[经验]

基于PPEC的深海电源案例分享

CC_Tasya

2022-8-29 11:19:37

954 数字电源电力电子

在实际的电力电子行业应用中，森木磊石利用PPEC产品开发的深海电源，具备高效率，高可靠，高性能，高冗余的特点，解决了用户深海密闭空间用电难题。

背景需求

在新的国际形势下，当前的国际海洋科学已经进入一个崭新阶段。应对全球气候变化、加强海洋生态文明建设、海洋防灾减灾、海洋资源的开发与保护，以及国家权益与安全等成为海洋强国战略的重要主题。而在深海研究领域，必须实现战略高新技术的新跨越，抢占深海科学认知和高新技术的制高点。

深海要开发，需要建立深海工作站。各种设备的运行都需要提供稳定可靠的电源。这个时候，就需要将陆地上的几KV的电压，通过高压直流变压器，转换成工作站内各种设备的用电电压，给设备运行供电。深海供电对电源的可靠，稳定，效率提出了更高的要求。

难点

深海电源是为水下远距离输电、高压直流输电、实时监测数据而设计的。在千米以下的深海将高压直流电源转换成海底工作站所需要的可调低压直流&交流电源。由于使用环境的特殊性，会有以下特殊指标要求：

1、根据设备用电需求的不同，需要输出各种各样的电流，包含直流，方波，正弦，正选叠加等等。特别是方波的电流，对于电流上升，下降的时间要求都非常高。

2、水下保护，实时上传温度值，超出设定温度范围，电源需要自动保护。电源需要通过桶壁与水进行热交换。由于需要考虑深海压力过大问题，所以桶壁采用铸铁，散热能力较差，如何解决散热问题是需要电源特殊考虑的。

3、由于对输出电流要求高，而输入的电压比较高，所以需要采用多个模块并联的方式来完成，这样就需要考虑多个模块的均流控制，对于控制提出新的挑战。同时对产品的稳定性，可靠性提出了更高的要求。

4、由于出海一次投入的人力，物力，财力都非常地高，所以在设计上就需要考虑冗余，或者考虑模块化设计，保证后续的扩展能力。

技术实现

面对最终客户（中船重工某所）提出的深海电源需求，森木磊石基于PPEC控制器开发的深海电源采用模块化设计，系统的可拓展性高，使得整体技术先进、保护功能完善，具有高效率、高可靠性、高性能、高冗余、高寿命等特点。

整个电源共16个模块串联输入，并联输出，每个模块均基于PPEC控制器研发。10kV直流高压输入，2000A电流输出。满足各类波形在300kW的大功率变频情况下高质量输出。为深海密闭空间使用，电源通过桶壁与水热交换，支持长期满负荷连续工作。得到客户的高度认可！

电源功能技术参数1

序号	参数		指标	备注
1.	工作方式		稳压工作，支持长期满负荷连续工作
2.	环境条件		深海工作，绝缘油浸泡，所有器件需承受35MPa压强长期工作。
3.	功率密度		≥1.5kw/dm3
4.	岸电输入参数	电压	三相4160VAC，±2%
4.	岸电输入参数	频率	400Hz±2%
5.	输出1	输出电压	600V
		输出功率	112kW
		满载电压纹波	≤1%
6.	效率		≥95%
7.	通讯接口		光纤串口
8.	功率因数		≥0.95
9.	启停方式		通讯控制电源启动，停止。
10.	重量		≤400kg	含桶
11.	安装形式		桶式安装
12.	防护等级		IPX-8
13.	冷却方式		油冷
14.	接线方式		端盖进线
15.	保护方式		过压保护
			过流保护
			短路保护
			过温保护
			漏水保护
16.	电压隔离	输入对输出1/2	5000VAC 1min 无击穿
		输入对机壳	5000VAC 1min 无击穿
		输出对机壳	1000VDC 1min 无击穿
17.	绝缘电阻	输入对输出	冷态≥20 MΩ，热态≥2 MΩ
		输入对机壳	冷态≥20 MΩ，热态≥2 MΩ
		输出对机壳	冷态≥20 MΩ，热态≥2 MΩ

电源功能技术参数2

序号	项目		主要技术指标	备注
1	工作环境		水下密闭空间，环境温度4℃~+50℃	水深1000m
2	输入特性	输入电压	DC4000V±10%	高压直流输入
2	输入特性	输入功率	300kW
3	输出特性	输出电流	0~2000A可调	低压交流输出
3	输出特性	输出电压	150V	随阻抗变化
4	转换效率		≥ 90%	额定工况
5	绝缘电阻		输入与机壳对地冷态≥10MΩ，热态≥1MΩ
6	耐压测试		冷态下输入端与机壳地之间能承受DC10kV/1分钟、输出端与机壳地之间能承受DC1kV/1分钟，无击穿或闪烙现象