CN216356488U - 一种基于交流传输的水下电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于交流传输的水下电源系统，包括设置在岸上的交流恒压源、设置在靠近水下用电设备侧并配置给水下用电设备取电的若干台交流‑直流转换电源P1‑Pn，各台交流‑直流转换电源P1‑Pn的L相输入端共接至交流恒压源所输出的L相线，各台交流‑直流转换电源P1‑Pn的N相输入端共接至交流恒压源所输出的N相线；所述水下用电设备具有多台，多台水下用电设备与交流‑直流转换电源P1‑Pn一一配对设置，每台每台水下用电设备从其对应交流‑直流转换电源上取电；上述中，各线路均使用传输线缆进行连接。本实用新型可降低水下电源系统对岸上电源和传输电缆的要求，减少整个电源系统成本。

Description

一种基于交流传输的水下电源系统

技术领域

本实用新型涉及电源领域，尤其涉及一种基于交流传输的水下电源系统。

背景技术

电源分为恒流源和恒压源，恒流源是在负载变化的情况下，能相应调整自己的输出电压，使得输出电流保持不变，而恒压源就是我们常说的稳压电源，能在负载(输出电流)变动的情况下，保持输出电压不变。

目前常见的开关电源，基本全部都是恒压源，如蓄电池、干电池是直流恒压电源，电路板、电子电路、芯片等都是恒压源负载。

水下用电设备也是恒压源负载，需要有稳定地工作电压才能正常工作。传统水下电源方案如图1所示，岸上恒压源DY1输出稳定电压，经线路送到水下各个用电设备P1-Pn。水下各用电设备P1-Pn以并联的方式连接在两根电源线上，直接以岸上恒压源DY1的输出电压作为自身的工作电源。若水下用电设备P1-Pn工作电源电压为 DC24V，则岸上恒压源DY1就需要是一个能输出DC24V的恒压源电源。

传统水下电源方案简单方便、实现成本低，但由于恒压源DY1设于岸上供电，与水下用电设备P1-Pn有相当长的距离，距离越远，线路电阻越大。在水下用电设备P1-Pn 工作时，线上会有一定的电流I。根据欧姆定律，线路压降U等于线路电流I乘以线路电阻R，记为：U＝I×R，所以，水下用电设备P1-Pn得到的电压实际上要比岸上恒压源DY1的输出电压要小，且距离越远，水下用电设备P1-Pn得到的电压越小，甚至不能正常工作。此处作一举例说明，假如水下用电设备P1-Pn与岸上恒压源DY1的距离为1000米，用1平方毫米的铜线连接，则它本身的电阻为17.5Ω，又假如线上电流为1A，岸上恒压源输出DC24V，则线上压降U＝1A×17.5Ω＝17.5V，水下用电设备实际得到的输入电压U＝24-17.5＝6.5V，无法正常工作(正常工作电压一般是DC24V ±20％)。当水下用电设备P1-Pn较多，且都工作时，线路电流I会增大，进而造成线路压降U增大，最后使水下用电设备P1-Pn的输入电压更小，更加不能正常工作。

另外，水下用电设备出现短路或开路等故障时，线路电流I增大或减小，都会引起其它水下用电设备的输入电压剧烈变化，也会导致其它水下用电设备不能正常工作。

为解决上述问题，我司日前自主研发有基于岸上恒流源供电+水下恒流转恒压的方案，如图2所示，该方案可避免水下用电设备的输入电压受传输线缆距离影响，并于2020-03-31申请专利CN212231335U，然实际测试中岸上恒流源供电+水下恒流转恒压的方案亦遇到问题，即当水下用电设备过多时，会有过多恒流转恒压电源串联，则岸上的恒流源的输出电压要很高U＝n×Udc(Udc为每个恒流转恒压电源的电压)+I×R(R为线路电阻)，整体下来导致岸上电源的恒流源输出电压非常高，这就对传输线缆提出了较高的要求，导致传输线缆的成本急剧上升，并且过高的电压在线缆中流通也会带来安全隐患上的提升。

实用新型内容

本实用新型之目的在于降低水下电源系统对岸上电源和传输电缆的要求，减少整个电源系统成本。

为达到上述目的，本实用新型通过以下技术方案来实现：

提供一种基于交流传输的水下电源系统，包括设置在岸上的交流恒压源、设置在靠近水下用电设备侧并配置给水下用电设备取电的若干台交流-直流转换电源P1-Pn，各台交流-直流转换电源P1-Pn的L相输入端共接至交流恒压源所输出的L相线，各台交流-直流转换电源P1-Pn的N相输入端共接至交流恒压源所输出的N相线；所述水下用电设备具有多台，多台水下用电设备与交流-直流转换电源P1-Pn一一配对设置，每台水下用电设备从其对应交流-直流转换电源上取电；上述中，各线路均使用传输线缆进行连接。

