CN103189941A

CN103189941A - 集成冷却系统

Info

Publication number: CN103189941A
Application number: CN2011800521145A
Authority: CN
Inventors: A·施魏格尔
Original assignee: Starkstrom Geraetebau GmbH
Current assignee: Starkstrom Geraetebau GmbH
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2011-09-16
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2031-09-16
Also published as: US20130329343A1; KR20130114136A; JP2013539873A; US9502867B2; CN103189941B; HUE031145T2; DK2617044T3; PL2617044T3; ES2622521T3; EP2617044A1; CA2811239A1; WO2012035136A1; EP2431985A1; JP5905891B2; EP2617044B1; KR101880316B1

Abstract

本发明涉及一种用于发电站14的集成冷却系统10，该发电站包括发电机18和/或整流器20中的至少一个以及变压器16。集成冷却系统10包括冷却器28，该冷却器用来减小在集成冷却系统10中循环的冷却流体的操作温度。管道系统12将冷却器28联接到发电站14中的变压器16、发电机18和/或整流器20。此外，集成冷却系统的控制器32根据发电站14中的变压器16、发电机18和/或整流器20的操作温度执行集成冷却系统10的冷却控制。为发电站14的不同部件设置共同冷却器，允许减小的安装空间、降低的成本和用于发电站加热的较低能量消耗。

Description

集成冷却系统

技术领域

本发明涉及一种用于发电站的集成冷却系统，并且具体地涉及一种用于包括与发电机和/或整流器结合的变压器的发电站的集成冷却系统。

背景技术

典型地，发电站和太阳能站包括不同部件，诸如，用来将发电站联接到电网的变压器，用来将从例如风能或水流获得的机械能转化为电能的发电机，和/或整流器，该整流器用来在电信号被转送到电网之前控制产生的电信号的频率。

在发电站的操作期间，发电站的每一个功能单元被冷却以便避免例如变压器、发电机或整流器的任何过度加热和设备的相关损坏。然而，每一个这种部件可以由不同的供应商提供，并且因此使用其自身的冷却设备。

因此，发电站的冷却设备变得庞大，这是非常不利的，例如，对于在风车内操作的发电站，考虑到环境保护要求，在风车内操作的发电站变得越来越流行。

而且，在发电站的操作期间，发电站的一些功能单元可能产生热并且因此需要冷却，而其它功能单元例如在系统启动期间可能需要加热。由于发电站中的不同功能单元彼此独立地被冷却和加热，因此，由于排出的热没有被再用于加热目的而存在能量浪费。

而且，为变压器、发电机和整流器设置不同供应商的多个冷却系统导致多个冷却设备，这是高度成本低效率的。

发明内容

考虑到上述情况，本发明的目标是提高发电站冷却系统的效率。

根据本发明的第一方面，通过用于发电站的集成冷却系统实现这个目标，该发电站包括发电机和整流器中的至少一个以及变压器。该集成冷却系统包括：至少一个冷却器，该至少一个冷却器适于通过至少一个冷却泵的操作降低在集成冷却系统和发电站中循环的冷却流体的操作温度；管道系统，该管道系统适于将至少一个冷却器联接到发电站中的发电机和整流器中的至少一个以及变压器；和控制器，该控制器适于根据发电站中的发电机和整流器中的至少一个以及变压器的至少一个操作状态来执行集成冷却系统的冷却控制。

根据本发明的第二方面，还通过控制用于发电站的集成冷却系统的方法实现这个目标，该发电站包括发电机和整流器中的至少一个以及变压器，其中集成冷却系统包括：至少一个冷却器，该至少一个冷却器适于通过至少一个冷却泵的操作降低在集成冷却系统和发电站中循环的冷却流体的操作温度；和管道系统，该管道系统适于将该至少一个冷却器联接到发电站中的发电机和整流器中的至少一个以及变压器。该方法包括以下步骤：根据发电站中的发电机和整流器的至少一个以及变压器的至少一个操作状态来执行集成冷却系统的冷却控制。

