CN101651384A

CN101651384A - 一种风力发电机组变频器的冷却系统

Info

Publication number: CN101651384A
Application number: CN200910195553A
Authority: CN
Inventors: 顾克东; 顾开春; 董琳; 裘圆
Original assignee: Shanghai Highly Special Refrigeration Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Highly Special Refrigeration Equipment Co Ltd
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2009-09-11
Publication date: 2010-02-17

Abstract

本发明涉及一种风力发电机组的辅助装置，特别是涉及风力发电机组变频器的一种冷却系统。一种风力发电机组变频器的冷却系统，包括由水管将发电机组变频器4、水泵3和风冷散热器连接构成的水管回路，其特征在于：在所述水管回路中串联连接冷水机组；所述冷水机组包括蒸发器5、轴流风机7、冷凝器8、压缩机9\10和相应的管阀；所述水管紧贴蒸发器5管壁。本发明将冷水机组相对成熟的制冷技术国内外首次被应用于位于高空的风力发电机组，取得明显的冷却降温效果，减少故障，延长寿命；制作、使用、维护保养和修理都比较容易，降低了使用成本；一些特殊结构和技术要求，更加适用于风力发电的特殊场合。

Description

一种风力发电机组变频器的冷却系统

(一)技术领域

本发明涉及一种风力发电机组的辅助装置，特别是涉及风力发电机组变频器的一种冷却系统。

(二)背景技术

风能是一种可再生的清洁能源。近30年来，国际上在风能的利用方面，无论是理论研究还是应用研究都取得了重大进步。风力发电技术日臻完善，并网型风力发电机单机额定功率最大已经到5兆瓦，叶轮直径达到126米。截止2005年世界装机容量已达58，982兆瓦，风力发电量占全球电量的1％。中国成为亚洲风电产业发展的主要推动者之一，其总装机容量居世界第8位，2005年新增装机容量居世界第6位。今后，国内外风力发电技术和产业的发展速度将明显加快。

风是最常见的自然现象之一，是太阳对地球表面不均衡加热而引起的“空气流动”，流动空气具有的动能称之为风能。因此，风能是一种广义的太阳能。据世界气象组织和中国气象局气象科学研究院分析，地球上可利用的风能资源为200亿千瓦，是地球上可利用水能的20倍。中国陆地10米高度层可利用的风能为2.53亿千瓦，海上可利用的风能是陆地上的3倍，50米高度层可利用的风能是10米高度层的2倍，风能资源非常丰富。

风能是一种技术比较成熟、很有开发利用前景的可再生能源之一。风能的利用方式不仅有风力发电、风力提水，而且还有风力致热、风帆助航等。因此，开发利用风能对世界各国科技工作者具有极强的魅力，从而唤起了世界众多的科学家致力于风能利用方面的研究。

小型风力机主要组成部分有：风轮、发电机、塔架、调向机构、蓄能系统、逆变器等。

大型风力发电机组由两大部分组成：气动机械部分和电气部分。气动机械部分包括风轮、低速轴、增速齿轮箱、高速轴，其功能是驱动发电机转子，将风能转换为机械能。电气部分包括异步发电机、电力电子变频器、变压器和电网，其功能是将机械能转换为频率恒定的电能。

风力发电作为一种潜力巨大的新兴能源，其可再生、无污染的特点以及成本的下降使其很可能成为最经济、最洁净的能源。一台单机容量为1000千瓦的风电装机与同容量火电装机相比，每年可减排2000吨二氧化碳、10吨二氧化硫、6吨二氧化氮。风力发电已成为最具商业化发展前景的新兴能源产业，风力发电有可能成为世界未来最重要的替代能源。

风力发电机组在运行中，其发电机和变频器电抗器会产生热量，传统的冷却方式是采用空气与水之间的强制对流冷却，即水在散热器的管路中循环，由风机将冷空气吹在发电机和变频器上进行冷却，由于散热器中的水是常温水，因此降温效果比较差，随着工作时间长会使水温提高，散热效果更差，如果此类装置是使用在纬度较高的寒冷地区，或者是较低温度的季节和环境，此方法尚可应付，但是在中国的大部分地区，在夏季炎热的环境下，强制对流水冷却的效率急剧下降，往往无法有效降低循环水的温度，导致发电机组和变频器过热保护停机，造成区域电网不稳定，也给运营企业带来巨大的经济损失。

