CN105830550A - 用于高压直流传输系统的模块化冷却设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于高压直流传输系统的模块化冷却设备。根据本发明的子模块(10)包括在前部的供电单元(12)和在后部的电容器单元(13)，并且用于排出内部产生的热量的热沉(30)设置在形成供电单元(12)的外部的供电单元外壳(14)的内部空间(14’)中。冷却剂路径(31)设置在所述热沉(30)的内部。冷却剂路径(31)的入口和出口定位成与靠近内部空间(14’)的底面相邻。用于将冷却剂供应到内部空间(14’)的连接耦合器(20)设置在供电单元外壳(14)的前表面(15)的底端的斜面(16)上。斜面(16)形成为以一定角度面向地面。供电单元外壳(14)的两个侧面上是穿透部分(22)，每个穿透部分设置有具有百叶窗片(26)的百叶窗板(24)以允许空气在内部空间(14’)与外部之间循环。这样，根据本发明，在不会由于冷却剂渗漏而对子模块(10)造成损坏的同时更有效地耗散热量。

Description

用于高压直流传输系统的模块化冷却设备

技术领域

本发明涉及一种用于高压直流传输系统的模块化冷却设备，并且更具体地讲，涉及用于排出高压直流传输系统的模块化设备中产生的热量的用于高压直流传输系统的模块化冷却设备。

背景技术

高压直流(HVDC)系统通过将来自电厂的交流电转换成直流电、传输直流电，然后在电力接收点将直流电转换成交流电来供应电力。HVDC系统比交流传输类型的系统损耗更少的电力，所以它具有高电力传输效率。另外，该系统可以通过线分离提高稳定性并且具有很小的电感干扰，所以在长距离电力传输中有利。

HVDC系统安装在被称为转换器模块的结构中，所述转换器模块由堆叠成10米高的多个层的多个子模块组成。子模块在工作期间产生大量热量。因此，对该结构进行了用于将子模块产生的热量排出到外侧的许多研究。特别地，需要使包括电缆以及连接至子模块的冷却水管的所有部件分离，以便从高的位置取下子模块，以用于在地上维护。

然而，在冷却管与子模块分离的同时渗漏的冷却水会流入子模块中并且可能造成漏电或腐蚀。这是因为冷却水管通过子模块的顶部延伸到子模块中，并且从冷却水管渗漏的水可能进入子模块中。

另外，冷却水管应当与子模块分离以维护子模块，但是这无法实现，所以子模块应当与冷却水管一起移动。

此外，由于冷却水管等定位在子模块上方，所以工人难以在子模块上方工作。

发明内容

技术问题

本发明的目的是保持用于将高压直流传输系统中的模块产生的热量在模块下方排出的冷却水管，并且即使在渗漏水的情况下也防止水进入模块。

本发明的另一个目的是使用用于高压直流传输系统的模块中的耦合器使内部连接管和冷却水管彼此连接。

本发明的另一个目的是通过以相对于重力方向预定角度形成外壳的外侧来将冷却水管与耦合器之间的渗漏水排出到外侧，该外壳容纳耦合器。

本发明的另一个目的是在用于高压直流传输系统的模块的外侧与内侧之间形成平稳气流。

技术方案

根据本发明的一方面，提供了一种用于高压直流传输系统的模块化冷却设备，所述设备包括：形成外部形状并且具有内部空间的外壳；外部耦合器，所述外部耦合器布置成穿过斜面并且与冷却水管连接，所述斜面在所述外壳的前部的下部处向下倾斜；布置在所述内部空间中的热沉(heatsink)，所述热沉中具有冷却水通道并且安装有热源；以及内部耦合器，所述内部耦合器布置在所述冷却水通道的入口和出口处并且通过内部连接管连接至所述外部耦合器。

所述热沉可以布置在所述内部空间中直立的支撑板的外侧上，并且所述冷却水通道的入口和出口可以形成在靠近所述内部空间底部的所述热沉的下端处。

所述外部耦合器可以具有允许和防止在其中流动的冷却水的流动的功能。

所述斜面可以通过切除所述外壳的前部与底部之间的边缘来形成。

孔可以形成为穿过外壳的面向所述热沉的一侧，并且百叶窗板(louverplate)可以布置在所述孔上方。

所述百叶窗板可以具有多个百叶窗片，以使得空气在所述内部空间与外部之间流动。

所述孔和所述百叶窗板可以应用于所述外壳的两侧。

有益效果

由根据本发明的高压直流传输系统的模块化冷却设备能够获得以下效果。

根据本发明，由于用于连接模块中的内部管和冷却水管以使用冷却水排出热量的外部耦合器布置在形成模块的外部形状的供电单元的下端，所以即使冷却水渗漏，冷却水也不会流入模块中。