其中，所述交流恒压源所输出的交流电的频率为5Hz。

其中，所述交流恒压源包括有整流电路、滤波电容、控制电路板K1、H桥逆变器，其中整流电路自外部取交流电转换成直流输出至连接其输出端的正负母线，滤波电容跨接于正负母线之间，所述H桥逆变器自正负母线取电，所述控制电路板K1输出四路PWM控制H桥逆变器中的开关管实现逆变。

其中，所述H桥逆变器中的开关管为IGBT管。

其中，所述滤波电容包括电容C1、C2，所述交流恒压源包括有电阻R1、电阻 R2,电容C1、电容C2串联后跨接于正负母线之间，电阻R1、电阻R2同样串联后跨接于正负母线之间，其中电容C1、电容C2之间的接点J1与电阻R1、电阻R2之间的接点J2相接，所述控制电路板K1的VIN+、VIN-分别从电阻R1远离接点J2的一端、电阻R2远离接点J2的一端取电。

其中，所述交流-直流转换电源包括有整流电路、电容C3、DC/DC开关电源，其中该整流电路用于从L相线、N相线取交流电转换成直流给到电容C3滤波，并被所述DC/DC开关电源转换后传输给水下用电设备进行直流供电。

其中，所述交流-直流转换电源包括电容C4，所述DC/DC开关电源的输出经电容C4滤波后给到水下用电设备。

其中，所述DC/DC开关电源为隔离型开关电源。

其中，所述整流电路为单相二极管桥式整流电路。

本实用新型中，各线路均使用传输线缆进行连接，由于采用交流传输，可以避免因传输线缆长度的增加而导致传输线缆的电阻增加，进而使得恒流源需要不断的增加输出电压，由于岸上无需过高电压，故能够有效的降低对岸上电源和传输线缆的要求，因而能够节约水下电源系统的成本。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了传统水下电源系统的拓扑图；

图2示出了专利CN212231335U中的水下电源系统的拓扑图；

图3示出了本实用新型的水下电源系统的拓扑图；

图4示出了本实用新型的岸上交流恒压源的电路结构；

图5示出了本实用新型的交流-直流转换电源的电路结构。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本实施例的水下电源，整体系统如图3所示，包括设置在岸上的交流恒压源、设置在靠近水下用电设备侧的若干台交流-直流转换电源P1-Pn及传输线缆。

其中，各台交流-直流转换电源P1-Pn的L相输入端共接至交流恒压源所输出的L相线，各台交流-直流转换电源P1-Pn的N相输入端共接至交流恒压源所输出的N相线，从而使各台交流-直流转换电源P1-Pn之间为并联关系，互相之间不受影响，当其中一个出现问题时，其他仍可继续工作。

本实施例中，水下用电设备V1-Vn与交流-直流转换电源P1-Pn一一配对设置，且两者就近摆设，每台水下用电设备从其对应交流-直流转换电源上取电工作。

本实施例中，设置在岸上的交流恒压源的输入为220V/50Hz市电，根据感抗计算公式： X(L)＝2πfL，通过降低输出的交流恒压源的输出频率，可以有效的降低传输线缆上的感抗，从而提高岸上交流恒压源到水下用电设备的输送效率。

具体而言，交流恒压源的结构如图4所示，包括单相二极管桥式整流电路、电容C1、电容C2、电阻R1、电阻R2、控制电路板K1、H桥逆变器，其中单相二极管桥式整流电路自市电取电，将交流转换成直流后输出至连接其输出端的正负母线，电容C1、电容C2串联后跨接于正负母线之间，电阻R1、电阻R2同样串联后跨接于正负母线之间，其中电容 C1、电容C2之间的接点J1与电阻R1、电阻R2之间的接点J2相接，所述控制电路板K1 的VIN+、VIN-分别从电阻R1远离接点J2的一端、电阻R2远离接点J2的一端取电，所述H桥逆变器自正负母线取电，所述控制电路板K1输出四路PWM控制H桥逆变器中的IGBT 管Q1、Q2、Q3和Q4，实现逆变。

工作时，220V/50Hz的市电经过整流滤波后变为直流电，给控制电路板K1供电，其中C1、C2承担滤波的同时，通过与R1、R2配合，平衡给控制电路板K1的输入电压，控制电路板K1的4个PWM驱动信号分别控制4个IGBT管Q1、Q2、Q3和Q4的导通和关断从而实现变频，将直流电转换为频率降为5Hz的交流电输出。