风力发电机组的应用场合有其特殊性，发电机组和变频器等主要部件均安装在发电舱内，发电舱一般位于距地面60-90米高的空中，工作环境非常复杂；发电舱在高空中会持续摇晃和震动，风叶启停时会产生瞬间冲击；发电舱内环境较为封闭，舱内温度比环境温度高约10℃左右，夏季舱内温度高达60℃；风力发电机组一般安装于海边，湿空气具有较强的酸碱腐蚀性；发电舱内可利用空间极小，风力发电机组迫切希望提供一种能在上述恶劣工作环境下的发电机组降温冷却的装置系统。

(三)发明内容

本发明的目的是提供风力发电机组变频器冷却系统的冷水机组，提供明显低于常温水冷却的工作条件，为位于高空的风力发电机组变频器提供一个良好的工作环境，确保在高温炎热的季节和天气能正常工作，且保护风力发电机组变频器的使用寿命。

本发明的目的由如下技术方案实现：

一种风力发电机组变频器的冷却系统，包括由水管将发电机组变频器、水泵和风冷散热器连接构成的水管回路，其特征在于：在所述水管回路中串联连接冷水机组；

所述冷水机组包括蒸发器、轴流风机、冷凝器、压缩机和相应的管阀；

所述水管紧贴蒸发器管壁。

进一步，所述冷水机组分为主机和副机，所述主机包括压缩机和蒸发器，所述副机包括轴流风机和冷凝器，两者间由制冷剂气液管连接。

再进一步，所述冷水机组中压缩机的定位杆焊接在主机底座上；压缩机由橡胶减震垫与主机底板连接；配置压缩机抱箍，将压缩机固定在主机框架上；压缩机吸排气管路上加装避震管；主机和副机之间的冷剂气液管采用金属波纹避震软管。

再进一步，所述冷水机组中的钣金件采用磷化喷塑件；所述冷凝器采用铜管铜翅片；所述蒸发器采用不锈钢板。

进一步，在水管回路中设置水温检测单元，控制冷水机组的启动或关闭。

进一步，在水管回路中设置水温检测控制单元，选择风冷散热器或冷水机组运行。

进一步所述冷水机组的制冷剂采用R134a制冷剂。

本发明冷水机组降温冷却的工作过程如下，工作时，低温低压的气态制冷剂经过压缩机压缩成高温高压的气体，经过冷凝器，通过轴流风机散热，将制冷剂冷却成低温高压的液体，经过节流装置进入蒸发器，制冷剂汽化，通过吸收紧贴蒸发器管壁水管回路中水的热量，达到冷却降低水管回路中水温的目的，此时的制冷剂是低温低压的气体，重复进入压缩机后的流程。

采用本发明的技术方案，经过冷水机组对水管回路中的水进行冷却降温使得回路中的水温得到明显下降，当如此低温的水流入发电机组变频器的冷却水管中，显著降低了发电机组变频器的温度，确保风力发电机组和变频器稳定运行，确保在正常的环境中工作，确保减少故障的发生，确保寿命得到延长。

采用本发明，较现有技术单纯地由风扇吹散热片的风冷散热器对从发电机组变频器中经冷却吸热后的热水进行冷却降温，效果提高很大，减少和避免了因温度引起的设备装置发生故障现象。

本发明的有益效果为：①冷水机组相对是一项比较成熟的制冷技术，国内外第一次被应用于位于高空的风力发电机组，取得明显的冷却降温效果，减少故障，延长寿命；②由于冷水机组是一项相对比较成熟的技术，因此制作、使用、维护保养和修理都比较容易，降低了使用成本；③针对高空使用的特殊环境，增加了一些特殊结构和技术要求，更加适用于风力发电的特殊场合。

(四)附图说明

图1是本发明风力发电机组变频器的冷却系统一种实施方式主要工作部件的结构配置简图；

图2是本发明本发明风力发电机组变频器的冷却系统一种实施方式，其中采用压缩机抱箍结构、压缩机由橡胶减震垫与主机底板连接的结构示意图；

图3是现有技术风冷散热器降温风力发电机组变频器的结构图；

图4是本发明风力发电机组变频器的冷却系统一种实施方式，与变频器配置在一起的运行示意图；

图5是本发明风力发电机组变频器的冷却系统一种实施方式，配置在风力发电机组发电舱内的立体示意简图。

图中：1是散热片、2是风扇、3是水泵、4是变频器、5是蒸发器、6是过滤器、7是轴流风机、8是冷凝器、9是压缩机、10是压缩机、11是抱箍、12是固定机架、13是减震垫、14是底板。

