一種實(shí)用型海底光纜傳輸網(wǎng)絡(luò)供電系統(tǒng)

一種實(shí)用型海底光纜傳輸網(wǎng)絡(luò)供電系統(tǒng)馮偉明湖肖松;范濤【摘要】針對(duì)長(zhǎng)距離有中繼海底光纜傳輸網(wǎng)絡(luò)供電難度大和要求高的嚴(yán)峻形勢(shì)，提出了一種實(shí)用型的供電方案.該方案利用岸基電源設(shè)備為海底光纜系統(tǒng)提供高壓恒流電，在海底光纜不同的距離段設(shè)有取電模塊，取電模塊將高壓恒流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的低壓直流電，供水下用電設(shè)備使用.【期刊名稱(chēng)】《光通信技術(shù)》【年(卷)，期】2016(040)006【總頁(yè)數(shù)】3頁(yè)(P56-58)【關(guān)鍵詞】有中繼海底光纜傳輸網(wǎng)絡(luò);供電方案;高壓恒流【作者】馮偉明湖肖松;范濤【作者單位】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十四研究所廣西桂林541004;中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十四研究所廣西桂林541004;中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十四研究所，廣西桂林541004【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類(lèi)】TN929.11長(zhǎng)距離的洲際、島嶼和大陸之間的通信往往會(huì)使用有中繼的海底光纜通信系統(tǒng)，而其中的水下用電設(shè)備需要從岸基對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程供電［1］。海底光纜遠(yuǎn)程供電系統(tǒng)是對(duì)海底光纜傳輸網(wǎng)絡(luò)的中繼設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備輸送穩(wěn)定可靠電能的系統(tǒng)［2］,它是保證海底光纜傳輸網(wǎng)絡(luò)正常工作的基礎(chǔ)。由于海底供電環(huán)境的限制，傳統(tǒng)的交流輸電方式在這里無(wú)法使用，必須選擇直流供電方式［3］。本文設(shè)計(jì)了一種高壓恒流遠(yuǎn)供電系統(tǒng)。該系統(tǒng)由設(shè)置在岸上的岸基電源設(shè)備為光纜提供高壓恒流電，在海底光纜不同距離處設(shè)置的取電模塊將高壓恒流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的低壓直流電供水下用電設(shè)備使用。海底光纜傳輸網(wǎng)絡(luò)高壓恒流供電方案的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。本設(shè)計(jì)方案中的電能傳輸通過(guò)光電混合線纜中的金屬導(dǎo)電層完成。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是：在海底光纜系統(tǒng)兩岸的兩個(gè)登陸點(diǎn)處，分別設(shè)置有一套高壓交流岸基電源設(shè)備，每套設(shè)備都可以單獨(dú)滿足整個(gè)光纜系統(tǒng)的電能需求［4］,水下供電系統(tǒng)采用單回路的連接方式，且通過(guò)海水回流形成電流回路；岸基電源設(shè)備可提供高壓交流電，并將其輸送給水下的轉(zhuǎn)換設(shè)備，水下轉(zhuǎn)換設(shè)備將高壓交流電轉(zhuǎn)換為高壓恒流電輸出，位于海底的遠(yuǎn)端取電模塊就可以通過(guò)光電混合線纜獲取電能，并將其轉(zhuǎn)化為各種不同電壓等級(jí)和電流大小的直流電供海底用電設(shè)備使用。海底用電設(shè)備主要是指光中繼設(shè)備和監(jiān)控探測(cè)設(shè)備等。轉(zhuǎn)換設(shè)備位于海底，主要作用是將岸基電源設(shè)備輸入的高壓交流電轉(zhuǎn)換為高壓恒流直流電，通過(guò)線纜中的金屬導(dǎo)電層傳輸至遠(yuǎn)端，供水下取電模塊使用。2.1轉(zhuǎn)換設(shè)備整體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換設(shè)備的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。轉(zhuǎn)換設(shè)備包括以下4個(gè)部分：電壓調(diào)整單元、電能轉(zhuǎn)換單元、高壓轉(zhuǎn)換單元以及監(jiān)控單元。電壓調(diào)整單元將岸基電源設(shè)備輸送的高壓交流電調(diào)整到所要求電壓大小的交流電后供電能轉(zhuǎn)換單元使用；電能轉(zhuǎn)換單元通過(guò)PFC技術(shù)和DC-DC穩(wěn)壓技術(shù)將該交流電轉(zhuǎn)換為300V恒流電后供高壓轉(zhuǎn)換單元使用；高壓轉(zhuǎn)換單元將電能轉(zhuǎn)換單元輸出的300V恒流電轉(zhuǎn)化為1A/1000V恒流輸出。2.2電壓調(diào)整單元和電能轉(zhuǎn)換單元電壓調(diào)整單元和電能轉(zhuǎn)換單元結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。電壓調(diào)整單元主要是以變壓器為核心的電路結(jié)構(gòu)，它能將輸入的高壓交流電進(jìn)行降壓后輸送給電能轉(zhuǎn)換單元。電能轉(zhuǎn)換單元主要包括以下3個(gè)部分：PFC單元和交-直轉(zhuǎn)換單元、兩組靜態(tài)開(kāi)關(guān)及一組DC-DC穩(wěn)壓?jiǎn)卧?。靜態(tài)開(kāi)關(guān)由兩個(gè)可控硅反向并聯(lián)組成，其關(guān)斷和開(kāi)通均用監(jiān)控系統(tǒng)邏輯器件進(jìn)行控制，其開(kāi)關(guān)速度＜10ms，主要用于旁路與主路之間的轉(zhuǎn)換。PFC單元即功率因素矯正單元，其主要目的是改善電能質(zhì)量，減弱電源設(shè)備對(duì)外輻射和傳導(dǎo)干擾；PFC單元和交-直轉(zhuǎn)換單元一起將變壓器輸出的交流電轉(zhuǎn)化為直流電。