部供电系统方案和包括高压隔离采样模块在内的相关隔离采样、驱动电路，保证整个电源系统原副边高耐压等级的电气隔离，使得模块控制器和总控制器之间可通过常规的通信器实现交互，也简化了整个电源系统的内部供电方式。
通过投切电路串联DC/DC模块达到分摊10KV输入电压降低单个水下电源模块输入电压的目的，降低了整个电源系统的降压难度。并通过投切电路和投切电源实现各个水下电源模块的投切，这种投切方式也能够提高多模块电源系统的冗余性，实现主功率电压转换模块和水下电源控制器模块之间的电气隔离。
信号调制隔离驱动模块接收电气传感参数和环境传感参数，可以更精确修正单个主功率电压转换模块的硬件参数偏差，使得各主功率电压转换模块实现串联输入均压，并联输出恒压的目的，保证各主功率模块输入输出的均衡性。
每个水下电源控制器模块中的所述模块控制器与信号调制隔离驱动模块电连接，各所述模块控制器实时采集对应DC/DC模块中各电气传感参数和环境传感参数，并将所采集的电气传感参数和环境传感参数通过内部总线传输至总控制器，以监控当前各主功率电压转换模块的运行状态。
优选地，所述高压隔离采样模块电连接所述DC/DC模块的输入端，用以高隔离采样输入电压。
优选地，所述模块控制器与所述信号调制隔离驱动模块电连接，用于实时采集对应的所述DC/DC模块中的电气传感参数和环境传感参数，并将所采集的所述电气传感参数和所述环境传感参数通过内部总线传输至所述总控制器，以通过所述总控制器监控所述主功率电压转换模块的运行状态。
优选地，所述电气传感参数包括所述DC/DC模块分别对应的输入电压、输出电压、输入电流和输出电流，所述环境传感参数包括环境温度、油压和所述DC/DC模块的散热器温度。具体的，环境温度为整个海底观测网多模块电源系统中，除所述散热器以外的其他位置点的温度。
优选地，各所述水下电源控制器模块的所述模块控制器之间，分别通过内部CAN总线和硬件总线实现相互通信和应急保护；每一所述水下电源控制器模块中的所述模块控制器与所述总控制器之间通过内部CAN总线相互连接，每一所述水下电源控制器模块的所述总控制器之间通过外部CAN总线相互连接，每一所述水下电源控制器模块的所述总控制器与上位机的交互分别兼容包括CAN、RS485和以太网中的至少两种协议。
优选地，所述投切电路包括投切信号隔离模块和功率开关管，所述投切电源电连接所述投切信号隔离模块，用于为所述功率开关管的开通或闭合提供电压；所述投切信号隔离模块的一端电连接所述水下电源控制器模块，用于接收所述水下电源控制器模块输出的投切信号，所述投切信号隔离模块的另一端用于根据所述投切信号闭合所述功率开关管以切出对应的所述主功率电压转换模块，或根据所述投切信号断开所述功率开关管以投入对应的所述主功率电压转换模块。
具体地，如图2所示，考虑到投切电路中功率开关管的耐压等级并不能够满足10KV耐压的需求，启机前，通过输入串联断开状态的功率开关管，分摊10KV输入电压。通过高压隔离模块采样具体输入电压等级，以及所需输出功率，在确保主功率电压转换模块的数量能够在安全输入电压下工作时，适当闭合若干功率开关管，切出对应的主功率电压转换模块。优选地，在实际使用中，主功率电压转换模块在满足最高输入电压和最大输出功率的前提下，应当额外备份若干个主功率电压转换模块，一旦单一的或者多个主功率电压转换模块出现故障时，可及时采用备份的主功率电压转换模块，确保设备的持续供电和强大的冗余能力。
进一步地，为了实现模块投切过程中，水下电源模块控制板与10KV输入电压的电气隔离，投切信号通过投切信号隔离模块传输，并通过高压隔离的投切电源为功率开关管的开通或闭合提供电压。
如图3所示，通过对整个电源系统实现高低压电气隔离，各个主功率电压转换模块内部的电源转换拓扑可采用一级结构的三电平半桥降压拓扑，相比于两级降压拓扑结构，这种一级降压结构能够提供更好的稳定性和更快的动态响应速度。
具体地，在整个电源系统启机前，所述高压自启动电源将海底电缆电压端-10KV的输入电压转换为24VDC输出，为投切电源、水下电源控制器模块和主功率电压转换模块内部的独立电源提供一个24VDC的输入电压，电源系统中的各个水下电源控制器模块检测对应的主功率电压转换模块中各电气传感参数和环境传感参数，能够在整个电源系统启机前或者设备故障状态下，保证所有的水下电源控制器模块正常工作。
