一种高压大功率水下直流电能变换器的制作方法

本实用新型涉及一种高压大功率水下直流电能变换器，应用于水下有缆型的大型水下系统，为系统供电部分提供高电压大功率的直流电能变换。

背景技术：

海底观测网是利用海缆将水下的各种监测设备连接成一个大型的水下硬件网络，并与陆地上的岸基站物理连接，有岸基站为整个网络供电和通信，通过这样的基础网络即可实现海洋的长期、连续、实时的原位观测。随着海洋科学研究的需要和对海洋开发的进展，海底观测网的作用越来越明显，逐渐取代传统的海洋观测手段。海底观测网最重要的功能是实现远距离大功率的直流电能供配给，采用了高压输电，低压配电的输配电方式，因此，可实现高压电能到低压电能的高效率变换的高压大功率的水下直流电能变换器是海底观测网供配电网络最重要的零部件。由于海底观测网为新兴的一个领域，所用的高压大功率水下直流电能变换器均处于研究阶段，只有少数公开的论文提及相关内容。本发明的高压大功率水下直流电能变换器是一种可实现10kV高压到400V低压，最大功率可达50kW的电能变换器，同时具备高效率、小体积、应用水深较深的结构。

技术实现要素：

实用新型目的：本实用新型的目的是针对目前海底观测网供电需要在水下乃至环境将大功率的直流高压变换为低电压的需求，提供一种能够将10kV的高压直流电变换为400V的低压直流电，最大功率达到50kW，并通过机械密封能够应用到最大水深6000米处的高压大功率水下直流电能变换器。

技术方案：本实用新型所述的一种高压大功率水下直流电能变换器，包括高压直流电能变换单元、内部状态检测单元、油压抑制单元、金属耐压腔体，所述高压直流电能变换单元、内部状态检测单元、油压抑制单元固定在金属耐压腔体内部，所述金属耐压腔体整个腔体内部灌充绝缘散热油用于散热和高压绝缘，所述高压直流电能变换单元包括两个输入端子，两个输出端子和两个监测总线端子，所述高压直流电能变换单元通过两个监测总线端子与内部状态检测单元连接，所述内部状态检测单元还设有两个输出总线端子；所述金属耐压腔体包括筒体、输入端盖和输出端盖，三部分均由高强度耐腐蚀金属材料制成。

进一步的，所述高压直流电能变换单元是基于PWM开关整流的DC/DC开关电源，输入电压为负电压宽范围输入，从-6kVDC至-12kVDC，输出电压为350VDC-400VDC可调，稳压精度在±1V以内。

进一步的，所述两个监测总线端子分别为监测单元供电总线端和监测信号总线端。

进一步的，所述内部状态检测单元是基于单片机结构的数据采集单元，将高压大功率水下直流电能变换器的输入电压、电流，输出电压、电流，过压、过流信号，腔内散热油的油温、油压信息进行采集汇总，然后通过输出总线端子输出。

进一步的，所述油压抑制单元采用充气可压缩结构，有气囊固定在一个框架组成，用于缓解散热油温升后导致油压升高的变化。

进一步的，所述高强度耐腐蚀金属材料采用钛合金或不锈钢。

进一步的，所述输入端盖有两个输入水密连接件接口，输出端盖有四个输出水密连接件接口，整个腔体可根据水深改变腔体壁厚使得其能承受水压0-60MPa。

有益效果：本实用新型的高压大功率水下直流电能变换器具有直接在水下进行大功率的高低压电能变换，并可连续工作，可同时为水下大量的设备供电，解决了传统的水下设备依赖于电池供电弊端的问题。同时，该变换器可通过改变金属耐压腔体的尺寸即可应用在最大水深为6000米的海洋里面，具有极广的应用范围。

附图说明

图1为本实用新型的水下直流电能变换器的结构示意图；

图2为本实用新型的金属耐压腔体结构示意图。

具体实施方式

如图1所示的一种高压大功率水下直流电能变换器的结构示意图。该高压大功率水下直流电能变换器包括高压直流电能变换单元、内部状态检测单元、油压抑制单元、金属耐压腔体4个部分。高压直流电能变换单元、内部状态检测单元、油压抑制单元固定在金属耐压腔体内部，整个腔体内部灌充绝缘散热油用于散热和高压绝缘。

高压直流电能变换单元是一种基于PWM开关整流的DC/DC开关电源，输入电压为负电压宽范围输入，从-6kVDC至-12kVDC，输出电压为350VDC-400VDC可调，稳压精度在±1V以内，具有两个输入端子（a,b,分别为负高压端和地端）和两个输出端子（c，d，分别为输出正压端和地端），此外还有两个监测总线端子（e,f,分别为监测单元供电总线端和监测信号总线端）。

内部状态检测单元是一种基于单片机结构的数据采集单元，可将高压大功率水下直流电能变换器的输入电压、电流，输出电压、电流，过压、过流信号，腔内散热油的油温、油压等信息进行采集汇总，然后通过输出总线端子（c，d）输出到其它地方。

油压抑制单元是一种充气可压缩结构，有气囊固定在一个框架组成，用于缓解散热油温升后导致油压升高的变化。

如图2所示，金属耐压腔体由三部分组成，分别为筒体、输入端盖和输出端盖，三部分均由高强度耐腐蚀金属材料组成，材料可为钛合金、不锈钢，输入端盖有两个输入水密连接件接口，输出端盖由四个输出水密连接件接口，整个腔体可根据水深改变腔体壁厚使得其能承受水压0-60MPa。

输入端盖的两个水密连接件分别与高压直流电能变换单元的输入端子连接，然后再连接到海底观测网系统的高压直流供电端，输出端盖的四个水密连接件分别与高压直流电能变换单元的输出端子、内部状态检测单元的输出总线端子连接，然后再连接到海底观测网系统的其它部件如控制系统。

本高压大功率水下直流电能变换器能够将10kV的高压直流电变换为400V的低压直流电，最大功率达到50kW，并通过机械密封能够应用到最大水深6000米处。该高压大功率水下直流电能变换器具有直接在水下进行大功率的高低压电能变换，并可连续工作，可同时为水下大量的设备供电，解决了传统的水下设备依赖于电池供电弊端的问题。同时，该变换器可通过改变金属耐压腔体的尺寸即可应用在最大水深为6000米的海洋里面，具有极广的应用范围。