一種mmc換流閥的冷卻系統(tǒng)及其冷卻方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種MMC換流閥的冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括熱管散熱器和散熱風道，MMC換流閥模塊間隔并排排列，在每排MMC換流閥模塊的前后兩側分別設置散熱風道，其改進之處在于，將熱管散熱器的蒸發(fā)端設置在MMC換流閥模塊的IGBT發(fā)熱面上，將熱管散熱器的冷凝端伸入散熱風道。和現(xiàn)有技術比，本發(fā)明提供的MMC換流閥的冷卻系統(tǒng)及其冷卻方法，解決了MMC換流閥瞬時損耗大、平均損耗小的散熱問題，散熱性能突出；避免了原有冷卻系統(tǒng)中存在的漏水、磨損問題。
【專利說明】一種MMC換流閥的冷卻系統(tǒng)及其冷卻方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種MMC換流閥的冷卻系統(tǒng)，具體講涉及一種MMC換流閥的冷卻系統(tǒng)及其冷卻方法。
【背景技術】
[0002]隨著我國高壓直流輸電技術的日益成熟，直流輸電工程建設正處于發(fā)展的黃金期。直流輸電具有輸電容量較大、效率高、損耗低、控制靈活等優(yōu)點，而換流閥系統(tǒng)作為直流輸電的心臟，是直流輸電的關鍵設備，其工作電壓等級高、輸送功率大，在運行時會產生大量的熱量，只有解決了換流閥的冷卻問題，才能使其可靠輸電成為可能。因此，換流閥的冷卻系統(tǒng)在直流輸電系統(tǒng)中具有重要作用，需要非常高的可靠性。
[0003]MMC換流閥，如圖1所示，是基于模塊化多電平技術的IGBT (Insulated GateBipolar Transistor,高功率絕緣柵雙極晶體管)換流閥，主要應用于柔性直流輸電系統(tǒng)中。由于MMC換流閥各個子模塊中每個器件的電流不一致，導致各個器件的損耗不平均。MMC換流閥子模塊損耗仿真波形圖，如圖2所示，子模塊損耗既存在瞬時損耗非常大的時亥IJ，又存在瞬時損耗幾乎為O的時刻。因此，MMC換流閥的損耗具有瞬時損耗大、平均損耗小的特點，其相應的冷卻方案應在總的散熱量上滿足平均損耗的要求，且具有足夠良好的導熱性能，以保證在大的瞬時損耗情況下將熱量迅速傳導出去。
[0004]目前投運的柔性直流輸電工程用MMC閥全部采用水冷系統(tǒng)進行散熱，相比風冷系統(tǒng)而言，水冷系統(tǒng)冷卻能力大，但是水冷卻系統(tǒng)卻存在一些缺陷，包括電解腐蝕與沉積、密封墊圈腐蝕老化、電機或軸承長時間運行機械磨損嚴重等問題，導致目前運行的直流工程換流閥水冷卻系統(tǒng)在運行一段時間之后，易發(fā)生堵塞、漏水異常，從而引起元件過熱以及直流系統(tǒng)被迫停運，嚴重影響直流輸電系統(tǒng)的安全可靠運行。

【發(fā)明內容】

[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種MMC換流閥的冷卻系統(tǒng)及其冷卻方法，解決了 MMC換流閥瞬時損耗大、平均損耗小的散熱問題，散熱性能突出；避免了原有冷卻系統(tǒng)中存在的漏水、磨損問題。
[0006]本發(fā)明的目的是采用下述技術方案實現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明提供的一種MMC換流閥的冷卻系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括熱管散熱器和散熱風道，MMC換流閥模塊間隔并排排列，在每排MMC換流閥模塊的前后兩側分別設置所述散熱風道，其改進之處在于，將所述熱管散熱器的蒸發(fā)端設置在MMC換流閥模塊的IGBT發(fā)熱面上，將熱管散熱器的冷凝端伸入散熱風道。
[0008]其中，在所述散熱風道入口處設置鼓風機。
[0009]其中，所述熱管散熱器包括金屬管、吸液芯和工作介質，所述吸液芯設置在金屬管的內壁上，所述金屬管內抽真空后注入工作介質。
[0010]其中，所述金屬管為銅或鋁或碳鋼或不銹鋼或合金鋼。[0011]其中，所述吸液芯為毛細多孔材料。
[0012]其中，所述工作介質為氨或水或丙酮或甲醇。
[0013]其中，在所述熱管散熱器的冷凝端設置散熱翅片。
