一种mmc换流阀的冷却系统及其冷却方法
【专利摘要】本发明提供一种MMC换流阀的冷却系统，该系统包括热管散热器和散热风道，MMC换流阀模块间隔并排排列，在每排MMC换流阀模块的前后两侧分别设置散热风道，其改进之处在于，将热管散热器的蒸发端设置在MMC换流阀模块的IGBT发热面上，将热管散热器的冷凝端伸入散热风道。和现有技术比，本发明提供的MMC换流阀的冷却系统及其冷却方法，解决了MMC换流阀瞬时损耗大、平均损耗小的散热问题，散热性能突出；避免了原有冷却系统中存在的漏水、磨损问题。
【专利说明】一种MMC换流阀的冷却系统及其冷却方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种MMC换流阀的冷却系统，具体讲涉及一种MMC换流阀的冷却系统及其冷却方法。
【背景技术】
[0002]随着我国高压直流输电技术的日益成熟，直流输电工程建设正处于发展的黄金期。直流输电具有输电容量较大、效率高、损耗低、控制灵活等优点，而换流阀系统作为直流输电的心脏，是直流输电的关键设备，其工作电压等级高、输送功率大，在运行时会产生大量的热量，只有解决了换流阀的冷却问题，才能使其可靠输电成为可能。因此，换流阀的冷却系统在直流输电系统中具有重要作用，需要非常高的可靠性。
[0003]MMC换流阀，如图1所示，是基于模块化多电平技术的IGBT (Insulated GateBipolar Transistor,高功率绝缘栅双极晶体管)换流阀，主要应用于柔性直流输电系统中。由于MMC换流阀各个子模块中每个器件的电流不一致，导致各个器件的损耗不平均。MMC换流阀子模块损耗仿真波形图，如图2所示，子模块损耗既存在瞬时损耗非常大的时亥IJ，又存在瞬时损耗几乎为O的时刻。因此，MMC换流阀的损耗具有瞬时损耗大、平均损耗小的特点，其相应的冷却方案应在总的散热量上满足平均损耗的要求，且具有足够良好的导热性能，以保证在大的瞬时损耗情况下将热量迅速传导出去。
[0004]目前投运的柔性直流输电工程用MMC阀全部采用水冷系统进行散热，相比风冷系统而言，水冷系统冷却能力大，但是水冷却系统却存在一些缺陷，包括电解腐蚀与沉积、密封垫圈腐蚀老化、电机或轴承长时间运行机械磨损严重等问题，导致目前运行的直流工程换流阀水冷却系统在运行一段时间之后，易发生堵塞、漏水异常，从而引起元件过热以及直流系统被迫停运，严重影响直流输电系统的安全可靠运行。
【发明内容】
[0005]为了解决上述问题，本发明提供了一种MMC换流阀的冷却系统及其冷却方法，解决了 MMC换流阀瞬时损耗大、平均损耗小的散热问题，散热性能突出；避免了原有冷却系统中存在的漏水、磨损问题。
[0006]本发明的目的是采用下述技术方案实现的:
[0007]本发明提供的一种MMC换流阀的冷却系统，所述系统包括热管散热器和散热风道，MMC换流阀模块间隔并排排列，在每排MMC换流阀模块的前后两侧分别设置所述散热风道，其改进之处在于，将所述热管散热器的蒸发端设置在MMC换流阀模块的IGBT发热面上，将热管散热器的冷凝端伸入散热风道。
[0008]其中，在所述散热风道入口处设置鼓风机。
[0009]其中，所述热管散热器包括金属管、吸液芯和工作介质，所述吸液芯设置在金属管的内壁上，所述金属管内抽真空后注入工作介质。
[0010]其中，所述金属管为铜或铝或碳钢或不锈钢或合金钢。[0011]其中，所述吸液芯为毛细多孔材料。
[0012]其中，所述工作介质为氨或水或丙酮或甲醇。
[0013]其中，在所述热管散热器的冷凝端设置散热翅片。
[0014]其中，所述MMC换流阀的可传输的最大有功功率为50MW ;工频周期为0.02s ;直流侧电压为72kV ;交流侧电压为35kV ;功率因数角为0° ;单个桥臂模块数量为48。
[0015]其中，所述MMC换流阀的冷却系统之间通过设置穿墙套管进行电气连接。
[0016]本发明基于另一目的提供的MMC换流阀的冷却方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤:
[0017]UMMC换流阀模块间隔并排排列，每排MMC换流阀模块的前后两侧设置散热风道；
[0018]2、在散热风道的入口处设置鼓风机；
[0019]3、将热管散热器的蒸发端设置在MMC阀模块的IGBT发热面上，热管散热器数量由阀模块总的发热量及单根热管散热器的散热量决定，将热管散热器的冷凝端伸入散热风道，使其自然风冷；
[0020]4、在自然风冷状态，当MMC换流阀的温度高于警戒温度时，在热管散热器的冷凝端安装散热翅片，同时启动鼓风机采用强迫风冷。
[0021]与现有技术比，本发明达到的有益效果是:
[0022]1、解决了 MMC换流阀瞬时损耗大、平均损耗小的散热问题，散热性能突出；
[0023]2、取消了以往复杂的水冷系统，避免漏水现象的发生；
[0024]3、避免因存在运动部件而引起的噪声、磨损等问题；
[0025]4、维护工作量小，节能环保，极大提高了工作效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是:本发明提供的MMC换流阀的基本结构图；
[0027]图2是:本发明提供的MMC换流阀子模块损耗仿真波形图；
[0028]图3是:本发明提供的MMC换流阀冷却系统示意图；
[0029]图4是:本发明提供的MMC换流阀冷却系统之间的连接示意图；
