面向海底观测网直流配电的模块化组合式直流变换器关键问题研究

High-Voltage DC converter is the core and guarantee for the electricity supply in the seabed observation network.Aiming at the special requirements of high-voltage, high-power and high-reliable DC power distribution in the seabed observing network, the subject focuses on the key issues in the optimization and control of the modular combined High-Voltage DC converter, and deeply studies the scientific contents in the following three aspects: 1) Topology optimization and operation characteristics and mathematical model of modular combined High-Voltage DC Converter; 2) Power balance control and capacitor current optimization of modular combined High-Voltage DC converter; 3) Voltage stability control of modular combined High-Voltage DC converter. It is expected to propose a high-power, highly-efficient and highly-reliable modular combined High-Voltage DC converter topology and obtain innovative achievements such as power balance control, capacitor current optimization and output voltage stability control of the modular combined High-Voltage DC Converter. The project will promote the development of high-voltage high-power DC conversion technology and provide theoretical guidance for the application of modular combined High-Voltage DC converter in DC distribution of the seabed observing network.

高压直流变换器是海底观测网电能供给的核心与保障，本课题针对海底观测网高压、大功率、高可靠直流配电的特殊要求，围绕模块化组合式高压直流变换器优化与控制的关键问题，深入研究三方面的科学内容：1）模块化组合式高压直流变换器拓扑优化与运行特性及数学模型；2）模块化组合式高压直流变换器功率平衡控制与电容电流优化方法；3）模块化组合式高压直流变换器电压稳定控制方法。期望提出大功率高效高可靠的模块化组合式高压直流变换器优化拓扑，取得模块化组合式高压直流变换器功率平衡控制方法、电容电流优化方法和输出电压稳定控制方法等创新性成果。课题将促进高压大功率直流变换技术的发展，为模块化组合式高压直流变换器在海底观测网直流配电中的应用提供理论指导。

高压直流变换器是海底观测网电能供给的核心与保障，本课题针对海底观测网高压、大功率、高可靠直流配电的特殊要求，围绕模块化组合式高压直流变换器优化与控制的关键问题，深入研究三方面的科学内容：1）针对海底观测网用海底直流电源系统高可靠、宽输入的需求，提出了基于开关电容接入的模块化组合式直流变压器拓扑，能够实现功率模块快速冗余切换及故障限流并匹配输入与输出电压。提出了基于谐振的两级变换型组合式直流变换器拓扑，前端LLC变换器开环定频运行，实现高降压比降压与电气隔离及输入均压，后级Buck变换器稳定输出电压，避免了跨高压反馈控制。2）提出了模块化组合直流变换器多层功率平衡控制方法，解决了组合式直流变换器功率平衡控制的难题；利用模态轨迹法分析了级联多变换器中间电容纹波，采用数学优化方法实现中间电容纹波最小化。3）针对海底直流系统 “黑启动”难题，提出了自回供的启动电路及启动方法，建立了系统阻抗模型，研究了模块化组合式高压直流变换系统的稳定性与稳定控制方法。建立了模块化组合式高压直流变换系统实验平台，研制10kV/100kW直流变换器工程样机，完成了额定功率试验，额定运行效率达96%。成果将促进高压大功率直流变换技术的发展，为模块化组合式高压直流变换器在海底观测网直流配电中的应用提供理论指导。成果的研究将为海洋观测、探测等装备生产与应用企业提供自主控的电能变换装备，促进海洋装备企业与高校的深度产学研合作，形成新的创新驱动力。