附图说明

在下面，将参考附图描述本发明的优选实施例，其中：

图1示出通过管道系统连接到发电站的根据本发明的集成冷却系统；

图2示出通过具有并联布局的管道系统连接到发电站的图1中示出的集成冷却系统的另外详细示意图；

图3示出通过具有串联布局的管道系统连接到发电站的图1中示出的集成冷却系统的另外详细示意图；

图4示出图1到3中示出的集成冷却系统控制器的另外详细示意图；

图5示出图4中示出的集成冷却系统控制器的操作的流程图；并且

图6示出状态图，该状态图代表图1到3中示出的集成冷却系统的部件和电力系统的部件的操作状态之间的转变。

具体实施方式

在下面，将参考附图描述本发明的优选实施例。在这里应当注意，只要描述集成冷却系统的不同功能，这些功能就可以被实施在硬件、软件或其组合中。

图1示出根据本发明的集成冷却系统10。

如图1中所示，集成冷却系统10通过管道系统12连接到发电站14。

如图1中所示，发电站12包括发电机18和整流器20中的至少一个以及变压器16。换句话说，在发电站14中操作变压器16和发电机18的组合，或变压器16和整流器20的组合，或变压器16、发电机18和整流器20的组合。

如图1中所示，变压器16可以设置有变压器冷却器22，发电机可以设置有发电机冷却器24，并且整流器可以设置有整流器冷却器26。

在操作上，只要变压器16、发电机18和整流器20中的发热超过预定极限，变压器冷却器22、发电机冷却器24和整流器冷却器26就彼此独立地操作。

如图1中所示，集成冷却系统10包括冷却器28（例如，无源冷却器或热交换器）、冷却泵30和控制器32。虽然在图1中未示出，在根据本发明的集成冷却系统10中，取决于冷却要求和发电站14的大小，还可以设置有两个或更多个冷却器或冷却泵。

在操作上，冷却器28适于通过冷却泵30的操作降低在集成冷却系统10、管道系统12和发电站14中循环的冷却流体（例如，水）的操作温度。

此外，在操作上，控制器32适于根据操作状态而执行集成冷却系统10的冷却控制，该操作状态例如发电站14中的变压器16、发电机18和/或整流器20的温度。在这里，操作状态可以是任何其它合适特性，该任何其它合适特性指示例如冷却泵30的启动或停止、冷却器28的启动或停止等等的操作变化是必要的。

如图1中所示，管道系统12适于将至少一个冷却器28联接到发电站14中的变压器16、发电机18和/或整流器20。因此，取决于发电站14的构造，管道系统12适于将冷却器28联接到变压器16和发电机18，或将冷却器28联接到变压器16和整流器20，或将冷却器28联接到变压器16、发电机18和整流器20。

在下面，将参考图2到6说明根据本发明的集成冷却系统10的更多细节。

图2示出图1中示出的集成冷却系统10、管道系统12和发电站14的另外详细示意图。

如图2中所示，连接集成冷却系统10到发电站14的管道系统12具有并联布局。而且，管道系统设置有至少一个管道系统温度传感器34和加热器36。

在这里，集成冷却系统的控制器32在操作上适于当由管道系统温度传感器34测得的温度超过相关阈值（在下面也称为第三阈值）时激活集成冷却系统10的冷却器28。

如图2中所示，在发电站14中，变压器设置有变压器操作状态检测器38，该变压器操作状态检测器测量例如变压器16的芯部中的变压器温度。

如图2中所示，在发电站14中，发电机18设置有发电机操作状态检测器40，该发电机操作状态检测器测量例如发电机18的定子线圈或转子线圈的温度、发电机转矩、发电机载荷等等。

如图2中所示，在发电站14中，整流器20设置有整流器操作状态检测器42，该整流器操作状态检测器测量例如整流器温度、整流器操作频率等等。

如图2中所示，在集成冷却系统10中，冷却器28设置有冷却器操作状态传感器44，例如，冷却器开/关状态传感器、冷却器温度传感器，等等。

如图2中所示，在集成冷却系统10中，冷却泵30设置有冷却泵操作状态传感器46，该冷却泵操作状态传感器测量例如冷却泵开/关状态，每时间单位冷却泵泵量，等等。

如图2中所示，为了将各种操作状态传感器38到46与集成冷却系统的控制器32连接，设置从发电站14到控制器32的第一连接件48以及从冷却器28和冷却泵30到控制器32的第二连接件50。