(五)具体实施方法

以下结合附图，对本发明作详细说明：

一种风力发电机组变频器的冷却系统，包括由水管将发电机组变频器4、水泵3和风冷散热器连接构成的水管回路，在所述水管回路中串联连接冷水机组；

所述冷水机组包括蒸发器5、轴流风机7、冷凝器8、压缩机9\10和相应的管阀；

所述水管紧贴蒸发器5管壁。

所述冷水机组分为主机和副机，所述主机包括压缩机9和蒸发器5，所述副机包括轴流风机7和冷凝器8，两者间由制冷剂气液管连接。

所述冷水机组中压缩机10的定位杆焊接在主机底座上；压缩机9\10由橡胶减震垫13与主机底板14连接；配置压缩机抱箍11，将压缩机9\10固定在主机框架上；压缩机吸排气管路上加装避震管；主机和副机之间的冷剂气液管采用金属波纹避震软管。由于发电机组在竖立在高空作业运行的，即使细微的震动，经过高度达90米的“放大”也会形成较大的振幅，因此，既要抑制产生振动的振源，又要对振动后会引起的影响进行预防和控制，故采取了上述举措。

所述冷水机组中的钣金件采用磷化喷塑件；所述冷凝器8采用铜管铜翅片；所述蒸发器5采用不锈钢板。由于在高空、野外环境工作，因此采用如上材料制作部件能取得较好的使用寿命。

在水管回路中设置水温检测单元，控制冷水机组的启动或关闭。由水温检测单元可以自动控制冷水机组的启动和关闭，确保发电机组在最适宜的冷却水温中工作。

在水管回路中设置水温检测控制单元，选择风冷散热器或冷水机组运行。当环境温度变化大的时候，比如季节性变化，水温发生明显变化，可以由水温检测控制单元，选择风冷散热器或冷水机组运行，当使用现有技术风冷散热器工作，既能满足冷却需要，又节约了冷水机组运行消耗相对较多的能量。

所述冷水机组的制冷剂采用R134a制冷剂，R134a制冷剂不破坏臭氧层，是当前世界绝大多数国家认可并推荐使用的环保制冷剂，也是目前主流的环保制冷剂，有利对环境的保护。

风力发电机组一般安装在90米空中，工作环境恶劣、复杂，要求冷水机组具备抗持续性震动、耐高温环境、可靠高效等特点。发电舱除了前部是大型叶轮外，后部有两部分构成，即中后部和左后部，中后部内主要配置了发电机和变频器，本技术方案的冷水机组为分体式机组，也分为主机和副机两个部分构成，其中主机安装于发电舱中后部，由压缩机、蒸发器、膨胀阀、控制面板等组成。副机安装在发电舱的左后部，由冷凝器、冷凝风机等组成。冷水机运行时，通过主机内的蒸发器对热水进行冷却，确保风机变频器的稳定运行。本发明在1.25兆瓦、1.5兆瓦风力发电机组中配套试验，经过夏季的高温和震动的考验，使用效果良好，可解决大部分风力发电机组运行中由于外界环境变化造成的发电机组不稳定情况，在国家大力推广新能源的背景下，本发明技术方案具有极为深远的意义。

Claims

1.一种风力发电机组变频器的冷却系统，包括由水管将发电机组变频器(4)、水泵(3)和风冷散热器连接构成的水管回路，其特征在于：在所述水管回路中串联连接冷水机组；

所述冷水机组包括蒸发器(5)、轴流风机(7)、冷凝器(8)、压缩机(9\10)和相应的管阀；

所述水管紧贴蒸发器(5)管壁。

2.根据权利要求1所述风力发电机组变频器的冷却系统，其特征在于所述冷水机组分为主机和副机，所述主机包括压缩机(9)和蒸发器(5)，所述副机包括轴流风机(7)和冷凝器(8)，两者间由制冷剂气液管连接。

3.根据权利要求1或2所述风力发电机组变频器的冷却系统，其特征在于所述冷水机组中压缩机(10)的定位杆焊接在主机底座上；压缩机(9\10)由橡胶减震垫(13)与主机底板(14)连接；配置压缩机抱箍(11)，将压缩机(9\10)固定在主机框架上；压缩机吸排气管路上加装避震管；主机和副机之间的冷剂气液管采用金属波纹避震软管。

4.根据权利要求1或2所述风力发电机组变频器的冷却系统，其特征在于所述冷水机组中的钣金件采用磷化喷塑件；所述冷凝器(8)采用铜管铜翅片；所述蒸发器(5)采用不锈钢板。

5.根据权利要求1所述风力发电机组变频器的冷却系统，其特征在于在水管回路中设置水温检测单元，控制冷水机组的启动或关闭。

6.根据权利要求1所述风力发电机组变频器的冷却系统，其特征在于在水管回路中设置水温检测控制单元，选择风冷散热器或冷水机组运行。

7.根据权利要求1或2所述风力发电机组变频器的冷却系统，其特征在于所述冷水机组的制冷剂采用R134a制冷剂。