[發(fā)明專利]一種基于變開關(guān)波形的主動防凝露系統(tǒng)和方法

在審

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• 申請日: 2017-08-08
• 公開（公告）號: CN107612358A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張建文;陳根;蔡旭
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: H02M5/44
• 分類號: H02M5/44;H05K7/20
• 代理公司: 上海恒慧知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)31317
• 代理人: 徐紅銀

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及變流器控制技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于變開關(guān)波形的主動防凝露系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

目前，風電大規(guī)模發(fā)展，覆蓋地區(qū)包括海上、灘涂等高濕、高鹽霧地區(qū)。潮濕、高鹽霧的環(huán)境不但容易造成變流器系統(tǒng)柜體的銹變、老化，降低結(jié)構(gòu)和絕緣強度，還將嚴重影響電氣設(shè)備及開關(guān)器件的工作壽命。因此海上風電變流器的柜體結(jié)構(gòu)需要滿足對微塵、濕氣、鹽霧的防護需求。在海上風電機組運行環(huán)境中，如果變流器采用風冷卻模式，必然會吸入大量帶有鹽霧、潮氣的腐蝕性空氣，對變流器器件、內(nèi)部結(jié)構(gòu)件等壽命產(chǎn)生不利影響，因此風冷卻方式是不適用于海上風電變流器系統(tǒng)。變流器柜體需要采用全封閉式設(shè)計，可以有效地與外界高鹽霧、潮濕的環(huán)境隔離，但也造成了柜內(nèi)熱量無法和外部空氣通過空氣對流的方式排出機柜，因此需要采用全封閉式水冷卻作為系統(tǒng)冷卻方案。

由于風能的波動性和隨機性，風速可能發(fā)生驟降的情況，此時變流器功率的下降，這就意味著損耗及由此產(chǎn)生的熱量降低，在外部水冷散熱功率恒定的情況下，此時水冷散熱器和水循環(huán)管道溫度急劇下降，而散熱效率的問題，柜內(nèi)空氣溫度下降較慢，這樣將使柜內(nèi)水冷散熱器和水循環(huán)管道成為柜內(nèi)的局部冷點。若局部冷點溫度低于柜內(nèi)的露點溫度，則在水冷散熱器和水循環(huán)管道上出現(xiàn)凝露現(xiàn)象。凝露會在電氣設(shè)備金屬表面發(fā)生電化腐蝕，損壞金屬強度和性能，影響其使用壽命，而當凝露嚴重時可能會引起電氣短路，若發(fā)生在功率模塊表面上的凝露可能結(jié)合表面塵埃，在柵極和漏極之間形成導(dǎo)電通道，導(dǎo)致整個功率器件失效損壞，而控制器表面的凝露有可能造成短路、元件失效或信號混亂的情況，這些問題都將給變流器的控制和運行造成嚴重影響。

從凝露發(fā)生機理出發(fā)，水冷變流器中消除凝露兩種有效方法：濕度控制法和溫度控制法。濕度控制法是指降低空氣中的絕對濕度，現(xiàn)有濕度控制防凝露技術(shù)主要是通過增加額外除濕機、干燥劑或吸附膜等除濕器件來降低空氣中的絕對濕度，這些技術(shù)需要增加除濕裝置，增加了成本，降低設(shè)備的可靠性。溫度控制技術(shù)指控制水冷散熱器的溫度高于柜內(nèi)空氣的露點溫度，從而避免凝露的產(chǎn)生?，F(xiàn)有的溫度控制技術(shù)的方法一般有兩種，一種是啟停外水冷裝置，在水冷回路上加上帶控制功能的旁通閥，水冷散熱器溫度變低時，將流入水冷散熱器的水冷回路旁路掉，使冷卻水溫度高于露點溫度，這種方式需要加裝帶控制功能的旁通閥，這將增加故障點，同時這種方法無法保證溫度調(diào)節(jié)精度。另外一種方法是在水箱加熱裝置，通過控制加熱裝置確保冷卻液的溫度高于柜內(nèi)空氣的露點溫度，但這種方法響應(yīng)速度比較慢，需要配置額外的設(shè)備，同樣增加了成本，增加了系統(tǒng)運行的故障點。

經(jīng)檢索，公開號為CN 103023277 A的中國專利，公開了一種水冷變流器的防凝露的控制方法及裝置，該發(fā)明采用增加加熱器，當所述水箱的出水口的溫度值t₁低于所述凝露點溫度值t₀時對外部水箱加熱的方法，需要增加加熱設(shè)備，在增加了成本的同時也降低了設(shè)備的可靠性。由于采用對水箱的水采用加熱裝置加熱的方法，但是由于水的比熱容比較大，對水加熱升溫的速度非常緩慢。當檢測到水溫低于柜內(nèi)的凝露點溫度后然后對水進行加熱，由于動態(tài)響應(yīng)速度的問題，可能柜內(nèi)局部冷點已經(jīng)發(fā)生了凝露現(xiàn)象。

公開號為CN 103616909 A的中國專利，公開了一種水冷變流器功率柜控制方法、裝置及應(yīng)用其的水冷變流器。該發(fā)明采用啟停熱交換裝置，對風機的運行壽命是有影響，或降低裝置運行的可靠性。同時采用啟停的方式，不能實現(xiàn)無級平滑調(diào)溫，無法保證溫控的分辨率。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于變開關(guān)波形的主動防凝露系統(tǒng)和方法，在變流器功率下降的時候，改變功率器件開關(guān)波形，通過短時提高變流器的損耗，控制水冷散熱器高于柜內(nèi)空氣的凝露點溫度，避免凝露現(xiàn)象的發(fā)生。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

根據(jù)本發(fā)明的第一目的，提供一種基于變開關(guān)波形的主動防凝露系統(tǒng)，包括：

傳感單元，用于獲取變流器柜內(nèi)的空氣濕度、溫度情況以及所有散熱器溫度；

計算單元，根據(jù)傳感單元獲取的變流器柜內(nèi)的空氣濕度、溫度情況，計算得到柜內(nèi)空氣的凝露點溫度T_s,ref，設(shè)為熱控制閉環(huán)的設(shè)定值；