另外，由于内部连接管和冷却水管通过外壳中的外部耦合器连接，所以当冷却水管与外部耦合器分离时，高压直流传输系统的模块可以被移动，所以能够简单地维护模块。

另外，由于外部耦合器布置成穿过外壳前部的下端处的斜面，所以即使水在外部耦合器与冷却水管之间渗漏，水也无法流入到外壳内侧，所以防止对模块造成损坏。

另外，由于孔形成为穿过供电单元外壳的侧部并且被具有多个百叶窗片的百叶窗板覆盖，所以空气可以在内部空间与外部之间平稳地流动，所以可以有效地排出热量。

附图说明

图1是示出了根据本发明的实施例的配备有冷却设备的高压直流传输系统的模块的配置的透视图。

图2是示出了在移除供电单元外壳和百叶窗板的状态下，本发明实施例的主要配置的透视图。

图3是示出了内部空间的支撑板上的根据本发明实施例的热沉的透视图。

图4是示出了本发明实施例的配置的透视图。

图5是示出了根据本发明实施例的热沉的主要部分的放大透视图。

图6是示出了在结构中使用根据本发明实施例的高压直流传输系统的子模块的视图。

具体实施方式

以下参照附图详细描述根据本发明的高压直流传输系统的模块化冷却设备的实施例。本文中示例了用于高压直流传输系统的模块的子模块。

如附图所示，根据实施例的配备有冷却设备的子模块10主要由供电单元12和电容器单元13组成。多个功率半导体和多个板在供电单元12中。供电单元外壳14形成供电单元12的外部形状。供电单元外壳14在供电单元12中限定内部空间14’，并且供电单元12的多个部件布置在内部空间14’中。

在此实施例中，供电单元外壳14具有大体六面体形状。供电单元外壳14的前部15是在下端处具有斜面16的平表面。斜面16通过切除供电单元外壳14的前部15与底部之间的边缘来形成。斜面16以一定角度面向供电单元12所位于的地面。

显示单元18在斜面16上。显示单元18示出子模块10的状态。显然，信号通过显示单元18在子模块10与控制器(未示出)之间连接。

外部耦合器20布置在斜面16的一侧处。外部耦合器20是与冷却水管(未示出)被连接的部分。两个外部耦合器20在斜面16中布置成一条线，两个外部耦合器中的一个是冷却水的入口，所述外部耦合器中的另一个是在模块中循环的冷却水的出口。外部耦合器20在供电单元外壳14的前部15的下部布置成穿过斜面16。外部耦合器20可以被打开和关闭。在这种情况下，工人只需要在关闭外部耦合器之后在不排出冷却水的情况下移除冷却管。

孔22形成为穿过供电单元外壳14的侧部。孔22使内部空间14’与外侧连通，并且在附图中形成为矩形。能够通过孔22接近并维护内部空间14’中的部件。

百叶窗板24布置在孔22上方。孔22被百叶窗板24覆盖。多个百叶窗片26通过百叶窗板24形成为多行。空气可以通过百叶窗片26在内部空间14’与外侧之间流动。孔22和百叶窗板24可以应用于供电单元外壳14的相反侧。

如图3所示，支撑板28在内部空间14’中直立。支撑板28布置在由供电单元外壳14限定的空间中。支撑板28将内部空间14’分成所需的空间，并且以下将描述的热沉30被在所述分隔板28处安装。

热沉30安装在支撑板28上。热沉30由具有高热传导率的金属制成。例如，热沉30由铝制成。

如图5所示，冷却水通道31形成在热沉30中。冷却水通道31沿着热沉30中的若干路径形成。冷却水通道31特别地形成在以下将描述的热源36被安装的区域。冷却水通道31的入口和出口暴露在热沉30外并且在热沉30的重力方向上形成在最低部分处。也就是说，冷却水通道31的入口和出口形成在靠近内部空间14’底部的热沉30的下部处。这是为了防止水通过入口和出口渗漏，也就是，防止从入口和出口处的内部耦合器32(以下描述)渗漏的水流到其他部件。

内部耦合器32布置在冷却水通道31的入口和出口处。内部耦合器32分别布置在热沉30的冷却水通道31的入口和出口处。内部连接管34连接内部耦合器32和外部耦合器20。内部连接管34将冷却水从内部空间14’输送到热沉30，并且通过内部耦合器20将流入热沉30中后流出的冷却水输送到冷却水管。内部连接管34可以由软材料或金属制成。

热沉30附接至支撑板28，并且支撑板28竖向地直立，所以热沉30也竖向地直立。热源36附接至热沉30。多个装置，例如，IGBT，可以用作热源36。

如图6所示，根据本发明的实施例的子模块10安装在高层结构40中。该结构40约10米高，并且具有多层，并且子模块10安装在每一层上。子模块10在结构40的每一层上安装并使用。

以下详细描述根据本发明的具有如上所述配置的高压直流传输系统的模块化冷却设备的使用。

如图6所示，子模块10在结构40的每一层上安装并使用。子模块10的供电单元12通过电缆连接至地面——结构40被在此构造——上的控制器40。来自控制器的控制信号通过电缆被发送到子模块10的供电单元12中的控制板。发送到控制板的控制信号被发送到供电单元12中的部件，从而使子模块10工作。子模块10的工作状态或子模块10中的部件的工作状态由显示单元18示出。