此外，第一连接件48和第二连接件50可以是例如专用配线，具有寻址选项的总线连接，没有寻址选项的总线连接，用来建立各种操作状态传感器38到46和控制器32之间的通信的任何其它适当装置。

在操作上，在可以被例如变压器操作状态传感器38检测的变压器16的无载荷操作状态中，控制器32适于当例如由变压器操作状态检测器38测得的变压器16的温度超过第一阈值时激活冷却泵30。

有鉴于此，例如在发电站14的冷启动期间，变压器16的无载荷损失将参与预加热发电站14中的其它部件，例如，发电机18或整流器20。因此，变压器冷却和发电机18和/或整流器20的加热的集成允许安装空间的减小和总系统的安置的成本节省。

此外，再次在变压器16的无载荷操作状态中，控制器32在操作上适于当变压器16的温度超过大于第一阈值的第二阈值时激活变压器冷却器22。作为替代方案，第二阈值也可以等于或小于第一阈值。

此外，控制器32在操作上适于当变压器16的温度超过警戒阈值时停止发电站14的操作。

此外，控制器32在操作上适于当由管道系统温度传感器34测得的温度低于第四阈值时激活管道系统12的加热器36。

图3示出以串联布局通过管道系统连接到发电站的图1中示出的集成冷却系统10的另外详细示意图。

与图2中示出并且参考图2说明的那些元件相同的这种功能元件使用相同的附图标记被引用，使得其重复说明在这里被省略。

图2和图3中示出的格局之间的差别是，根据图2的管道系统是并联管道系统，而图3中示出的管道系统串联地连接不同部件。

在下面，将参考图4到图6说明集成冷却系统的控制器32的操作的细节。

图4示出图1到图3中示出的集成冷却系统控制器32的示意图。

如图4中所示，集成冷却系统控制器32包括接口单元52、操作状态检测器54、操作状态存储器56和冷却系统控制器。

图5示出图4中示出的集成冷却系统控制器的操作的流程图。

如图5中所示，在由图4中示出的操作状态检测器54和接口单元52执行的步骤S10中，检测变压器16、发电机18和/或整流器20的至少一个操作状态。在这里，控制器32的操作状态检测通过经由接口单元52以及连接件48和50到那里的通路轮询发电站14中的不同操作状态检测器38、40、42并且可选地也轮询集成冷却系统10中的操作状态检测器44、46。

如图5中所示，在由图4中示出的操作状态存储器56执行的步骤12中，根据检测到的操作状态执行操作状态存储器56的更新。在这里，应当注意，对于操作状态数据的存储，可以使用任何合适数据结构，例如，以表的形式、以状态图的形式、以关系数据库的形式等等。

如图5中所示，在由图4中示出的系统冷却控制器58执行的步骤S14中，根据检测到的发电站14的部件的操作状态并且根据检测到的集成冷却系统10的部件的操作状态执行集成冷却系统10的控制。

图6更详细地示出根据检测到的操作状态的集成冷却系统10的控制。迄今为止，使用所谓的状态图，在该状态图中将不同操作状态示出为节点A到H并且在该状态图中将不同状态之间的转变示出为定向边缘。

如图6中所示，为了冷却控制的执行，在一方面考虑变压器16和集成冷却系统10的操作状态并且在另一方面还考虑发电机18、整流器20和管道系统12的操作状态。

如图6中所示，第一状态A涉及该系统的冷启动，即，完整系统启动操作的状态。在这里，变压器16最初处于无载荷状况并且在操作温度提高时产生热。

如图6中所示，最后，变压器的温度将超过第一阈值T1，见操作状态B。根据本发明，建议随后激活集成冷却系统10的冷却泵30。

如图6中所示，假定冷却泵30的激活并且通过经由管道系统12的变压器冷却器22、发电机冷却器24和/或整流器冷却器26之间的热联接，预热的冷却流体将在发电机18和/或整流器20被接收并且被容纳在管道系统12中，见操作状态C。在假定冷启动情况，这也意味着从发电机18和/或整流器20的关状态D到预热状态C的状态转变。而且，应当注意，冷却系统控制器也可以可选地激活例如用于系统启动时间的加速的管道系统12的加热器34或用于发电机和/或整流器的任何其它补充加热系统。