[0014]其中，所述MMC換流閥的可傳輸?shù)淖畲笥泄β蕿?0MW ;工頻周期為0.02s ;直流側電壓為72kV ;交流側電壓為35kV ;功率因數(shù)角為0° ;單個橋臂模塊數(shù)量為48。
[0015]其中，所述MMC換流閥的冷卻系統(tǒng)之間通過設置穿墻套管進行電氣連接。
[0016]本發(fā)明基于另一目的提供的MMC換流閥的冷卻方法，其改進之處在于，所述方法包括下述步驟:
[0017]UMMC換流閥模塊間隔并排排列，每排MMC換流閥模塊的前后兩側設置散熱風道；
[0018]2、在散熱風道的入口處設置鼓風機；
[0019]3、將熱管散熱器的蒸發(fā)端設置在MMC閥模塊的IGBT發(fā)熱面上，熱管散熱器數(shù)量由閥模塊總的發(fā)熱量及單根熱管散熱器的散熱量決定，將熱管散熱器的冷凝端伸入散熱風道，使其自然風冷；
[0020]4、在自然風冷狀態(tài)，當MMC換流閥的溫度高于警戒溫度時，在熱管散熱器的冷凝端安裝散熱翅片，同時啟動鼓風機采用強迫風冷。
[0021]與現(xiàn)有技術比，本發(fā)明達到的有益效果是:
[0022]1、解決了 MMC換流閥瞬時損耗大、平均損耗小的散熱問題，散熱性能突出；
[0023]2、取消了以往復雜的水冷系統(tǒng)，避免漏水現(xiàn)象的發(fā)生；
[0024]3、避免因存在運動部件而引起的噪聲、磨損等問題；
[0025]4、維護工作量小，節(jié)能環(huán)保，極大提高了工作效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是:本發(fā)明提供的MMC換流閥的基本結構圖；
[0027]圖2是:本發(fā)明提供的MMC換流閥子模塊損耗仿真波形圖；
[0028]圖3是:本發(fā)明提供的MMC換流閥冷卻系統(tǒng)示意圖；
[0029]圖4是:本發(fā)明提供的MMC換流閥冷卻系統(tǒng)之間的連接示意圖；
[0030]圖5是:本發(fā)明提供的MMC換流閥冷卻系統(tǒng)的熱管散熱器的結構示意圖；
[0031]其中:1、鼓風機；2、熱管散熱器；3、MMC換流閥模塊；4、散熱風道；5、穿墻套管；6、金屬管；7、吸液芯；8、工作介質。
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0033]本實施例以MMC換流閥的冷卻系統(tǒng)為例，如圖3所示，本發(fā)明實施例提供的MMC換流閥冷卻系統(tǒng)包括:鼓風機1、熱管散熱器2、散熱風道4。將MMC換流閥模塊3間隔并排排列，并且在每排MMC換流閥模塊3的前后兩側分別設置散熱風道4，在散熱風道的入風口處安裝鼓風機I ;將熱管散熱器2的蒸發(fā)端設置在MMC換流閥模塊3的IGBT發(fā)熱面上，將熱管散熱器2的冷凝端伸入散熱風道4，使其自然風冷；當MMC換流閥模塊3的溫度高于警戒溫度時，在熱管散熱器2的冷凝端加裝散熱翅片，同時啟動鼓風機I采用強迫風冷。將MMC換流閥模塊3在大的瞬時損耗情況下產生的大量熱量迅速傳導出去，從而滿足MMC換流閥模塊3瞬時損耗大、平均損耗小的散熱需求，以及原有冷卻系統(tǒng)中存在的漏水問題。
[0034]其中，熱管散熱器2包括金屬管6、吸液芯7和工作介質8，如圖5所示，吸液芯7設置在金屬管6的內壁上，金屬管6內抽真空后注入工作介質8 ;金屬管6為銅或鋁或碳鋼或不銹鋼或合金鋼；吸液芯7為毛細多孔材料；工作介質8為氨或水或丙酮或甲醇。
[0035]其中，MMC換流閥的可傳輸?shù)淖畲笥泄β蕿?0MW ;工頻周期為0.02s ;直流側電壓為72kV ;交流側電壓為35kV ;功率因數(shù)角為0° ;單個橋臂模塊數(shù)量為48 ；MMC換流閥采用的IGBT模塊的型號為FZ1500R33HL3。
[0036]當MMC換流閥模塊3的數(shù)量較多時，如圖4所示，在不同房間內同時設置多套冷卻系統(tǒng)，各冷卻系統(tǒng)之間通過設置穿墻套管5進行MMC換流閥模塊3的電氣連接，同時還需要測量各房間的散熱風道4的長度及位置，避免散熱風道4長度過長影響散熱效果。
[0037]本發(fā)明還提供了 MMC換流閥的冷卻方法，包括下述步驟:
[0038]1、將MMC換流閥模塊3間隔并排排列，每排MMC換流閥模塊3的前后兩側設置散熱風道4 ;
[0039]2、在散熱風道4的入口處設置鼓風機I ;
