CN109459648B - 变流器的损耗测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种变流器的损耗测量方法及系统。该损耗测量系统包括：多个柜体温度传感器、至少一个加热部件以及处理设备；在变流器正常工作状态下，当多个位置处的温度满足第一稳态条件时，变流器柜体第一发热量由液冷管路传递至柜体外部，变流器柜体第二发热量由柜体表面通过热辐射传递至柜体外部，处理设备用于确定第一发热量；在变流器测试状态下，关闭各所述发热组件，开启各所述加热部件，保持液冷管路循环，当相关的多个位置处的温度满足第二稳态条件时，处理设备用于根据各所述加热部件的总功率与液冷管路传递热量的差值确定第二发热量。通过本申请的损耗测量系统和方法，可以更加精确地获得变流器的功率损耗。

Description

变流器的损耗测量方法及系统

技术领域

本申请涉及变流器功率损耗测量领域。更具体地，涉及变流器的损耗测量方法及系统。

背景技术

随着变流器技术的发展，变流器的容量越来越大，逐渐采用液冷冷却方案来进行冷却。

变流器在进行交流-直流-交流能量转换的过程中，损耗包括变流器中半导体器件的高速开关动作导致的损耗、电流通过导体和半导体的热效应、电感导致的磁滞涡流损耗以及电容的介质损耗等。变流器的上述损耗最终以发热的形式与外界完成能量交换。能量交换的方式一般有三种：对流、传导和辐射。

变流器柜体内部通过热交换器的形式将变流器的损耗传递到冷却液体，然后通过对流的形式，以冷却液体的流动传递到柜体外部，在柜体外将冷却液体携带的热量与空气进行热交换。此外，变流器的另一种损耗还表现为热辐射损失，高温物体和低温物体之间具体双向辐射能力，即柜体壳体表面通过辐射的形式向四周传递能量。

在全功率风电变流器的技术标准中，一般要求风电变流器的转换效率较高，例如不低于96.5%，但是仍存在一部分（例如接近3.5%）的功率能量以损耗的形式消耗掉。因此，如何准确的评估测试风电变流器的损耗，成为了获得风电变流器转换效率的关键命题。

现有的技术方案一般是通过直接测量法进行的，具体地，通过功率分析仪和电压电流探头，直接测量变流器输出端和输入端的电功率差值，即为风电变流器的损耗。

然而，采用直接测量法测量风电变流器的损耗存在以下几个方面的问题。首先，全功率风电变流器的机侧交流频率非常低，一般在10HZ（赫兹）左右，而机侧电压表现为脉宽调制（PWM）脉冲波形，功率分析仪在对机侧电压进行谐波分解时，会存在较大的误差；其次，现有的仪器仪表（电压传感器和电流传感器）的测量精度基本在千分之五附近，即实测的输入功率或输出功率存在最小0.5%的误差，这样对于占比仅为3.5%的损耗，其理论偏差值会达到0.5/3.5=14.3%，显然是不够准确的。

因此，需要一种满足更高精度要求的变流器的损耗测量方法和系统。

发明内容

为了至少解决现有技术的变流器的损耗测量方法和系统的对变流器的损耗测量的精度低下的问题，提出了本申请的变流器的损耗测量方法和系统。

根据本申请的一个方面，本申请提供了一种变流器的损耗测量系统，包括：

多个柜体温度传感器，分设于所述柜体的多个位置处；

至少一个加热部件，分设于所述柜体内的至少一个发热组件上；

处理设备，与所述多个柜体温度传感器和所述至少一个加热部件分别连接；其中，

在所述变流器正常工作状态下，当所述多个位置处的温度满足第一稳态条件时，变流器柜体第一发热量由液冷管路传递至柜体外部，变流器柜体第二发热量由柜体表面通过热辐射传递至柜体外部，所述处理设备用于确定所述第一发热量；

在所述变流器测试状态下，关闭各所述发热组件，开启各所述加热部件，保持所述液冷管路循环，当相关的多个位置处的温度满足第二稳态条件时，所述处理设备用于根据各所述加热部件的总功率与所述液冷管路传递热量的差值确定所述第二发热量。

根据本申请的另一个方面，本申请提供了一种变流器的损耗测量方法，包括：

在所述变流器正常工作的情况下持续获取与变流器的柜体相关的多个位置处的温度，当相关的多个位置处的温度都满足第一稳态条件时，确定出由液冷管路传递至柜体外部的第一发热量；

在所述变流器测试状态下，关闭各发热组件，开启各加热部件，保持所述液冷管路循环，当所述相关的多个位置处的温度满足第二稳态条件时，根据各所述加热部件的总功率与所述液冷管路传递热量的差值确定第二发热量；

其中，所述第二发热量表示在所述变流器正常工作的情况下由柜体表面通过热辐射传递至柜体外部的热量。

本申请的变流器的损耗测量方法和系统能够获得准确可靠的热交换能量损耗测试数据，可以更为精准的求得变流器的总损耗。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

从下面结合附图对本申请的具体实施方式的描述中可以更好地理解本申请，其中：

图1示出了模块化变流器的结构示意图；

图2示出了根据本申请实施例的一种模块化风电变流器的损耗测量系统的框图；

图3示出了根据本申请实施例的一种模块化风电变流器的损耗测量方法的流程图。

附图标记说明书：

101-柜体框架；102-水风冷换热单元；103-换热器；104-风道组件；105-上分流隔板；106-下分流隔板；107-机侧电抗器；108-机柜隔板；109-功率模块；1010-顶部腔体；1011-网侧电抗器；1012-底部腔体；1013-辅助循环风扇；