如图6中所示，最后，发电站14和集成冷却系统10的所有部件将达到操作温度，该操作温度允许发电站14中的能量的产生并且产生的能量通过变压器16联接到电网。

如图6中所示，在冷却系统控制器58的控制下，变压器16的温度可以最终超过第二阈值T2，该第二阈值意味着转变到状态E，在该状态E下，变压器16被变压器冷却器22冷却。

如图6中所示，在冷却系统控制器58的控制下，发电机18和/或整流器的温度也可以最终超过第三阈值T3，该第三阈值意味着转变到状态F，在该状态F中，发电机18和/或整流器20分别被发电机冷却器24和/或整流器冷却器26冷却。

如图6中所示，仍然在冷却系统控制器58的控制下，取决于发电站14的载荷，变压器16的温度可以最终超过第五阈值T5，该第五阈值意味着转变到状态G，在该状态G中，除了通过变压器冷却器22的变压器16处的局部冷却外，变压器16也被集成冷却系统10的冷却器28冷却。

如图6中所示，在冷却系统控制器58的控制下，取决于载荷，发电机18和/或整流器的温度也可以最终超过第六阈值T6，该第六阈值T6再次意味着转变到状态G，在该状态G中，发电机18和/或整流器20通过集成冷却系统10中的冷却器28的操作被进一步冷却。

如图6中所示，假定变压器16的缺陷，变压器温度可以最终超过触发发电站14的关闭的临界警戒阈值TW，见从状态E或状态G到状态H的转变。关于发电机28和/或整流器20，类似的动作可以发生，见从状态G到状态H的转变。

如图6中所示，假定该系统的规则操作和系统载荷的减小或该系统的完全关闭，不同部件的操作温度将最后再次减小，意味着操作状态的连续转变，诸如状态G转变到状态E或状态F，状态E转变到状态A，或状态F转变到状态D，回到该系统的开始情况。

应当注意，根据本发明的集成冷却系统被设计成可以在世界各地盛行的各种气候条件下运转，例如，在从-40℃的温度到+50℃的温度下运转。因此，本领域技术人员将根据盛行的气候条件为集成冷却系统的每一次安装适当地选择最佳阈值。

也应当注意，虽然已经关于操作温度描述了不同操作状态之间的上述不同转变，但不认为这是对本发明的限制。

例如，也可以根据各种其它操作参数（例如，整流器的操作频率，或发电机上的机械载荷，等等）在集成冷却系统控制器的控制下执行这种转变。

总体上，本发明实现用于发电站14的冷却的非常高效的方法，其中仅仅单个后冷却器28用于集成冷却系统10以便不同部件（如布置在发电站14中的变压器16、发电机18和/或整流器20）的常见冷却。这允许减小安装空间并降低成本。而且，由于从变压器16排出的热被用来加热发电机18和/或整流器20，因此加热发电站部件所必要的能量可以显著减小。而且，通过适当的外壳可以保护集成冷却系统免受存在于不同安装地点的灰尘、污垢、湿气或盐的影响，实现全气候安装。

已经根据第一例子描述了一种用于发电站（14）的集成冷却系统（10），该发电站包括发电机（18）和整流器（20）中的至少一个以及变压器（16），该集成冷却系统包括：至少一个冷却器（28），该至少一个冷却器适于通过至少一个冷却泵（30）的操作降低在集成冷却系统（10）中循环的冷却流体的操作温度；管道系统（12），该管道系统适于将至少一个冷却器（28）联接到发电站（14）中的发电机（18）和整流器（20）中的至少一个以及变压器（16）；和控制器（32），该控制器适于根据发电站（14）中的发电机（18）和整流器（20）中的至少一个以及变压器（16）的至少一个操作状态来执行集成冷却系统（10）的冷却控制。

根据第二例子，在根据第一例子的集成冷却系统中，变压器（16）优选地在芯部中设置有第一温度传感器（38），并且控制器（32）在变压器（16）的无载荷操作状态中适于当由第一温度传感器（38）测量到的温度超过第一阈值（T1）时激活至少一个冷却泵（28）。

