一种基于温差发电的换流阀冷却系统的制作方法

本发明涉及换流站换流阀冷却系统技术领域，尤其涉及一种基于温差发电的换流阀冷却系统。

背景技术：

高压直流输电技术采用电力电子变换技术，将水电、风电等发出的交流电转换为高压直流电，并通过远距离架空线或电缆输送至负荷中心，输电效率高、节省成本与输电走廊，在现阶段的输电领域中应用广泛。

高压直流输电系统实现交直流电能变换的关键在于换流站。换流站主要设备包括换流阀、交直流滤波器、开关、变压器和电抗器等，其中换流阀采用的电力电子全控器件(igbt等)或半控器件(晶闸管等)在电能变换过程中会产生损耗，损耗产生的热量通过冷却系统进行换热。换流阀冷却系统分为内冷却系统与外冷却系统。换流阀内冷却系统用于与换流阀进行热交换，将换流阀产生的热量带走，而换流阀外冷却系统用于将内冷却系统的热量转移至外界，从而降低内冷却系统冷却介质的温度，重新进行内冷却循环散热。

在上述换流阀冷却系统中，循环泵、喷淋泵、二次辅助设备等均通过换流站站用电供电系统进行供电。然而，在实施本发明过程中，发明人发现现有技术至少存在如下问题：在换流站日常运行过程中，换流阀冷却系统将产生损耗，以800kv/5000mw的柔直换流站为例，换流阀冷却系统的最大耗电功率约为4mw，每年增加电量成本约为876万元，全生命周期约为3.5亿元。现有的换流阀冷却系统在运行过程中耗电较大。同时，除了换流阀冷却系统，目前换流站的阀厅空调、照明、动力等用电也来源于换流站站用电供电系统，进一步增大了换流站站用电供电系统的供电压力。

技术实现要素：

本发明实施例的目的是提供一种基于温差发电的换流阀冷却系统，通过对换流阀冷却系统运行损耗产生的热量进行再利用，以产生电能补给至换流阀冷却供电系统，解决换流阀冷却系统的高耗电问题，降低换流站运行成本。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种基于温差发电的换流阀冷却系统，包括：内冷却系统、外冷却系统和温差发电装置；所述内冷却系统与换流阀循环连接，所述外冷却系统与所述内冷却系统循环连接；

所述温差发电装置包括温差发电层和变换器；所述外冷却系统中的换热盘管表面覆盖有所述温差发电层，以使所述温差发电层采集所述换热盘管内部的冷却介质的热量，并转换为电能；

所述温差发电层的正极与所述变换器的第一输入端连接，所述温差发电层的负极与所述变换器的第二输入端连接；所述变换器的输出端用于连接所述换流阀的冷却系统供电支路。

作为上述方案的改进，所述变换器的输出端还可用于连接所述换流阀所在换流站的站用电母线。

作为上述方案的改进，所述温差发电层包括若干个半导体温差发电芯片；

其中，所述若干个半导体温差发电芯片按矩阵形式排列；横向排列的半导体温差发电芯片中，相邻半导体温差发电芯片之间并联；纵向排列的半导体温差发电芯片中，相邻半导体温差发电芯片之间串联。

作为上述方案的改进，所述半导体温差发电芯片为基于塞贝克效应的半导体温差发电芯片。

作为上述方案的改进，所述温差发电层由半导体温差发电薄膜组成。

与现有技术相比，本发明公开的一种基于温差发电的换流阀冷却系统，可应用于陆上直流输配电换流站和海上风电换流站的冷却系统等采用换热盘管的全部冷却系统。在换流阀冷却系统中增设了温差发电装置，通过在换流阀内冷却系统与外冷却系统热交换过程中引入温差发电技术，实现对换流阀损耗产生热量的再利用。一方面，能够减少换流阀外冷却系统的总换热容量，有利于换流阀冷却系统的紧凑化设计；另一方面，将产生电能补给至换流阀冷却供电系统或换流站站用电系统，解决换流阀冷却系统高耗电问题，降低换流站运行成本，符合换流站的绿色建设理念。

附图说明

图1是本发明实施例中一种基于温差发电的换流阀冷却系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中覆盖温差发电层的换热盘管的横截面示意图；

图3是本发明实施例中一种温差发电层的结构示意图；

图4是本发明实施例中另一种温差发电层的结构示意图；

图5是本发明实施例中多个温差发电层串联的结构示意图；

图中：1-内冷却系统；2-外冷却系统；3-温差发电装置；21-换热盘管；31-温差发电层；32-变换器；311-半导体温差发电芯片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明实施例中一种基于温差发电的换流阀冷却系统的结构示意图。本发明实施例提供了一种基于温差发电的换流阀冷却系统，包括：内冷却系统1、外冷却系统2和温差发电装置3。其中，所述内冷却系统1与换流阀循环连接，所述外冷却系统2与所述内冷却系统1循环连接。

在换流阀冷却系统运行过程中，换流阀系统损耗产生的热量是通过换流阀的内冷却系统1与换流阀的外冷却系统2进行换热的。具体地，所述内冷却系统1通过冷却介质、散热器与换流阀进行热交换，将换流阀运行损耗产生的热量带走；所述外冷却系统2主要采用闭式冷却塔、空冷器或冷水机组的方案，在冷却介质流经外冷却系统2中的换热盘管21的过程中，将冷却介质中的热量通过喷淋蒸发、空气流动、压缩制冷等方式转移至外界，从而降低内冷却系统的冷却介质的温度，重新进行内冷却循环散热。