[0040]3、將熱管散熱器2的蒸發(fā)端設置在MMC閥模塊3的IGBT發(fā)熱面上，熱管散熱器2數(shù)量由閥模塊總的發(fā)熱量及單根熱管散熱器的散熱量決定，將熱管散熱器2的冷凝端伸入散熱風道4，使其自然風冷；
[0041]4、在自然風冷狀態(tài)，當MMC換流閥模塊3的溫度高于警戒溫度時，在熱管散熱器2的冷凝端安裝散熱翅片，同時啟動鼓風機I采用強迫風冷。
[0042]最后應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本發(fā)明的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.一種MMC換流閥的冷卻系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括熱管散熱器和散熱風道，MMC換流閥模塊間隔并排排列，在每排MMC換流閥模塊的前后兩側分別設置所述散熱風道，其特征在于，將所述熱管散熱器的蒸發(fā)端設置在MMC換流閥模塊的IGBT發(fā)熱面上，將熱管散熱器的冷凝端伸入散熱風道。
2.如權利要求1所述的MMC換流閥的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，在所述散熱風道入口處設置鼓風機。
3.如權利要求1所述的MMC換流閥的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述熱管散熱器包括金屬管、吸液芯和工作介質，所述吸液芯設置在金屬管的內壁上，所述金屬管內抽真空后注入工作介質。
4.如權利要求3所述的MMC換流閥的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述金屬管為銅或鋁或碳鋼或不銹鋼或合金鋼。
5.如權利要求3所述的MMC換流閥的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述吸液芯為毛細多孔材料。
6.如權利要求3所述的MMC換流閥的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述工作介質為氨或水或丙酮或甲醇。
7.如權利要求1所述的MMC換流閥的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，在所述熱管散熱器的冷凝端設置散熱翅片。
8.如權利要求1所述的MMC換流閥的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述MMC換流閥的可傳輸?shù)淖畲笥泄β蕿?0MW ;工頻周期為0.02s ;直流側電壓為72kV ;交流側電壓為35kV ;功率因數(shù)角為0° ;單個橋臂模塊數(shù)量為48。
9.如權利要求1所述的MMC換流閥的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述MMC換流閥的冷卻系統(tǒng)之間通過設置穿墻套管進行電氣連接。
10.如權利要求1?9中任一權利要求所述的MMC換流閥的冷卻方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟: (1)MMC換流閥模塊間隔并排排列，每排MMC換流閥模塊的前后兩側設置散熱風道； (2)在散熱風道的入口處設置鼓風機； (3)將熱管散熱器的蒸發(fā)端設置在MMC閥模塊的IGBT發(fā)熱面上，熱管散熱器數(shù)量由閥模塊總的發(fā)熱量及單根熱管散熱器的散熱量決定，將熱管散熱器的冷凝端伸入散熱風道，使其自然風冷； (4)在自然風冷狀態(tài)，當MMC換流閥的溫度高于警戒溫度時，在熱管散熱器的冷凝端安裝散熱翅片，同時啟動鼓風機采用強迫風冷。
【文檔編號】H02M1/00GK103633822SQ201310670965
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月10日 優(yōu)先權日:2013年12月10日
【發(fā)明者】胡曉, 喬爾敏, 趙國亮, 荊平, 康偉, 陳國偉, 陳穎, 蘇雪源 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 國網(wǎng)福建省電力有限公司, 國網(wǎng)福建省電力有限公司廈門供電公司