[發(fā)明專利]一種海底分布式中繼充電系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011481803.5
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112636422A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙錦波;何少佳;王琦思;胡云耕;楊洋
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢船舶通信研究所（中國船舶重工集團公司第七二二研究所）
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J50/10
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務(wù)所(普通合伙) 42224
• 代理人: 王聰聰

本發(fā)明公開了一種海底分布式中繼充電系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括鋪設(shè)在水下的網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)的主干供電網(wǎng)絡(luò)，該主干供電網(wǎng)絡(luò)從岸基遠供電源獲取電能；在主干供電網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)上間隔設(shè)置有多個水下充電站，每個水下充電站從主干供電網(wǎng)絡(luò)上獲取電能并采用非接觸充電方式給水下移動裝備充電；水下移動裝備通過主干供電網(wǎng)絡(luò)上的各水下充電站進行中繼接力充電以延長續(xù)航時間；由于水下充電站為分布式布局，水下移動裝備一旦發(fā)生電能不足情況，可定位到就近的水下充電站完成電能補給，無需返航到母港或母船，可實現(xiàn)連續(xù)不間斷作業(yè)，具有極高的隱蔽性。本發(fā)明有效解決水下移動裝備的能源動力瓶頸問題，極大拓展水下裝備的續(xù)航能力和部署率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于海底遠程供電技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種海底分布式中繼充電系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

當(dāng)前我國正在推動海洋強國發(fā)展戰(zhàn)略，其中水下移動裝備在海洋勘測和開發(fā)以及海底偵測與作戰(zhàn)中有著不可替代的作用。在巨大現(xiàn)實需求驅(qū)動下，各種民用和軍事水下移動裝備得到了快速發(fā)展，例如水下潛艇、水下UUV、水下機器人等。現(xiàn)實需求也對這些水下移動裝備提出了越來越多的功能要求，這些新型裝備功能多樣化，集偵測、巡航、跟蹤、作戰(zhàn)于一體。水下巡航和水下作業(yè)時間要求達到幾個月或者幾年，對水下可靠性和隱蔽性要求極高。然而這些水下移動裝備的現(xiàn)有動力來源主要是動力電池。受限于現(xiàn)有動力電池能量密度瓶頸，水下移動裝備的單次充電續(xù)航能力十分有限，大大削弱了其作業(yè)與作戰(zhàn)效能。為了增加水下裝備的續(xù)航能力和部署時間，常采取回到母港/母船、打撈上岸重新補給電能的方法。這種方式增加了兩次任務(wù)的時間間隔，大大降低了水下裝備的部署率和隱蔽能力。

總的來說，水下移動裝備的現(xiàn)有能源供給模式與其能源需求之間的矛盾越來越突出，水下移動裝備的現(xiàn)有能源補給方式不能較好滿足應(yīng)用需求。急需要一種可覆蓋任務(wù)海域的水下電能補給系統(tǒng)，解決水下移動裝備的能源動力瓶頸，使水下移動裝備可在不回到母港/母船以及打撈回收的前提下，完成水下能量中繼接力補給，極大延長執(zhí)行水下任務(wù)的時間，從而有效提升水下移動裝備的作業(yè)與作戰(zhàn)效能。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的至少一個缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種海底分布式中繼充電系統(tǒng)及方法。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種海底分布式中繼充電系統(tǒng)，包括鋪設(shè)在水下的主干供電網(wǎng)絡(luò)，所述主干供電網(wǎng)絡(luò)具有由多條輸電線纜構(gòu)成的網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，該主干供電網(wǎng)絡(luò)從岸基遠供電源獲取電能；

在主干供電網(wǎng)絡(luò)上間隔設(shè)置有多個水下充電站，每個所述水下充電站從網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)上獲取電能，并采用非接觸充電方式給水下移動裝備充電；所述水下移動裝備通過主干供電網(wǎng)絡(luò)上的各水下充電站進行中繼接力充電以延長續(xù)航時間。

優(yōu)選的，上述海底分布式中繼充電系統(tǒng)，所述水下充電站設(shè)置在主干供電網(wǎng)絡(luò)的各網(wǎng)格節(jié)點上，使每個水下充電站可以通過多條路徑從岸基遠供電源獲取電能。

優(yōu)選的，上述海底分布式中繼充電系統(tǒng)，所述主干供電網(wǎng)絡(luò)與岸基遠供電源之間采用直流供電方式進行電能傳輸。

優(yōu)選的，上述海底分布式中繼充電系統(tǒng)，所述水下充電站包括非接觸充電單元、控制單元和導(dǎo)航通信單元；

所述非接觸充電單元用于將從主干供電網(wǎng)絡(luò)上獲取的直流電轉(zhuǎn)換為水下移動裝備所需的交流電，并在控制單元發(fā)送的充電指令的觸發(fā)下將所述交流電以非接觸方式傳遞給水下移動裝備；

所述導(dǎo)航通信單元用于按照一定的時間周期發(fā)出廣播信號，引導(dǎo)需要進行電能補給的水下移動裝備與非接觸充電單元進行對接；

所述控制單元用于接收與非接觸充電單元對接完成的水下移動裝備發(fā)出的充電請求，根據(jù)所述充電請求向非接觸充電單元發(fā)出所述充電指令。

優(yōu)選的，上述海底分布式中繼充電系統(tǒng)，所述非接觸充電單元包括高頻逆變模塊、補償網(wǎng)絡(luò)和耦合對接裝置；

所述高頻逆變模塊用于將主干供電網(wǎng)絡(luò)提供的直流電逆變?yōu)樗乱苿友b備所需頻率的交流電；