0、后端盖组件300和筒身400。
[0030]如图2-图4所示，前端盖组件100包括前端盖108、2个第二 O型密封圈107、3个第一水密连接器104和2个第二水密连接器105、保护罩101。其中，3个第一水密连接器104均用于中压直流输出，每个水密连接器104均可独立输出中压直流电，2个第二水密连接器105分别连接高压直流输入的正端+和负端_，用于高压直流输入。第一水密连接器104和第二水密连接器105均带有外螺纹，并安装在前端盖108相应的内螺纹上，第一水密连接器104和第二水密连接器105各带有一个第一 O型密封圈106，通过螺纹锁紧挤压第一 O型密封圈106实现水密连接器和前端盖108之间的密封。保护罩101通过第一螺栓102安装在前端盖108—侧上，并套于3个第一水密连接器104和2个第二水密连接器105外。前端盖组件100与高压直流变换器200之间通过第八螺栓109连接，与筒身400之间通过第二螺栓103连接，且通过第二 O型密封圈107实现与筒身400之间的密封。
[0031]如图5-图7所示，后端盖组件300包括后端盖304、2个第三O型密封圈303和油压补偿器301。油压补偿器301通过第七螺栓302固定在下端盖304上。后端盖组件300与筒身400之间通过第八螺栓305连接，且通过第三O型密封圈303实现与筒身400之间的密封。
[0032I为了避免海水腐蚀，上述前端盖108、后端盖304、筒身400和保护罩101均采用钛合金制造。
[0033]如图7-图11所示，高压直流变换器200包括高压启动模块202、高压高频开关直流变换模块206和输出滤波模块209以及这些模块的安装结构，高压启动模块202通过螺栓201安装在上连接环203上，高压高频开关直流变换模块206通过螺栓205安装在散热支架207上，输出滤波模块209通过螺栓211安装在下连接环上。上连接环203和下连接环208与散热支架207之间分别通过螺栓204和螺栓210连接。
[0034]上述耐压密封腔体内充满用于高压高频开关直流变换模块206对流散热和高压绝缘的电子氟化液，该电子氟化液的体积随自身温度的上升而增大。若无油压调节模块，若因腔体外部环境温度上升或腔体内部电路模块运行发热等原因引起腔体内部电子氟化液的温度上升，高压启动模块202、高压高频开关直流变换模块206和输出滤波模块209将承受较大的压力，可导致电路模块的性能下降甚至失效。上述油压补偿器301为两端密封的波纹管结构，采用不锈钢制造，内为真空，其波纹可随外部压力的变化而伸缩，引起油压补偿器301的体积变化。油压补偿器301在常压下处于平衡状态时，其波纹处于中间状态，使得油压补偿器301的体积也处于中间状态。当腔体外部环境温度上升或腔体内部电路模块运行发热等原因引起腔体内部环境温度上升，造成电子氟化液体积膨胀时，油压补偿器301的波纹相应压缩，反之亦然，从而在一定程度上补偿电子氟化液因温度变化引起的体积变化，稳定电子氟化液施加在高压启动模块202、高压高频开关直流变换模块206和输出滤波模块209的压力，从而提高电路模块的运行稳定性和可靠性。
[0035]如图13所示，高压高频开关直流变换模块206采用高频脉冲宽度调制PulseWidthModulat1n，P丽的移相控制全桥拓扑，并采用高频变压器隔离原边和副边，减小故障传播概率。为进一步提尚功率开关器件的耐压能力和可靠性，尚压尚频开关直流变换t旲块206在隔离变压器之前逆变部分采用多个高压IGBT如4个1200V耐压的IGBT串联后作为一个功率开关器件使用，高压高频开关直流变换模块206在隔离变压器之后的整流部分也采用多个高压二极管串并联如四个二极管两两串联后再并联，作为一个整流二极管使用。高压高频开关直流变换模块206采用的全桥拓扑需要采用四个上述功率开关器件，采用的全桥整流需要四个上述整流二极管。
[0036]如图14-图17所示，单个高压高频开关直流变换模块206的输入电压范围为IkV-3kV，最高输出电压为400V，最大输出电流为25A，最高开关频率为25kHz。高压直流变换器200根据实际输入电压范围选择安装1、2、3或4个高压高频开关直流变换模块206，多个所述的高压高频开关直流变换模块206采用ISOP组合结构，从而实现lkV-3kV、2kV-6kV、3kV-9kV或4kV-12kV的高压直流电到400V中压直流电的降压变换。
