一种用于ROV的供配电系统的制作方法

本发明涉及水下装备电力系统，尤其是一种用于rov的供配电系统。

背景技术：

1、rov（遥控无人潜水器）是水下无人装备的关键代表，可在各种环境甚至高危海域执行水下探测、监视等任务。供配电系统是rov的核心系统，直接决定rov的续航能力、作业深度及设备安全，没有稳定供电则推进、探测、作业模块全部失效。

2、rov供配电系统首先需要从水面母船将电能在复杂水下环境下长距离、大功率、低损耗地传输至rov，然后通过rov本体电源装置将接收到的电能变换为所需电制并分配给各个负载。随着rov向轻量化、纯电化方向发展，其对设备体积及重量敏感，需要在保证供电可靠性的同时尽可能缩小水下电源的体积和重量。

3、现有供电方式存在以下不足：若采用低压直流从水面向水下供电，为降低线缆损耗，脐带缆必须选用很粗的导体，成本高且缆阻力大，会降低rov的机动性能；若采用低压交流传输并在水下变换为直流，则线缆损耗较高；若采用高压直流方式，水下宽范围直流降压难度大；若采用高压低频交流传输，变压器体积较大，不利于轻量化设计。

4、此外，在rov长距离供电过程中，脐带缆长度、温度和敷设状态会发生变化，负载也存在扰动，导致供电链路等效阻抗动态变化，进而引起末端电压波动，降低供电稳定性和电能质量。现有方案通常在水下采用直流变换器进行被动稳压，难以适应链路参数的快速变化，且增加了水下设备的体积和复杂度。

技术实现思路

1、本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种用于rov的供配电系统，该系统可以降低线缆损耗，提升rov本地电源功率密度，结构简单可靠。本发明的技术方案如下：

2、一种用于rov的供配电系统，包括中压中频电源、脐带缆，以及位于rov端的中频变压器、整流模块和控制板，中频变压器和整流模块置于电源湿舱内，控制板置于电源控制舱内，电源湿舱与电源控制舱之间通过水密连接器实现电能及信号传输；中压中频电源的输入端接入船电，输出端经脐带缆连接至中频变压器的原边，中频变压器的副边连接整流模块的输入端，整流模块的输出端形成直流母线，供rov端负载使用。控制板用于采集直流母线电压、负载电流，并反馈至中压中频电源。

3、中压中频电源内设置有闭环调压控制器，闭环调压控制器被配置为：根据当前反馈数据预测下一周期rov端电压及负载电流变化趋势，结合本地端采集的三相输出线电压有效值，分别计算反馈误差补偿分量、电压趋势补偿分量、链路变化补偿分量和负载扰动补偿分量；自适应调整各补偿分量的权重并加权求和生成rov端直流母线的修正电压参考值；依据修正电压参考值与实测母线电压的偏差经pid控制调节中压中频电源的输出电压。

4、其进一步的技术方案为，系统还可包括油压补偿器，电源湿舱内填充变压器油，油压补偿器通过油管与电源湿舱连通，用于调节电源湿舱内部压力以使舱内外压力平衡，从而降低电源外壳厚度、减小体积重量。

5、其进一步的技术方案为，系统还可包括dc/dc模块和ac/dc电路板，dc/dc模块和ac/dc电路板均置于电源控制舱内。dc/dc模块的输入端通过水密连接器接入直流母线，输出端输出低压直流电，用于向rov端的低压负载供电。

