[發明專利]一種基于恒流供電的海底觀測網主基站

有效

• 申請號: 201910041377.4
• 申請日: 2019-01-16
• 公開（公告）號: CN109713658B
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: 王肅靜;郭永剛;張元凱;張飛;石璞;曲赫;張廣德;路艷國;張新月
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: H02J1/04
• 分類號: H02J1/04;H04L12/10
• 代理公司: 11472 北京方安思達知識產權代理有限公司
• 代理人: 陳琳琳;楊青<國際申請>=<國際公布>=

本發明公開了一種基于恒流供電的海底觀測網主基站，所述主基站串聯在主干網海纜中；所述主基站通過海纜終端盒分別與岸基站及相鄰主基站連接；所述主基站包括：水下電源和通信控制模塊；所述水下電源用于將岸基站提供的恒流電源轉換成主基站的供電電源和若干備份供電電源，并為通信控制模塊輸出直流恒壓電源，還用于控制主基站的入網和離網；所述通信控制模塊用于通過主控備份的方式監控主基站的內部狀態，將狀態信息和外接設備上傳的數據發送至岸基站；還用于當內部狀態出現故障時，接收岸基站的指令進行故障隔離。本發明提出的恒流供電型海底觀測網主基站具有大功率和高可靠性的優點，避免了恒壓供電型主基站抗海纜故障能力弱、魯棒性不強的問題。

技術領域

本發明涉及海底觀測網技術領域，具體涉及一種基于恒流供電的海底觀測網主基站。

背景技術

海洋科學研究正經歷由海面短暫觀測到海底內部長期連續觀測的變化。海底觀測網是一種利用海底遠程通信技術的新型海洋觀測方式，其實現方式是通過海纜、海底主基站、中繼器等設備向上連接岸基的供電、通信設備，向下連接各種海底觀測設備，實現了對海底觀測設備的高功率連續供電和觀測數據的實時在線獲取。海纜采用傳統的單極銅導體、多芯光纖的海底通信光電復合纜，提供光纖通信和供電鏈路；海底主基站是電能轉換、運行控制、數據通信的樞紐設備，經電能轉換為海底觀測設備提供所需的中低壓電能，并為海底不同觀測設備提供實時數據傳輸、精確對時、狀態控制等功能。因此，海底觀測網在高分辨率、實時傳輸、長期連續原位觀測等方面與傳統海洋觀測手段相比具有不可比擬的優勢，這將從根本上改變人類對海洋的認識。

現有高壓直流輸電技術分為恒壓并聯和恒流串聯兩種供電方式。已建成的海底觀測網多采用恒壓并聯供電方式，即岸基站電源的負高壓電能通過單極性海纜輸出到各個海底主基站，每個海底主基站外接電極以海水為導體形成電能回路，故各主基站和海纜均需承受高電壓，對海底主基站和海纜絕緣要求高，且恒壓并聯系統存在海纜絕緣短路故障易導致系統供電癱瘓的嚴重缺陷。我國淺海海域海纜人為破壞風險大，深海海域海底地震、滑坡頻發，海纜短路故障幾率高，鑒于海底觀測網系統維護成本高昂，采用恒壓供電方式對于我國建設長期業務化運行的海底觀測網絡將構成嚴峻挑戰。恒流串聯供電方式是岸基站電源以恒定電流通過單極性海纜輸出到各個海底主基站，各海底主基站通過海纜串聯連接，海纜末端連接電極或另一端岸基站電源，同樣以海水為回路進行電能輸送，不過隨著逐個主基站的電能消耗，后端主基站和海纜的工作電壓逐步降低，無須所有主基站和海纜均承受高電壓。另外，恒流供電發生海纜短路故障時，系統將以短路故障點為海水回路接地點，岸基電源通過調整供電電壓即可保證系統繼續運行，具有天然的抵抗短路故障的能力，可有效提高系統的魯棒性。因此，恒流串聯供電方式應是我國海底觀測網絡供電系統設計的一種重要選擇。

現有海底主基站通常不具有故障隔離功能，其功能由分支單元(BU)來實現。對于恒壓供電方式的分支單元需具有三個端口，三個端口分別連接BU兩端的主干海纜以及通過分支海纜連接主基站，具體故障隔離實現方式如發明專利“用于海底觀測網系統的分支單元裝置及海纜故障隔離方法”(201510665879.6)所述，通過調整岸基站PFE輸出電壓等級或電壓極性使分支單元進入故障隔離工作模式，再控制內部繼電器進行故障切換等操作。但恒壓供電分支單元進入故障隔離模式后，海底觀測網系統需徹底停機，待完成故障隔離后系統可正常供電后才能恢復作業，影響觀測數據的連續性。恒流型分支單元需設計四個端口，其中兩個連接主干海纜，剩余兩個端口分別連接兩根分支海纜使恒流供電主基站串聯接入系統，極大地增加了施工難度；如不采用雙分支海纜結構即意味著分支海纜為“一進一出”的雙層銅導體海纜，日本DONET海底地震監測系統(主基站功率較小，不大于500W)所采用的雙極性海纜最高工作電壓為5kV，但對于大型綜合性海底觀測網，由于接入設備眾多，所需功率較高(數十kW)，雙極性海纜的耐壓值應為10kV以上，大大降低了雙極性海纜的可靠性，雖然TE SUBCOM公司提出了15kV的雙極性海纜設計方案，但鑒于水下設備電纜空間狹小、高壓絕緣擊穿風險高，尚未見實用案例。