具体地，各个所述水下电源控制器模块中的各模块控制器，在主功率电压转换模块启机前和工作过程中，实时采集对应主功率电压转换模块中各电气传感参数和环境传感参数（其中，所述电气传感参数包括所述DC/DC模块分别对应的输入电压、输出电压、输入电流和输出电流，所述环境传感参数包括环境温度、油压和所述DC/DC模块的散热器温度），再通过内部CAN总线将电气传感参数和环境传感参数传输至总控制器存储，以供上位机根据电气传感参数和环境传感参数监控各主功率电压转换模块是否正常，是否存在过温、过流、过压、欠压、输出短路等异常工作状态，若存在异常工作状态则采取相关控制机制，使得各主功率电压转换模块的工作状态趋于正常。
所述信号调制隔离驱动模块与模块控制器相连，以接收各电气传感参数，对DC/DC模块进行输入均压以及输出恒压调制，通过隔离驱动实现主功率电压转换模块与水下电源控制器模块的高压电气隔离。
具体地，主功率电压转换模块采用的是输入串联、输出并联的结构，因此各个主功率电压转换模块的输入输出特性要尽可能的均衡，使得每个主功率电压转换模块的输出功率按份额均摊，满足输入均压和输出恒压的要求。所有主功率电压转换模块输入电压、输出电压、输入电流和输出电流均由其对应的模块控制器采集，信号调制隔离驱动模块接收模块控制器下发的各电气传感参数，通过模块控制器动态调整输入均压，输出恒压闭环控制的参数，保证各高压直流主功率模块输入输出特性的均衡性和稳定运行。另一方面，模块控制器判断当前设备状态，控制信号调制隔离驱动模块是否产生信号驱动信号，进而决定主功率电压转换模块开机或关机，避免直接通过投切电路对运行中的主功率电压转换模块热关闭。
进一步地，所述信号调制隔离驱动模块通过隔离驱动的方式，可以实现主功率电压转换模块与水下电源控制器模块间的高压电气隔离。
具体地，如图4所示，各模块控制器还包含硬件总线接口和内部CAN总线接口，各模块控制器的电平信号接入硬件总线接口，再由硬件总线接口接入总控制器，用以快速处理故障信号。另一方面，各模块控制器均接入内部CAN总线再通过内部通信总线汇入总控制器，各总控制器能够共享各模块控制器的信息，即使任一总控制器出现故障，仍能通过其他总控制器保持对电源系统各模块的监控。
进一步地，考虑到总控制器的重要性，各总控制器均配置多个通信接口，即内部CAN总线接口、外部CAN，RS485、以太网等总线接口、外部备份总线接口。设备正常运行时，可仅使用一片总控制器对各模块控制器和上位机进行通信，其余总控制器处于待机状态作为备份。总控制器可通过外部任一CAN，RS485、以太网等总线接口与上位机交互，实现通信数据同步，提高总体控制系统的冗余性和稳定性。
各个模块控制器之间可相互通信和应急保护，各个模块控制器与各总控制器之间可通过内部总线相互通信，各总控制器之间又可通过外部总线相互通信并与上位机交互。提高了整个提高总控制系统的冗余性和可靠性。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于高压直流变换技术的海底观测网多模块电源系统，其特征在于，包括高压自启动电源、主辅助电源和多个水下电源模块；每个所述水下电源模块分别包括高压隔离采样模块、主功率电压转换模块和水下电源控制器模块；所述水下电源控制器模块包括模块控制器和总控制器；所述主功率电压转换模块与所述水下电源控制器模块电连接；
所述高压自启动电源的输入端电连接海底电缆的电压输入端，所述高压自启动电源的输出端与所述主辅助电源的输出端并联构成电压母线；
所述电压母线分别与每个所述水下电源模块的所述水下电源控制器模块和所述主功率电压转换模块的内部辅助电源电连接；
各个所述水下电源模块的输入端用于串联后电连接所述海底电缆的电压输入端，所述主功率电压转换模块用于将所述电压输入端的输入电压降压为水下负载所需的恒压输出电压，各所述主功率电压转换模块并联构成恒压输出母线，用于为水下负载和所述主辅助电源供电；
所述高压隔离采样模块的一端电连接所述主功率电压转换模块的输入端，用以高隔离采样输入电压；所述高压隔离采样模块的另一端与所述模块控制器电连接；
所述水下电源模块还包括投切电路和投切电源；所述电压母线还与每个所述水下电源模块的所述投切电源电连接；所述投切电源的输出端电连接所述投切电路，用于为投切电路提供电压；各个所述水下电源模块分别通过内部设置的所述投切电路的输入端串联后连接所述海底电缆的电压输入端；所述投切电路分别与所述水下电源控制器模块和所述主功率电压转换模块电连接，用于提高所述海底观测网多模块电源系统的冗余性，以及用于所述水下电源模块中的故障模块切出；