根据第三例子，在根据第二例子的集成冷却系统中，变压器（16）优选地设置有变压器冷却器（22），并且控制器（32）在变压器（16）的无载荷操作状态中适于当由第一温度传感器（38）测量到的温度超过大于第一阈值（T1）的第二阈值（T2）时激活变压器冷却器（22）。

根据第四例子，在根据第一例子到第三例子的集成冷却系统中，控制器（32）适于当由第一温度传感器（38）测得的温度超过警戒阈值（TW）时关闭发电站（14）的操作。

根据第五例子，在根据第一例子到第四例子的集成冷却系统中，管道系统（12）设置有第三温度传感器（34），并且控制器（32）适于当由第三温度传感器（34）测得的温度超过第三阈值时激活集成冷却系统（10）的至少一个冷却器（28）。

根据第六例子，在根据第五例子的集成冷却系统中，管道系统（12）设置有至少一个加热元件（36），并且控制器（32）适于当由第三温度传感器（34）测得的温度低于小于第三阈值的第四阈值时激活该至少一个加热元件（36）。

根据第七例子，在根据第一例子到第六例子的集成冷却系统中，管道系统（12）适于并联地连接发电站（14）的变压器（16）、发电机（18）和/或整流器（20）。

根据第八例子，在根据第一例子到第六例子的集成冷却系统中，管道系统（12）适于串联地连接发电站（14）的变压器（16）、发电机（18）和/或整流器（20）。

根据第九例子，在根据第一例子到第八例子的集成冷却系统中，集成冷却系统的至少一个冷却器（28）是无源冷却器。

根据第十例子，已经描述了一种控制用于发电站（14）的集成冷却系统（10）的方法，该发电站包括发电机（18）和整流器（20）中的至少一个以及变压器（16），其中集成冷却系统（10）包括至少一个冷却器（28），该至少一个冷却器适于通过至少一个冷却泵（30）的操作而减小在集成冷却系统（10）中循环的冷却流体的操作温度，并且其中管道系统（12）适于将至少一个冷却器（28）联接到发电站（14）中的发电机（18）和整流器（20）中的至少一个以及变压器（16），该方法包括以下步骤：根据发电站（14）中的发电机（18）和整流器（20）中的至少一个以及变压器（16）的至少一个操作状态来执行集成冷却系统（10）的冷却控制（S14）。

根据第十一例子，根据第十例子的方法包括以下步骤：通过设置在变压器（16）的芯部中的第一温度传感器（38）测量变压器（16）的芯部温度；和当由第一温度传感器测得的温度超过第一阈值（T1）时，在变压器（16）的无载荷操作状态下激活至少一个冷却泵（28）。

根据第十二例子，根据第十一例子的方法包括以下步骤：当由第一温度传感器（38）测得的温度超过大于第一阈值（T1）的第二阈值（T2）时，在变压器（16）的无载荷操作状态下激活变压器（16）的变压器冷却器（22）。

根据第十三例子，根据第十到第十二例子的方法包括以下步骤：当由第一温度传感器（38）测得的温度超过警戒阈值（TW）时停止发电站（14）的操作。

根据第十四例子，根据第十到第十三例子的方法包括以下步骤：通过至少一个第三温度传感器（34）测量管道系统（12）中的温度；和当由第三温度传感器（34）测得的温度超过第三阈值时激活集成冷却系统（10）的至少一个冷却器（28）。

根据第十五例子，根据第十四例子的方法包括以下步骤：当由第三温度传感器（34）测得的温度低于小于第三阈值的第四阈值时激活布置在管道系统（12）中的至少一个加热元件（36）。

Claims

1.一种用于发电站（14）的集成冷却系统（10），所述发电站包括发电机（18）和整流器（20）中的至少一者以及变压器（16），所述变压器设置有变压器冷却器（22），并且在所述变压器的芯部中设置有第一温度传感器（38），所述集成冷却系统包括：