DC-DC穩(wěn)壓?jiǎn)卧闹饕δ苁菍⑶岸说闹绷麟娹D(zhuǎn)換為穩(wěn)定的300V恒流電供后端高壓模塊使用。2.3高壓轉(zhuǎn)換單元高壓轉(zhuǎn)換單元的結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。高壓轉(zhuǎn)換單元的主要作用是將前端輸入的300V恒流電轉(zhuǎn)換為1000V的高壓恒流電后輸出。高壓轉(zhuǎn)換單元采用模塊化設(shè)計(jì)，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化模塊內(nèi)設(shè)計(jì)有N個(gè)可插拔式供電模塊，模塊之間采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)形式，其中有M個(gè)正常工作模塊、N-M個(gè)冗余模塊。每個(gè)模塊可提供穩(wěn)定的IA/1000V（I可調(diào)范圍在0.5~1.5之間）的恒流電。2.4監(jiān)控單元供電系統(tǒng)的監(jiān)控單元是整個(gè)海底光纜傳輸網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的一部分，其主要功能是負(fù)責(zé)采集供電系統(tǒng)不同位置處設(shè)備的電壓和電流，并將各類(lèi)信息上傳給遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，以實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制整個(gè)供電系統(tǒng)。取電模塊串接在海底光纜線路的不同位置，其主要功能是把供電線路中的高壓恒流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的低壓直流電，并輸出給水下用電設(shè)備使用。3.1監(jiān)控探測(cè)設(shè)備取電模塊監(jiān)控探測(cè)設(shè)備取電模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。該取電模塊是直流轉(zhuǎn)直流模塊，以串聯(lián)的方式連接在系統(tǒng)中，可將線纜上提供的高壓恒流直流電轉(zhuǎn)換成為水下設(shè)備正常工作所需的低壓直流電，并具有完善的檢測(cè)和保護(hù)功能，內(nèi)部通過(guò)多模塊冗余備份方式提高其可靠性［5］。模塊運(yùn)行的狀態(tài)數(shù)據(jù)由水下信息傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)可對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作。3.2光中繼設(shè)備取電模塊光中繼設(shè)備取電模塊的框圖如圖6所示。光中繼設(shè)備取電模塊是一個(gè)密閉的小型高性能設(shè)備，它不采用DC-DC開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，可與整個(gè)光中繼設(shè)備的電路融為一體，效率和可靠性都很高。光中繼設(shè)備取電模塊串聯(lián)在線纜中，利用激光器工作時(shí)電流恒定的特性，提取部分工作電流，剩余電流輸出給其它中繼設(shè)備使用。設(shè)備具有完善的檢測(cè)和保護(hù)功能，內(nèi)部通過(guò)多模塊冗余備份方式提高取電模塊的可靠性。該供電方案為海底光纜系統(tǒng)提供遠(yuǎn)程供電，在高壓恒流輸出為1A/1000V時(shí)，供電距離可達(dá)一百多千米，并且能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。供電距離和供電電壓等級(jí)可以根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)整，在海底用電設(shè)備電壓要求等級(jí)較低時(shí)，供電系統(tǒng)的供電距離可達(dá)幾百千米，能滿足長(zhǎng)距離海底光纜通信系統(tǒng)的供電要求。在滿足功率和電壓要求條件下還可以通過(guò)增加海底取電模塊數(shù)以擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)數(shù)量，迅速提高水下設(shè)備組網(wǎng)面積和傳輸距離。本文設(shè)計(jì)了用于給海底光纜傳輸網(wǎng)絡(luò)提供電能的高壓恒流供電系統(tǒng)。該供電系統(tǒng)通過(guò)岸基電源設(shè)備、水下轉(zhuǎn)換設(shè)備和海底取電模塊為海底光纜系統(tǒng)提供電能，取電模塊節(jié)點(diǎn)可拓展所有設(shè)備的熱備份，使得系統(tǒng)供電距離遠(yuǎn)、可靠性高。該方案實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)距離中繼海底光纜系統(tǒng)的供電，可廣泛應(yīng)用于解決各種海底用電設(shè)備的供電問(wèn)題?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】［1］于偉經(jīng).海底觀測(cè)網(wǎng)接駁盒供電監(jiān)控系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)［C］.沈陽(yáng)：中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所，2013.［2］蘇彬彬，王紅霞，王希晨，等.恒流遠(yuǎn)程供電系統(tǒng)組網(wǎng)可行性研究［J］.光通信技術(shù)，2014,38(12):51-53.［3］忽冉，周學(xué)軍，程嵐，等.海底光纜網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程供電技術(shù)研究［D］.光釬與電纜及其應(yīng)用技術(shù)，2011.[4]苗輝，周學(xué)軍，樊城，等.海底光纜網(wǎng)絡(luò)岸基恒流供電系統(tǒng)的研究[J].光釬與電纜及其應(yīng)用技術(shù)，2012(4):32-34.[5]ASAKAWAK,MURAMATSUJ,KOJIMAJ,etal.Feasibilitystudyonpowerfeedingsystemforscientificcab