6、ac/dc电路板的输入端通过水密连接器接入中频变压器输出的中频交流电，输出端与控制板电性连接，用于将中频交流电整流变换为低压直流电，向控制板供电。

7、其进一步的技术方案为，根据当前反馈数据预测下一周期rov端电压及负载电流变化趋势的方法相同，对于下一周期rov端电压趋势的预测方法，包括：

8、基于相邻采样周期测得的直流母线电压依次计算当前周期的一阶电压变化量和二阶电压变化量；

9、采用离散趋势外推得到下一周期rov端电压趋势的预测值表示为：

10、

11、其中，为当前采样周期测得的rov端直流母线电压。

12、其进一步的技术方案为，计算反馈误差补偿分量和电压趋势补偿分量，包括：

13、计算rov端直流母线的电压参考值和实测值之间的差值，得到反馈误差补偿分量；

14、计算当前采样周期测得的rov端直流母线电压和下一周期rov端电压趋势的预测值之间的差值，得到电压趋势补偿分量。

15、其进一步的技术方案为，计算链路变化补偿分量，包括：

16、构建系统供电链路的离散参数模型，并进行在线辨识得到下一周期模型参数更新值；

17、基于辨识得到的参数更新值和下一周期rov端负载电流的预测值，计算下一周期供电链路的综合压降预测值，表示为：

18、

19、计算下一周期与当前周期供电链路的综合压降预测值之间的差值，得到链路变化补偿分量；

20、其中，为脐带缆导体电阻及回路接触电阻的等效电阻，为脐带缆分布电感、中频变压器漏感、滤波回路电感共同形成的等效电感，为中频变压器及整流模块固有的压降偏置；为当前采样周期测得的rov端负载电流，为采样周期时长。

21、其进一步的技术方案为，对离散参数模型进行在线辨识得到下一周期模型参数更新值，包括：

22、基于同步采样的三相输出线电压有效值和rov端直流母线电压计算供电链路综合压降观测值，并利用离散参数模型预测综合压降，其中表示为：

23、

24、计算综合压降观测值与预测值之间的辨识误差，采用带归一化项和物理边界投影的在线更新方式迭代更新各模型参数，表示为：

25、

26、其中，为交流—直流等效换算系数；为预先设定的对角正定参数更新增益矩阵；，为相邻采样周期测得的负载电流变化量；为防止分母为零的正数；为物理边界投影算子。

27、其进一步的技术方案为，计算负载扰动补偿分量，包括：

28、基于相邻采样周期测得的负载电流依次计算当前周期的一阶电流变化量和二阶电流变化量；

29、根据负载电流的一阶和二阶变化量估计负载扰动所对应的电压补偿分量，表示为：

30、

31、其中，和为电流—电压扰动换算系数。

32、其进一步的技术方案为，自适应调整各补偿分量的权重，包括：

33、计算各补偿分量的滑动均方根，依据补偿分量绝对值与对应滑动均方根的比值得到状态显著度，表示为：

34、

35、结合各补偿分量的基准权重和状态敏感系数计算未归一化权重，表示为：

36、

37、对未归一化权重进行归一化处理，使所有权重之和为1；

38、其中，依次对应反馈误差补偿分量、电压趋势补偿分量、链路变化补偿分量和负载扰动补偿分量；为防止分母为零的正数。

39、其进一步的技术方案为，将归一化权重与对应补偿分量加权求和，生成rov端直流母线的修正电压参考值，表示为：

40、

41、其中，为初始设置的rov端直流母线的电压参考值；和为修正电压参考值上下限；表示限幅函数。

42、本发明的有益技术效果是：

43、第一，本技术通过中压中频电源将低压工频电变换为中压中频电进行远距离传输，提高传输电压有利于降低线缆传输损耗，提高传输频率有利于降低水下中频变压器的体积，从而提升水下电源的功率密度。

44、第二，本技术通过控制板采集rov端母线电压、负载电流等反馈至水面中压中频电源，由闭环调压控制器对供电链路等效参数进行在线辨识，能够实时跟踪脐带缆长度、温度和敷设状态变化引起的链路阻抗变化，有利于提高长距离供电系统末端电压的稳定性。

45、第三，本技术通过计算反馈误差、电压趋势、链路变化和负载扰动四个补偿分量，并自适应调整各分量权重，使系统在不同工况下均能合理分配各控制因素的作用，有利于提升复杂水下环境下的电能质量和运行可靠性。

46、第四，本技术采用油压补偿的电源湿舱结构，通过油压补偿器调节湿舱内外压力平衡，能够降低电源外壳厚度，有利于减小水下电源的体积和重量，提升功率密度。