能够实现长期、连续、实时和原位海底观测,并具有强大的电能供给能力、超高的数据通讯带宽和高精度时间同步的缆系海底观测网,正成为深海科学研究和海洋国防安全的重要手段之一。恒流输电缆系海底观测网具有抵抗输电缆短路故障能力强,可靠性高,鲁棒性好等优点,在地震、海啸监测,海洋军事观测,跨洋通讯缆二次利用等领域具有广阔应用前景,而我国在恒流输电缆系海底观测网领域技术非常薄弱,几乎处于空白状态。本文针对建设恒流输电缆系海底观测网面临的恒流输电机理,恒流恒压电能变换,负载自适应能量管理,水下散热以及高精度时间同步等几个关键核心技术展开研究。本文对单节点恒流输电稳定性展开研究,分析得出传统DC/DC变换器在恒流供电节点接驳盒应用中的不稳定特性以及稳定化的解决方法。对恒流分支单元进行了理论研究和方案设计,并通过软件仿真验证了恒流分支功能。研究了恒流输电缆系海底观测网络拓扑结构,并对不同拓扑结构系统的抗短路故障特性进行了仿真研究,得出不同结构恒流输电网络的可靠性高低。综合考虑系统体积、电能变换效率、可靠性以及输入输出电压和功率等级等多方面因素,本论文提出采用推挽拓扑和输入串联输出并联的多模块堆叠结构的恒流恒压电能变换系统。针对恒流输电系统稳定性特性问题,分析设计了用于功率补偿作用的功率平衡器,并对基于共占空比的功率平衡器控制策略进行了研究。设计了在低频段具有高增益,在中频段具有足够相位裕量,在高频段能有效抑制高频干扰功能的补偿控制器。针对恒流输电缆系海底观测网能量利用率差,功率平衡器温升过高的缺点,设计了负载自适应能量管理系统和基于负载自适应能量管理的功率平衡器散热系统。系统能根据实际负载功耗调整恒流恒压电能变换系统的输入功率,提高能量利用效率,带弹性调节机构的功率平衡器散热系统能适应深海应用环境。通过软件仿真验证了负载自适应能量管理系统和功率平衡器散热系统的有效性。对网络时间协议(NTP)和精确时间协议(PTP)同步技术进行了理论分析和研究,并采用NTP、PTP和秒脉冲(PPS)相结合的方式,构建了恒流输电缆系海底观测网高精度时间同步系统。在实验室环境下搭建了试验平台,主要对PTP和PPS信号在不同背景流量和不同时钟模式下的时间同步精度进行了试验研究。试验结果表明通讯链路背景流量越轻,PTP和PPS信号同步精度越好;透明时钟模式下的同步精度要略优于边界时钟模式,但当节点数量不多,拓扑结构不复杂时,时钟模式对信号同步精度影响并不大。论文开发研制了 1 A/400 V恒流输电缆系海底观测网接驳盒样机。在实验室环境下验证了恒流恒压电能变换技术、负载自适应能量管理技术、散热技术、高精度时间同步技术等关键技术的可行性。最后对接驳盒样机进行了集成测试和实验室水池试验,验证了系统功能的可行性和可靠性。恒流输电缆系海底观测网系统样机的研制以及水池试验的成功完成,充分说明了本文所研究的恒流恒压电能变换、负载自适应能量管理、水下密闭腔体散热、高精度时间同步等关键技术具有较强的可用性和可靠性,为今后研究和建设长期实用型的多节点恒流输电缆系海底观测网提供了理论依据和技术支持。