[0037]上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.海底高压直流变电装置，包括高压直流变换器(200)、上连接环(203)、散热支架(207)、下连接环(208)和耐压密封腔体，其特征在于所述高压直流变换器(200)、上连接环(203)、散热支架(207)和下连接环(208)均安装于耐压密封腔体内，所述耐压密封腔体由前端盖组件(100)、筒身(400)和后端盖组件(300)依次连接而成，所述前端盖组件(100)包括前端盖(108)、第二 O型密封圈(107)、第一水密连接器(104)、第二水密连接器(105)和保护罩(101)，所述第一水密连接器(104)和第二水密连接器(105)均带有外螺纹，且分别安装于前端盖(108)—侧相应的内螺纹上，所述第一水密连接器(104)和第二水密连接器(105)与前端盖(108)连接处通过螺纹锁紧挤压第一 O型密封圈(106)实现密封;所述第二水密连接器(105)用于输入高压直流电，所述第一水密连接器(104)用于输出中压直流电；所述保护罩(101)通过第一螺栓(102)安装于前端盖(108)—侧上，且套于第一水密连接器(104)和第二水密连接器(105)外;所述后端盖组件(300)包括后端盖(304)、第三O型密封圈(303)和油压补偿器(301)，所述油压补偿器(301)通过第七螺栓(302)固定于下端盖(304)—侧上，所述前端盖(108)另一侧与高压直流变换器(200)之间通过第八螺栓(109)连接;所述高压直流变换器(200)安装于耐压密封腔体内，高压直流变换器(200)包括高压启动模块(202)、高压高频开关直流变换模块(206 )、输出滤波模块(209 )、上连接环(203 )、下连接环(208 )和散热支架(207)，高压启动模块(202)、高压高频开关直流变换模块(206)和输出滤波模块(209)依次连接，所述高压启动模块(202)通过第九螺栓(201)安装于上连接环(203)上，所述高压高频开关直流变换模块(206)通过第四螺栓(205)安装于散热支架(207)上，所述输出滤波模块(209)通过第六螺栓(211)安装于下连接环(208)上，所述上连接环(203)和下连接环(208)与散热支架(207)之间分别通过第三螺栓(204)和第五螺栓(210)连接;所述高压高频开关直流变换模块(206)采用一个或多个高压IGBT串联后作为一个功率开关器件使用，且采用四个所述的功率开关器件构建高频变压器隔离的脉冲宽度调制(Pulse WidthM0dulati0n，PffM)移相控制全桥拓扑，所述的高压高频开关直流变换模块(206)的输入电压范围为lkV-3kV，最高输出电压为400V，最大输出电流为25A，最高开关频率为25kHz。2.根据权利要求1所述的海底高压直流变电装置，其特征在于所述前端盖组件(100)和后端盖组件(300)与筒身(400)连接处分别设置第二O型密封圈(107)和第三O型密封圈(303)，实现前端盖组件(100)和后端盖组件(300)与筒身(400)之间的密封。3.根据权利要求1所述的海底高压直流变电装置，其特征在于所述高压直流变换器(200)根据实际输入电压范围选择安装1、2、3或4个高压高频开关直流变换模块(206)，多个所述的高压高频开关直流变换模块(206)采用输入串联输出并联组合结构，从而实现IkV-3kV、2kV-6kV、3kV-9kV或4kV-12kV的高压直流电到400V中压直流电的降压变换。4.根据权利要求1所述的海底高压直流变电装置，其特征在于所述耐压密封腔体内充满用于所述的高压高频开关直流变换模块(206)对流散热和高压绝缘的电子氟化液，所述的油压补偿器(301)则用于补偿电子氟化液因为温升引起的体积膨胀，从而稳定耐压密封腔体内部施加到高压高频开关直流变换模块(206)上的压力。
【专利摘要】本发明涉及一种海底高压直流变电装置，包括高压直流变换器和耐压密封腔体，高压直流变换器包括高压启动模块、高压高频开关直流变换模块和输出滤波模块。高压高频开关直流变换模块采用多个高压IGBT串联后作为一个功率开关器件使用，且采用四个功率开关器件构建高频变压器隔离的脉冲宽度调制移相控制全桥拓扑。多个高压高频开关直流变换模块采用输入串联输出并联组合结构，实现高压直流电到400V中压直流电的降压变换。耐压密封腔体内充满电子氟化液，并设油压补偿器来补偿电子氟化液因温升引起的油压变化。本发明组合结构简单，机电集成简单紧凑、功率密度大，易于装配、检修和维护；该装置的输入电压范围很宽，可根据实际应用需要，灵活配置基本的模块个数，对不同输入电压等级的适应能力强。
【IPC分类】H02M3/155
【公开号】CN105634273
【申请号】CN201610145537
【发明人】吕枫, 周怀阳
【申请人】同济大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年3月15日