至少一个冷却器（28），所述至少一个冷却器适于通过至少一个冷却泵（30）的操作降低在所述集成冷却系统（10）中循环的冷却流体的操作温度；

管道系统（12），所述管道系统适于将所述至少一个冷却器（28）联接到所述发电站（14）中的所述发电机（18）和整流器（20）中的所述至少一者以及所述变压器（16），并且所述管道系统设置有管道系统温度传感器（34）；和

控制器（32），所述控制器适于根据所述发电站（14）中的所述发电机（18）和整流器（20）中的所述至少一者以及所述变压器（16）的至少一个操作状态来执行所述集成冷却系统（10）的冷却控制；其中

在所述变压器（16）的无载荷操作状态下，当由所述第一温度传感器（38）测得的温度超过第一阈值（T1）时，所述控制器（32）适于激活所述至少一个冷却泵（28）；

在所述变压器（16）的无载荷操作状态下,当由所述第一温度传感器（38）测得的温度超过大于所述第一阈值（T1）的第二阈值（T2）时，所述控制器（32）适于激活所述变压器冷却器（22）；并且

当由所述管道系统温度传感器（34）测得的温度超过第三阈值时，所述控制器（32）适于激活所述集成冷却系统（10）的至少一个冷却器（28）。

2.根据权利要求1所述的集成冷却系统，其特征在于，当由所述第一温度传感器（38）测得的温度超过警戒阈值（TW）时，所述控制器（32）适于使所述发电站（14）的操作停止。

3.根据权利要求1所述的集成冷却系统，其特征在于，

所述管道系统（12）设置有至少一个加热元件（36）；并且

当由所述第三温度传感器（34）测得的温度低于小于所述第三阈值的第四阈值时，所述控制器（32）适于激活所述至少一个加热元件（36）。

4.根据权利要求1到3中的一项所述的集成冷却系统，其特征在于，所述管道系统（12）适于并联连接所述发电站（14）的所述变压器（16）、所述发电机（18）和/或所述整流器（20）。

5.根据权利要求1到3中的一项所述的集成冷却系统，其特征在于，所述管道系统（12）适于串联连接所述发电站（14）的所述变压器（16）、所述发电机（18）和/或所述整流器（20）。

6.根据权利要求1到9中的一项所述的集成冷却系统，其特征在于，所述集成冷却系统的至少一个冷却器（28）是无源冷却器。

7.一种控制用于发电站（14）的集成冷却系统（10）的方法，所述发电站包括变压器（16），所述变压器设置有第一温度传感器（38）和变压器冷却器（22），所述第一温度传感器被布置在所述变压器（16）的芯部中，所述发电站还包括发电机（18）和整流器（20）中的至少一者；其中

所述集成冷却系统（10）包括至少一个冷却器（28），所述至少一个冷却器适于通过至少一个冷却泵（30）的操作降低在所述集成冷却系统（10）中循环的冷却流体的操作温度，并且所述集成冷却系统还包括管道系统（12），所述管道系统适于将所述至少一个冷却器（28）联接到所述发电站（14）中的所述发电机（18）和整流器（20）中的所述至少一者以及所述变压器（16），并且所述管道系统设置有管道系统温度传感器（34），

所述方法包括以下步骤：

根据所述发电站（14）中的所述发电机（18）和整流器（20）的至少一者以及所述变压器（16）的至少一个操作状态来通过以下动作执行所述集成冷却系统（10）的冷却控制（S14），

在所述变压器（16）的无载荷操作状态下，当由所述第一温度传感器测得的温度超过第一阈值（T1）时，激活所述至少一个冷却泵（28）；

在所述变压器（16）的无载荷操作状态下，当由所述第一温度传感器（38）测得的温度超过大于所述第一阈值（T1）的第二阈值（T2）时，激活所述变压器冷却器（22）；和

当由所述管道系统温度传感器（34）测得的温度超过第三阈值时激活所述集成冷却系统（10）的至少一个冷却器（28）。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：当由所述第一温度传感器（38）测得的温度超过警戒阈值（TW）时使所述发电站（14）的操作停止。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

当由所述第三温度传感器（34）测得的温度低于小于所述第三阈值的第四阈值时，激活布置在所述管道系统（12）中的所述至少一个加热元件（36）。