[0030]图5是:本发明提供的MMC换流阀冷却系统的热管散热器的结构示意图；
[0031]其中:1、鼓风机；2、热管散热器；3、MMC换流阀模块；4、散热风道；5、穿墙套管；6、金属管；7、吸液芯；8、工作介质。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0033]本实施例以MMC换流阀的冷却系统为例，如图3所示，本发明实施例提供的MMC换流阀冷却系统包括:鼓风机1、热管散热器2、散热风道4。将MMC换流阀模块3间隔并排排列，并且在每排MMC换流阀模块3的前后两侧分别设置散热风道4，在散热风道的入风口处安装鼓风机I ;将热管散热器2的蒸发端设置在MMC换流阀模块3的IGBT发热面上，将热管散热器2的冷凝端伸入散热风道4，使其自然风冷；当MMC换流阀模块3的温度高于警戒温度时，在热管散热器2的冷凝端加装散热翅片，同时启动鼓风机I采用强迫风冷。将MMC换流阀模块3在大的瞬时损耗情况下产生的大量热量迅速传导出去，从而满足MMC换流阀模块3瞬时损耗大、平均损耗小的散热需求，以及原有冷却系统中存在的漏水问题。
[0034]其中，热管散热器2包括金属管6、吸液芯7和工作介质8，如图5所示，吸液芯7设置在金属管6的内壁上，金属管6内抽真空后注入工作介质8 ;金属管6为铜或铝或碳钢或不锈钢或合金钢；吸液芯7为毛细多孔材料；工作介质8为氨或水或丙酮或甲醇。
[0035]其中，MMC换流阀的可传输的最大有功功率为50MW ;工频周期为0.02s ;直流侧电压为72kV ;交流侧电压为35kV ;功率因数角为0° ;单个桥臂模块数量为48 ；MMC换流阀采用的IGBT模块的型号为FZ1500R33HL3。
[0036]当MMC换流阀模块3的数量较多时，如图4所示，在不同房间内同时设置多套冷却系统，各冷却系统之间通过设置穿墙套管5进行MMC换流阀模块3的电气连接，同时还需要测量各房间的散热风道4的长度及位置，避免散热风道4长度过长影响散热效果。
[0037]本发明还提供了 MMC换流阀的冷却方法，包括下述步骤:
[0038]1、将MMC换流阀模块3间隔并排排列，每排MMC换流阀模块3的前后两侧设置散热风道4 ;
[0039]2、在散热风道4的入口处设置鼓风机I ;
[0040]3、将热管散热器2的蒸发端设置在MMC阀模块3的IGBT发热面上，热管散热器2数量由阀模块总的发热量及单根热管散热器的散热量决定，将热管散热器2的冷凝端伸入散热风道4，使其自然风冷；
[0041]4、在自然风冷状态，当MMC换流阀模块3的温度高于警戒温度时，在热管散热器2的冷凝端安装散热翅片，同时启动鼓风机I采用强迫风冷。
[0042]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种MMC换流阀的冷却系统，所述系统包括热管散热器和散热风道，MMC换流阀模块间隔并排排列，在每排MMC换流阀模块的前后两侧分别设置所述散热风道，其特征在于，将所述热管散热器的蒸发端设置在MMC换流阀模块的IGBT发热面上，将热管散热器的冷凝端伸入散热风道。
2.如权利要求1所述的MMC换流阀的冷却系统，其特征在于，在所述散热风道入口处设置鼓风机。
3.如权利要求1所述的MMC换流阀的冷却系统，其特征在于，所述热管散热器包括金属管、吸液芯和工作介质，所述吸液芯设置在金属管的内壁上，所述金属管内抽真空后注入工作介质。
4.如权利要求3所述的MMC换流阀的冷却系统，其特征在于，所述金属管为铜或铝或碳钢或不锈钢或合金钢。
5.如权利要求3所述的MMC换流阀的冷却系统，其特征在于，所述吸液芯为毛细多孔材料。
6.如权利要求3所述的MMC换流阀的冷却系统，其特征在于，所述工作介质为氨或水或丙酮或甲醇。
7.如权利要求1所述的MMC换流阀的冷却系统，其特征在于，在所述热管散热器的冷凝端设置散热翅片。
8.如权利要求1所述的MMC换流阀的冷却系统，其特征在于，所述MMC换流阀的可传输的最大有功功率为50MW ;工频周期为0.02s ;直流侧电压为72kV ;交流侧电压为35kV ;功率因数角为0° ;单个桥臂模块数量为48。
9.如权利要求1所述的MMC换流阀的冷却系统，其特征在于，所述MMC换流阀的冷却系统之间通过设置穿墙套管进行电气连接。
10.如权利要求1?9中任一权利要求所述的MMC换流阀的冷却方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤: (1)MMC换流阀模块间隔并排排列，每排MMC换流阀模块的前后两侧设置散热风道； (2)在散热风道的入口处设置鼓风机； (3)将热管散热器的蒸发端设置在MMC阀模块的IGBT发热面上，热管散热器数量由阀模块总的发热量及单根热管散热器的散热量决定，将热管散热器的冷凝端伸入散热风道，使其自然风冷； (4)在自然风冷状态，当MMC换流阀的温度高于警戒温度时，在热管散热器的冷凝端安装散热翅片，同时启动鼓风机采用强迫风冷。
【文档编号】H02M1/00GK103633822SQ201310670965
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月10日 优先权日:2013年12月10日
【发明者】胡晓, 乔尔敏, 赵国亮, 荆平, 康伟, 陈国伟, 陈颖, 苏雪源 申请人:国家电网公司, 国网智能电网研究院, 国网福建省电力有限公司, 国网福建省电力有限公司厦门供电公司