热源36在子模块10工作的同时产生大量的热量。冷却水被供应以去除热量，并且在冷却水流经热沉30中的冷却水通道31的同时将热量传递到外侧。

也就是说，冷却水管连接至外部耦合器20，以通过外部耦合器20中的一个将冷却水供应到供电单元12。冷却水通过外部耦合器20被供应到内部连接管34，并且穿过内部连接管34的冷却水通过冷却水通道31的入口处的内部耦合器32流入到冷却水通道31中。

在冷却水通道31中流动的冷却水带走从热源35传递到热沉30的热量，并且在冷却水通过冷却水通道31循环的同时，热量通过在冷却水通道32的出口处的内部耦合器32被传递到内部连接管34。冷却水流经在冷却水通道31的出口处连接到内部耦合器32的内部连接管34、通过外部耦合器20流动到冷却水管，然后排出供电单元12。在冷却水管中流动的冷却水流动到结构40中的另一个冷却结构，并且将热量排出到外侧。已经排出冷却结构中的热量的冷却水可以通过如上所述的路径再次排出热量。

子模块10需要被维护。为了从结构40取出子模块10并且在地面上处理子模块10，需要使得连接到显示单元18的电缆和连接到外部耦合器20的冷却水管分离。

在冷却水从子模块10完全排出之后，冷却水管可以与外部耦合器20分离。显然，当可以打开和关闭外部耦合器20时，冷却水管可以在两个外部耦合器20都关闭的状态下与外部耦合器20分离。因此，能够从结构40取下子模块以用于维修。

冷却水会从子模块10渗漏的部分是热沉30的冷却水通道31的入口和出口、入口和出口处的内部耦合器34以及穿过供电单元外壳14的前部15上的斜面16伸出的外部耦合器20。

热沉30的冷却水通道31的入口和出口以及内部耦合器34都布置成靠近内部空间14’的底部。因此，即使冷却水在这些位置渗漏，冷却水对内部空间14’中的其他部件的影响也很小。

另外，外部耦合器20还布置在前部15的下部，所以即使存在渗漏水，渗漏的水也不会给其它部件造成问题。特别地，当水在外部耦合器20伸出供电单元外壳14的部分渗漏时，水在外部耦合器20的倾斜端部处滴落，但是水远离供电单元情况14滴落，所以渗漏水不会给子模块10造成问题。

作为参考，内部连接管34连接至内部空间14’中的外部耦合器20的端部，外部耦合器20和内部连接管34一旦连接就不分离，并且即使在这些部分渗漏水，渗漏的水也在内部空间14’的底部处滴落，所以不存在问题。

另外，冷却管与伸出供电单元外壳14的外部耦合器20的部分连接/分离，所以水会在这些部分渗漏。然而，在这些部分处渗漏的水被完全输送到供电单元外壳14外侧，所以该渗漏水不影响子模块10。

另外，形成为穿过供电单元外壳14的一侧的孔22允许工人容易地接近部件，例如，内部空间14’中的热沉30，所以在空气在外侧与内部空间14’之间流动的同时，内部空间14’中的热量被排出到外侧。为此，具有多个百叶窗片26的百叶窗板24布置在孔22上方。

以上描述了解释本发明的精神的实例，并且本领域的技术人员在不脱离本发明的基本特征的情况下可以以多种方式改变和修改该实例。因此，本文描述的实施例并非用于限制，而是解释本发明的精神，并且本发明的范围不受实施例的限制。一旦根据权利要求书理解本发明的保护范围，并且本发明的等同范围中的所有技术精神应当理解成包括在本发明的权益的范围内。

Claims (7)

1.一种用于高压直流传输系统的模块化冷却设备，所述设备包括：

外壳，所述外壳形成外部形状并且具有内部空间；

外部耦合器，所述外部耦合器布置成穿过斜面并且与冷却水管连接，所述斜面在所述外壳的前部的下部处向下倾斜；

热沉，所述热沉布置在所述内部空间中、具有在其中的冷却水通道并且安装有热源；以及

内部耦合器，所述内部耦合器布置在所述冷却水通道的入口和出口处并且通过内部连接管连接至所述外部耦合器。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述热沉布置在所述内部空间中直立的支撑板的外侧上，并且所述冷却水通道的入口和出口形成在靠近所述内部空间的底部的所述热沉的下端处。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述外部耦合器具有允许和防止冷却水在其中流动的功能。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述斜面通过切除所述外壳的前部与底部之间的边缘来形成。

5.根据权利要求1至4的任一项所述的设备，其中，孔形成为穿过所述外壳的面向所述热沉的一侧，并且百叶窗板布置在所述孔上方。

6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述百叶窗板具有多个百叶窗片，以使得空气在所述内部空间与外部之间流动。

7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述孔和所述百叶窗板应用于所述外壳的两侧。