在本发明实施例中，所述温差发电装置3包括温差发电层31和变换器32。参见图2，是本发明实施例中覆盖温差发电层的换热盘管的横截面示意图。所述外冷却系统2中的换热盘管21的管壁表面覆盖有所述温差发电层31。在外冷却系统2实现换热盘管21内的冷却介质与外界交换热量的过程中，所述温差发电层31可以采集所述换热盘管21内部的冷却介质的部分热量，通过温差发电的方式转换为电能。

进一步地，所述温差发电层31的正极与所述变换器32的第一输入端连接，所述温差发电层31的负极与所述变换器32的第二输入端连接。所述变换器32的输出端用于连接所述换流阀的冷却系统供电支路。

在本发明实施例中，所述温差发电层31的正极引线和负极引线构成汇总输出端vdc，温差发电层31将转换得到的电能通过所述汇总输出端vdc输出至所述变换器32。所述变换器32用于将接收到的电能转换为满足换流阀冷却供电系统使用的电压等级和电流类型，例如将接收到的直流电变换为满足供电需要的交流电，将接收到的低压电能转换为高压电能等，以使所述换流阀冷却供电系统为所述换流阀的冷却系统进行供电。

采用本发明实施例的技术手段，通过将换流阀运行过程中产生的损耗转换为电能，并通过换流阀冷却系统供电支路补给至换流阀冷却供电系统，以供电换流阀冷却系统的正常运行，减少了换流阀外冷却系统的总换热容量，有效地解决了换流阀冷却系统运行过程中高耗电的问题，降低换流站运行成本，符合换流站的绿色建设理念。

在另一种实施方式下，所述变换器32的输出端还可用于连接所述换流阀所在换流站的站用电母线，以使所述换流站的站用电系统为换流站的换流阀冷却系统、阀厅空调、照明、动力等用电设备供电。

采用本发明实施例的技术手段，通过将换流阀运行过程中产生的损耗转换为电能，并通过换流站站用电母线补给至换流站站用电系统，以满足整个换流站的用电需求，有效地缓解了换流站站用电供电系统的供电压力，降低换流站运行成本，符合换流站的绿色建设理念。

作为优选的实施方式，参见图3，是本发明实施例中一种温差发电层的结构示意图。所述温差发电层31包括若干个半导体温差发电芯片311。每一半导体温差发电芯片311均包括一个正极和一个负极(附图3中并未全部示出)。所述若干个半导体温差发电芯片311按矩阵形式排列。横向排列的半导体温差发电芯片中，相邻半导体温差发电芯片之间并联；纵向排列的半导体温差发电芯片中，相邻半导体温差发电芯片之间串联。位于第一排第一列的半导体温差发电芯片的正极作为汇总正极引线，也即作为所述温差发电层31的正极，位于最后一排最后一列的半导体温差发电芯片的负极作为汇总负极引线，也即作为所述温差发电层31的负极。温差发电层31的正负极构成所述汇总输出端vdc，由此组成所述温差发电层31。

具体地，所述半导体温差发电芯片311为基于塞贝克(seebeck)效应的半导体温差发电芯片。

采用本发明实施例的技术手段，半导体温差发电芯片在较小区域内的温差变化即可产生一定的直流电压，可实现持续供电，且芯片体积小，响应时间快，采用半导体温差发电芯片制作成所述温差发电层，能长时间工作，寿命较长，减少日常维护需求。

在另一种实施方式下，参见图4，是本发明实施例中另一种温差发电层的结构示意图。所述温差发电层31由半导体温差发电薄膜组成，半导体温差发电薄膜将温差发电芯片采用独特的薄膜技术加工制造而成。所述半导体温差发电薄膜的正极作为所述温差发电层31的正极，所述半导体温差发电薄膜的负极作为所述温差发电层31的负极，由此构成所述汇总输出端vdc。

采用本发明实施例的技术手段，能够提高所述温差发电层的温差发电效率，在实际应用中，温差发电效率通常可达到5％-10％，通过换流阀损耗产生的热量实现电能回馈，产生的电能能够支撑换流阀冷却系统运行所需的全部电能，从根本上避免了额外的电能损耗，降低换流站运行成本。

需要说明的是，在实际应用过程中，一块温差发电层31覆盖换热盘管的一根直管，参见图5，是本发明实施例中多个温差发电层串联的结构示意图。通过多块温差发电层之间串联，并形成最终的直流正负极输出，实现对换流阀的外冷却系统2的换热盘管21的全覆盖，从而有效实现对换流阀运行过程中损耗产生的热量进行再利用，进一步提高温差发电效率。

本发明实施例提供了一种基于温差发电的换流阀冷却系统，可应用于陆上直流输配电换流站和海上风电换流站的冷却系统等采用换热盘管的全部冷却系统。在换流阀冷却系统中增设了温差发电装置，通过在换流阀内冷却系统与外冷却系统热交换过程中引入温差发电技术，实现对换流阀损耗产生热量的再利用。一方面，能够减少换流阀外冷却系统的总换热容量，有利于换流阀冷却系统的紧凑化设计；另一方面，将通过温差转换产生的电能补给至换流阀冷却供电系统或换流站站用电系统，解决换流阀冷却系统高耗电问题，降低换流站运行成本，符合换流站的绿色建设理念。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。