基于可重构的海底观测网络次级接驳盒电能分配系统优化研究

摘要

海底观测网络最为关键的技术之一即为电能供给及分配技术，只有正确合理地将岸站提供的电能经过75KM海缆后提供给下端科学设备，保证设备地正常运行，才能发挥海底观测网络的巨大作用。本文针对浙江大学ZERO海底观测网络系统的实际工程需求，首次将可重构技术应用于电能分配系统中，用以增加电能分配系统的鲁棒性、满足科学设备的不同电能需求以及延长系统的生命周期。 首先，本文采用基本可靠性分析、任务可靠性分析及故障树分析三种方法，对次级接驳盒电能分配可重构系统的可靠性进行了分析，建立了系统的基本可靠性框图、任务可靠性框图与故障树等三种基于不同角度的可靠性模型，对系统的可靠性指标（系统可靠度、失效率、平均无故障时间等）进行相应的数学模型描述。在建立次级接驳盒电能分配可重构系统的故障树模型的基础之上，使用蒙特卡罗方法对系统可靠性进行仿真计算，结果表明系统可靠性曲线近似为指数分布曲线，平均无故障时间MTBF约为6.5年，在理论层面上满足接驳盒设计指标。 然后，针对次级接驳盒电能分配可重构系统的设计与实现，本文进行了详细地论述，包括系统硬件层设计与软件层设计。硬件层以vicor电压转换模块为基础，设计了输入保护电路、功率可重构电路、电压可重构电路等具体电路，其中在功率可重构电路中详细地介绍了使能控制电路、均流电路的设计过程。软件层以ADAM-4000系列模块为下位机，以WinCC组态软件为上位机，以ADAM OPCServer为中间桥梁，实现对系统运行状态地实时监控。 最后，本文完成了对系统各项功能的测试实验，包括输入保护电路启动特性测试、主干路电压电流标定实验、功率可重构负载均流电路实验、并联输出支路负载均流电路散热实验、串联输出支路电压重构实验及串联输出支路电能质量实验，顺利实现了浪涌抑制、数据采集、远程监控、功率阵列、电流均分、电压重构等各项功能，系统运行状态良好，有效、可靠地完成了设计目标。

目录

声明

致谢

摘要

1课题研究背景及意义

1．1课题研究背景

1．1．1海底观测网络综述

1．2海底观测网络海内外研究现状

1．2．1国外海底观测网络研究概况

1．2．2国内海底观测网络研究概况

1．3可重构技术与海底观测网络

1．4论文的研究意义及研究内容

1．4．1论文的研究意义

1．4．2论文的研究内容

2次级接驳盒电能分配可重构系统总体方案设计

2．1海底观测网络电能分配系统整体拓扑结构设计

2．2次级接驳盒电能分配与管理系统功能与需求分析

2．3次级接驳盒电能分配可重构系统总体设计方案

2．4本章小结

3次级接驳盒电能分配可重构系统可靠性分析研究

3．1次级接驳盒电能分配可重构系统基本可靠性分析

3．1．1基本可靠性的概念

3．1．2次级接驳盒电能分配可重构系统基本可靠性分析

3．2次级接驳盒电能分配可重构系统任务可靠性分析

3．2．1任务可靠性的概念

3．2．2次级接驳盒电能分配可重构系统任务可靠性分析

3．3次级接驳盒电能分配可重构系统故障树分析

3．3．1故障树分析的概念

3．3．2次级接驳盒电能分配可重构系统故障树的定性分析

3．3．2次级接驳盒电能分配可重构系统故障树的定量分析

3．4基于次级接驳盒电能分配可重构系统故障树的可靠性仿真

3．4．1次级接驳盒电能分配可重构系统可靠性仿真模型

3．4．2可靠性仿真结果分析

3．5本章小结

4次级接驳盒电能分配可重构系统详细设计与实现

4．1系统硬件设计及实现

4．1．1电压输入保护电路设计

4．1．2功率可重构电路设计

4．1．3电压可重构电路设计

4．2系统软件设计及实现

4．2．1软件需求及功能分析

4．2．2下位机控制模块选型

4．2．3上位机软件设计

4．3本章小结

5系统测试与实验

5．1输入保护电路实验与分析

5．1．1输入保护电路启动特性实验与分析

5．1．2输入保护电路电压电流标定

5．2功率可重构电路实验与分析

5．2．1并联输出支路负载均流电路实验与分析

5．2．1并联输出支路负载均流电路散热实验分析

5．3电压可重构电路实验与分析

5．3．1串联输出支路电压重构实验与分析

5．3．2串联输出支路电能质量实验与分析

5．4本章小结

6总结与展望

参考文献