一種高壓大功率水下直流電能變換器的製作方法

2023-06-21 09:22:56 1

本實用新型涉及一種高壓大功率水下直流電能變換器，應用於水下有纜型的大型水下系統，為系統供電部分提供高電壓大功率的直流電能變換。

背景技術：

海底觀測網是利用海纜將水下的各種監測設備連接成一個大型的水下硬體網絡，並與陸地上的岸基站物理連接，有岸基站為整個網絡供電和通信，通過這樣的基礎網絡即可實現海洋的長期、連續、實時的原位觀測。隨著海洋科學研究的需要和對海洋開發的進展，海底觀測網的作用越來越明顯，逐漸取代傳統的海洋觀測手段。海底觀測網最重要的功能是實現遠距離大功率的直流電能供配給，採用了高壓輸電，低壓配電的輸配電方式，因此，可實現高壓電能到低壓電能的高效率變換的高壓大功率的水下直流電能變換器是海底觀測網供配電網絡最重要的零部件。由於海底觀測網為新興的一個領域，所用的高壓大功率水下直流電能變換器均處於研究階段，只有少數公開的論文提及相關內容。本發明的高壓大功率水下直流電能變換器是一種可實現10kV高壓到400V低壓，最大功率可達50kW的電能變換器，同時具備高效率、小體積、應用水深較深的結構。

技術實現要素：

實用新型目的：本實用新型的目的是針對目前海底觀測網供電需要在水下乃至環境將大功率的直流高壓變換為低電壓的需求，提供一種能夠將10kV的高壓直流電變換為400V的低壓直流電，最大功率達到50kW，並通過機械密封能夠應用到最大水深6000米處的高壓大功率水下直流電能變換器。

技術方案：本實用新型所述的一種高壓大功率水下直流電能變換器，包括高壓直流電能變換單元、內部狀態檢測單元、油壓抑制單元、金屬耐壓腔體，所述高壓直流電能變換單元、內部狀態檢測單元、油壓抑制單元固定在金屬耐壓腔體內部，所述金屬耐壓腔體整個腔體內部灌充絕緣散熱油用於散熱和高壓絕緣，所述高壓直流電能變換單元包括兩個輸入端子，兩個輸出端子和兩個監測總線端子，所述高壓直流電能變換單元通過兩個監測總線端子與內部狀態檢測單元連接，所述內部狀態檢測單元還設有兩個輸出總線端子；所述金屬耐壓腔體包括筒體、輸入端蓋和輸出端蓋，三部分均由高強度耐腐蝕金屬材料製成。

進一步的，所述高壓直流電能變換單元是基於PWM開關整流的DC/DC開關電源，輸入電壓為負電壓寬範圍輸入，從-6kVDC至-12kVDC，輸出電壓為350VDC-400VDC可調，穩壓精度在±1V以內。

進一步的，所述兩個監測總線端子分別為監測單元供電總線端和監測信號總線端。

進一步的，所述內部狀態檢測單元是基於單片機結構的數據採集單元，將高壓大功率水下直流電能變換器的輸入電壓、電流，輸出電壓、電流，過壓、過流信號，腔內散熱油的油溫、油壓信息進行採集匯總，然後通過輸出總線端子輸出。

進一步的，所述油壓抑制單元採用充氣可壓縮結構，有氣囊固定在一個框架組成，用於緩解散熱油溫升後導致油壓升高的變化。

進一步的，所述高強度耐腐蝕金屬材料採用鈦合金或不鏽鋼。

進一步的，所述輸入端蓋有兩個輸入水密連接件接口，輸出端蓋有四個輸出水密連接件接口，整個腔體可根據水深改變腔體壁厚使得其能承受水壓0-60MPa。

有益效果：本實用新型的高壓大功率水下直流電能變換器具有直接在水下進行大功率的高低壓電能變換，並可連續工作，可同時為水下大量的設備供電，解決了傳統的水下設備依賴於電池供電弊端的問題。同時，該變換器可通過改變金屬耐壓腔體的尺寸即可應用在最大水深為6000米的海洋裡面，具有極廣的應用範圍。

附圖說明

圖1為本實用新型的水下直流電能變換器的結構示意圖；

圖2為本實用新型的金屬耐壓腔體結構示意圖。

具體實施方式

如圖1所示的一種高壓大功率水下直流電能變換器的結構示意圖。該高壓大功率水下直流電能變換器包括高壓直流電能變換單元、內部狀態檢測單元、油壓抑制單元、金屬耐壓腔體4個部分。高壓直流電能變換單元、內部狀態檢測單元、油壓抑制單元固定在金屬耐壓腔體內部，整個腔體內部灌充絕緣散熱油用於散熱和高壓絕緣。

高壓直流電能變換單元是一種基於PWM開關整流的DC/DC開關電源，輸入電壓為負電壓寬範圍輸入，從-6kVDC至-12kVDC，輸出電壓為350VDC-400VDC可調，穩壓精度在±1V以內，具有兩個輸入端子（a,b,分別為負高壓端和地端）和兩個輸出端子（c，d，分別為輸出正壓端和地端），此外還有兩個監測總線端子（e,f,分別為監測單元供電總線端和監測信號總線端）。

內部狀態檢測單元是一種基於單片機結構的數據採集單元，可將高壓大功率水下直流電能變換器的輸入電壓、電流，輸出電壓、電流，過壓、過流信號，腔內散熱油的油溫、油壓等信息進行採集匯總，然後通過輸出總線端子（c，d）輸出到其它地方。

油壓抑制單元是一種充氣可壓縮結構，有氣囊固定在一個框架組成，用於緩解散熱油溫升後導致油壓升高的變化。

如圖2所示，金屬耐壓腔體由三部分組成，分別為筒體、輸入端蓋和輸出端蓋，三部分均由高強度耐腐蝕金屬材料組成，材料可為鈦合金、不鏽鋼，輸入端蓋有兩個輸入水密連接件接口，輸出端蓋由四個輸出水密連接件接口，整個腔體可根據水深改變腔體壁厚使得其能承受水壓0-60MPa。

輸入端蓋的兩個水密連接件分別與高壓直流電能變換單元的輸入端子連接，然後再連接到海底觀測網系統的高壓直流供電端，輸出端蓋的四個水密連接件分別與高壓直流電能變換單元的輸出端子、內部狀態檢測單元的輸出總線端子連接，然後再連接到海底觀測網系統的其它部件如控制系統。

本高壓大功率水下直流電能變換器能夠將10kV的高壓直流電變換為400V的低壓直流電，最大功率達到50kW，並通過機械密封能夠應用到最大水深6000米處。該高壓大功率水下直流電能變換器具有直接在水下進行大功率的高低壓電能變換，並可連續工作，可同時為水下大量的設備供電，解決了傳統的水下設備依賴於電池供電弊端的問題。同時，該變換器可通過改變金屬耐壓腔體的尺寸即可應用在最大水深為6000米的海洋裡面，具有極廣的應用範圍。