[發明專利]一種樹型拓撲結構的水下供電系統

在審

• 申請號: 202011136103.2
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112260259A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 朱明;潘進豪;覃振權;王雷;馬艷華;羅鐘鉉
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H02J1/10
• 分類號: H02J1/10;H02J7/34
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明屬于水下充電領域，提供了一種樹型拓撲結構的水下供電系統，由岸站和供電節點組成；水下供電系統為無纜水下機器人持續提供電能，減少無纜水下機器人返回母船充電的次數，提高無纜水下機器人的工作效率，本發明使用節點電池組向無纜水下機器人充電，能實現快速且大功率的功率輸出，解決線纜傳輸能量有限的問題，本發明采用單線輸電海水環路的方式減少損耗，同時陽極設置在岸站方便維修更換。

技術領域

本發明屬于水下充電領域，特別涉及一種樹型拓撲結構的水下供電系統。

背景技術

海洋具有巨大的經濟價值、科研價值和生態價值。近年來我國加大對海洋開發相關技術的投資，海洋監測相關設備的研發得到飛速發展，特別是無纜水下機器人越來越多樣化。目前的無纜水下機器人由于作業需求和穩定性限制了自身攜帶的電池組的大小，這導致無纜水下機器人在作業過程中需要定期返回母船進行能量補充，這大大限制了無纜水下機器人的作業范圍，同時效率低下。

發明內容

為解決技術背景中的問題，本發明提供一種樹型拓撲結構的水下供電系統。

本發明的技術方案：

一種樹型拓撲結構的水下供電系統，主要由岸站和供電節點組成；

所述岸站主要由控制系統、AC/DC換流器和直流斷路器組成，控制系統通過信號線與AC/DC換流器相連，AC/DC換流器通過電纜與直流斷路器相連；AC/DC換流器為基于IGBT串聯的換流器，主要用于岸站直流配網同外部公共交流系統的連接；

所述供電節點主要由監測模塊、DC/DC轉換器、外置接口、直流斷路器、穩壓模塊和控制模塊組成；監測模塊通過信號線與電池組相連，控制模塊通過信號線分別和監測模塊、DC/DC換流器相連，直流斷路器、DC/DC換流器、電池組和穩壓模塊通過電纜依次相連，穩壓模塊通過電纜和供電節點的三個外置接口分別相連；DC/DC轉換器為直流變壓器用于供電節點間不同電壓等級系統之間的連接。

所述的監測模塊用于監測電池組電量，內部有一供電權重w_i記錄該節點電池組所需要的充電電量的數值，規定電池組放電以單位放電電量e給無纜水下機器人供電，無纜水下機器人充滿狀態消耗電池組電量為單位放電電量e的整數倍，供電權重w_i為整數。

所述的岸站和供電節點內部均有直流斷流器保護，防止某個供電節點短路對其他供電節點或者岸站產生破壞。

所述的樹型拓撲結構的水下供電系統采用單線輸電的方式，在岸站設置陽極，供電節點設置陰極。

所述的岸站連接多個供電節點，供電節點同樣連接多個供電節點，根據實際工作規模需要連接，最終形成樹型拓撲結構。

該樹型拓撲結構的水下供電系統的供電方式如下：

步驟一：根據實際規模構建樹型拓撲結構的水下供電系統，假設水下供電系統由岸站和N個供電節點組成；剛開始條件下所有供電節點為滿電量，監測模塊記錄該節點的供電權重w_i為0；所有供電節點的控制模塊將自身的供電權重w_i發送給其直接連接的上一級節點，同理該上一級節點將自身供電權重w_i及其接收的供電權重w_i組一起發送給其直接連接更高級節點，最后岸站控制系統得到樹型結構的供電權重w_i組；

步驟二：當無纜水下機器人在水下供電系統覆蓋范圍工作到低電量時，無纜水下機器人靠近最近的供電節點i，根據自身選擇外置接口，連接外置接口后供電節點i電池組電能依次通過穩壓模塊和外置接口以單位供電量e對無纜水下機器人進行供電,無纜水下機器人達到充滿狀態共消耗供電節點i電池組ke電量，該節點的監測模塊通過監測電池組電量更新所記錄的供電權重w_i為k，無纜水下機器人達到充滿狀態離開供電節點i；