所述投切电路包括投切信号隔离模块和功率开关管，所述投切电源电连接所述投切信号隔离模块，用于为所述功率开关管的开通或闭合提供电压；所述投切信号隔离模块的一端电连接所述水下电源控制器模块，用于接收所述水下电源控制器模块输出的投切信号，所述投切信号隔离模块的另一端用于根据所述投切信号闭合所述功率开关管以切出对应的所述主功率电压转换模块，或根据所述投切信号断开所述功率开关管以投入对应的所述主功率电压转换模块；
每一所述水下电源控制器模块中的所述模块控制器与所述总控制器之间通过内部CAN总线相互连接，每一所述水下电源控制器模块的所述总控制器之间通过外部CAN总线相互连接；
高压隔离采样模块将采样的相关电信号通过模数转换转化成数字信号传输至模块控制器，高压隔离采样模块用于保证整个电源系统原副边高耐压等级的电气隔离，使得模块控制器和总控制器之间不需要通过高隔离器件进行通信，通过普通的数据线就能实现交互；所述主辅助电源的输入端连接375VDC或600VDC恒压输出母线；
所述主功率电压转换模块与所述水下电源控制器模块的所述模块控制器电连接；各个水下电源控制器模块中的各模块控制器一对一独立控制主功率电压转换模块，实时监控各水下电源模块的电气传感参数和环境传感参数，互不干扰；
高压隔离采样模块，内部通过高阻抗电阻的浮地差分采样和隔离电路构成高压隔离采样模块，通过这样的高阻抗隔离采样方式，使得高压隔离采样模块在高电压打压下的漏电流降低至允许范围内，从而达到高压隔离的效果；
通过对整个电源系统实现高低压电气隔离，各个主功率电压转换模块内部的电源转换拓扑采用一级结构的三电平半桥降压拓扑。
2.根据权利要求1所述的基于高压直流变换技术的海底观测网多模块电源系统，其特征在于，所述主功率电压转换模块包括DC/DC模块和信号调制隔离驱动模块；
所述信号调制隔离驱动模块和所述DC/DC模块电连接，用于接收所述DC/DC模块的各电气传感参数，所述信号调制隔离驱动模块还与所述水下电源控制器模块电连接，用于对所述DC/DC模块进行输入均压和输出恒压调制，通过隔离驱动实现所述主功率电压转换模块与所述水下电源控制器模块的高压电气隔离；
所述DC/DC模块的输入端连接所述投切电路，所述DC/DC模块用于将所述电压输入端的输入电压降压为水下负载所需的恒压输出电压，各所述DC/DC模块并联构成恒压输出母线，用于为所述水下负载和所述主辅助电源供电。
3.根据权利要求2所述的基于高压直流变换技术的海底观测网多模块电源系统，其特征在于，所述高压隔离采样模块电连接所述DC/DC模块的输入端，用以高隔离采样输入电压。
4.根据权利要求2所述的基于高压直流变换技术的海底观测网多模块电源系统，其特征在于，所述模块控制器与所述信号调制隔离驱动模块电连接，用于实时采集对应的所述DC/DC模块中的电气传感参数和环境传感参数，并将所采集的所述电气传感参数和所述环境传感参数通过内部总线传输至所述总控制器，以通过所述总控制器监控所述主功率电压转换模块的运行状态。
5.根据权利要求4所述的基于高压直流变换技术的海底观测网多模块电源系统，其特征在于，所述电气传感参数包括所述DC/DC模块分别对应的输入电压、输出电压、输入电流和输出电流，所述环境传感参数包括环境温度、油压和所述DC/DC模块的散热器温度。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的基于高压直流变换技术的海底观测网多模块电源系统，其特征在于，各所述水下电源控制器模块的所述模块控制器之间，分别通过内部CAN总线和硬件总线实现相互通信和应急保护，每一所述水下电源控制器模块的所述总控制器与上位机的交互分别兼容包括CAN、RS485和以太网中的至少两种协议。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的基于高压直流变换技术的海底观测网多模块电源系统，其特征在于，所述电压输入端提供的输入电压为-10KV，所述电压母线为24VDC电压母线。
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