上述中，控制电路板K1的工作供电可以通过整流后的直流电源提供，可以根据控制模块的工作电压，进行分压获取所需要的工作电压。

交流恒压源所输出的5Hz交流电通过L相线、N相线传输给至各台交流-直流转换电源P1-Pn，本实施例中，每台交流-直流转换电源结构相同，均如图5所示，包括单相二极管桥式整流电路、电容C3、DC/DC开关电源、电容C4，其中单相二极管桥式整流电路用于从L相线、N相线取5Hz交流电，并转换成直流给到正负母线，经电容C3滤波后，正负母线上的直流电被开关电源进行DC/DC转换成合适电压，再经电容C4滤波后给到水下用电设备进行直流供电。

本实施例中，DC/DC开关电源采用普通隔离型开关电源，可整体购买，在该系统中起到稳定输出电压和隔离的作用，其对输入电源的电压范围要求较宽，只要输入电压在要求的范围内波动，DC/DC开关电源依然能输出稳定的直流电压，保证用电设备获得稳定的工作电压。

上述中，各线路均使用传输线缆进行连接，由于采用交流传输，可以避免因传输线缆长度的增加而导致传输线缆的电阻增加，进而使得恒流源需要不断的增加输出电压，由于岸上无需过高电压，故能够有效的降低对岸上电源和传输线缆的要求，因而能够节约水下电源系统的成本。

进一步通过降低岸上电源的输出电压的频率至仅为5Hz，可以降低传输线缆对于交流电源的感抗，从而能够减少线缆损耗，提高电能利用效率。

需要说明是的，上述整流电路可以不限于桥式整流，还可以包括其它整流电路。本实施例中，PWM控制方式属于常规技术，通过现有文献或教科书可查询得到，此处不再赘述。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种基于交流传输的水下电源系统，其特征在于：

包括设置在岸上的交流恒压源、设置在靠近水下用电设备侧并配置给水下用电设备取电的若干台交流-直流转换电源P1-Pn，各台交流-直流转换电源P1-Pn的L相输入端共接至交流恒压源所输出的L相线，各台交流-直流转换电源P1-Pn的N相输入端共接至交流恒压源所输出的N相线；

所述水下用电设备具有多台，多台水下用电设备与交流-直流转换电源P1-Pn一一配对设置，每台水下用电设备从其对应交流-直流转换电源上取电；

上述中，各线路均使用传输线缆进行连接。

2.根据权利要求1所述的水下电源系统，其特征在于：所述交流恒压源所输出的交流电的频率为5Hz。

3.根据权利要求1所述的水下电源系统，其特征在于：所述交流恒压源包括有整流电路、滤波电容、控制电路板K1、H桥逆变器，其中整流电路自外部取交流电转换成直流输出至连接其输出端的正负母线，滤波电容跨接于正负母线之间，所述H桥逆变器自正负母线取电，所述控制电路板K1输出四路PWM控制H桥逆变器中的开关管实现逆变。

4.根据权利要求3所述的水下电源系统，其特征在于：所述H桥逆变器中的开关管为IGBT管。

5.根据权利要求3所述的水下电源系统，其特征在于：所述滤波电容包括电容C1、C2，所述交流恒压源包括有电阻R1、电阻R2,电容C1、电容C2串联后跨接于正负母线之间，电阻R1、电阻R2同样串联后跨接于正负母线之间，其中电容C1、电容C2之间的接点J1与电阻R1、电阻R2之间的接点J2相接，所述控制电路板K1的VIN+、VIN-分别从电阻R1远离接点J2的一端、电阻R2远离接点J2的一端取电。

6.根据权利要求1所述的水下电源系统，其特征在于：所述交流-直流转换电源包括有整流电路、电容C3、DC/DC开关电源，其中该整流电路用于从L相线、N相线取交流电转换成直流给到电容C3滤波，并被所述DC/DC开关电源转换后传输给水下用电设备进行直流供电。

7.根据权利要求6所述的水下电源系统，其特征在于：所述交流-直流转换电源包括电容C4，所述DC/DC开关电源的输出经电容C4滤波后给到水下用电设备。

8.根据权利要求6所述的水下电源系统，其特征在于：所述DC/DC开关电源为隔离型开关电源。

9.根据权利要求3-8任一项所述的水下电源系统，其特征在于：所述整流电路为单相二极管桥式整流电路。

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