2000-变流器的损耗测量系统；2001-入口流量传感器；2002-出口流量传感器；2003-入口温度传感器；2004-出口温度传感器；2100-流量调节泵；

2005-2008-柜体壳体温度传感器；2009-2011-柜体内部温度传感器；

2012-2014-加热功率传感器；2015-风扇功率传感器。

具体实施方式

下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本申请的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请的更好的理解。本申请决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本申请的精神的前提下覆盖了元件、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本申请造成不必要的模糊。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语），具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

首先对本申请涉及的几个名词进行介绍和解释：

风力发电系统：一种吸收风的能量，并将其转换为电能并网发电的系统；

风电变流器：指实现机侧低频交流电转换为工频交流电并网，并控制风力发电机运行的机器；

模块化：一般指通过封装整合部分电路，实现特定功能的部件；

热交换：一般指对流、传导和辐射三种热量交换传递的方式，从发热体向其它物体或介质传递热量；

热辐射：物体对外以电磁波的形式发出辐射能，在真空及多数气体中完全透过；

功率分析仪：主要用于功率计算和分析；

水冷系统：水冷系统包括变流器外部冷却换热系统，将经过变流器后的冷却水，通过强迫风冷的形式与空气进行换热；以及变流器内部冷却换热系统，将经过外部冷却系统的冷却水，与变流器柜体内部发热源进行热交换，进而带出柜体内部热量。

本实施例以模块化风电变流器为例说明损耗测量系统和测量方法。现有技术中，全功率风电变流器一般采用功率柜、控制柜、滤波柜、进出线柜、机网侧开关柜和冷却柜的分离式柜体设计方案。采用上述方案可以带来直观的功能定位区分，但是对于空间狭小的风机塔筒而言，这样的风电变流器设计造成空间利用不足、结构不够紧凑、灵活性不足的缺点，不利于在风机塔筒内部的布局摆放。因此，本发明的实施例提供一种模块化的紧凑型风电变流器结构，通过模块化柜体的合理布局，将风电变流器的所有功能模块集中设置在一个柜体内部。

图1示出了模块化风电变流器的结构示意图。模块化变流器包含柜内循环风扇、水风冷换热单元102、换热器103、机侧电抗器107、上风道分流隔板105、下风道分流隔板106、顶部腔体1010、机柜隔板108、功率模块109、网侧电抗器1011、底部腔体1012和辅助循环风扇1013。

本实施例提供的模块化风电变流器采用风冷和水冷相结合的方式进行散热。柜体内部设有散热风扇驱动柜体内部空气循环对流，并且设置液冷管路对变流器柜体内的发热模块进行热交换。

变流器柜体具有封闭结构，形成顶部腔体1010和底部腔体1012。变流器柜体内部还设置风道组件104，对应顶部腔体1010开设上分流隔板105，对应底部腔体1012开设下分流隔板106。上分流隔板105、下分流隔板106保证有部分的空气可以直接进入顶部腔体1010和底部腔体1012，提高内部空气循环的速度和效率。辅助循环风扇1013强迫底部腔体1012内空气进入顶部腔体1010。散热风扇安装在柜体顶部，柜内循环气流通过风道组件104进行导流分别进入顶部腔体1010和底部腔体1012，再上升至柜体顶部进行下一循环。

变流器柜体内部的发热模块包括设置在顶部腔体1010内的机侧电抗器107和功率模块109，以及设置在底部腔体1012内的网侧电抗器1011。针对上述发热模块，还设置液冷管路进行热交换。

液冷管路采用下部进水管，上部出水管的排放方式。液冷管路分别连接所述机侧电抗器107、功率模块109和网侧电抗器1011。冷却液从变流器柜体底部流入，与所述网侧电抗器1011、功率模块109和机侧电抗器107进行热量交换，由柜体顶部流出。

变流器柜体顶部设有水风冷换热单元102，包括所述散热风扇和设置于液冷管路上的换热器103。循环气流由换热器103冷却后，再由散热风扇驱动进入风道组件104。

本申请实施例提供一种变流器的损耗测量系统，包括：多个柜体温度传感器、至少一个加热部件和处理设备。

多个柜体温度传感器，分设于所述柜体的多个位置处；

至少一个加热部件，分设于所述柜体内的至少一个发热组件上；

处理设备，与所述多个柜体温度传感器和所述至少一个加热部件分别连接；其中，

在所述变流器正常工作状态下，当所述多个位置处的温度满足第一稳态条件时，变流器柜体第一发热量由液冷管路传递至柜体外部，变流器柜体第二发热量由柜体表面通过热辐射传递至柜体外部，所述处理设备用于确定所述第一发热量；

在所述变流器测试状态下，关闭各所述发热组件，开启各所述加热部件，保持所述液冷管路循环，当所述相关的多个位置处的温度满足第二稳态条件时，所述处理设备用于根据各所述加热部件的总功率与所述液冷管路传递热量的差值确定所述第二发热量。

其中，所述第一稳态条件包括所述变流器与外界热交换达到热平衡。所述第二稳态条件包括，在所述变流器测试状态下所述变流器与外界热交换达到热平衡，且所述多个位置处的温度与第一稳态条件的温度接近。

根据热辐射理论，热辐射是以电磁波的形式向外传递能量的，即柜体内部发热器件通过热辐射将热量传递给柜体内部空气和其他部件，而后柜体表面通过热辐射继续向外界传递辐射能。本申请的损耗测量系统通过热辐射模拟获得热辐射的功耗，从而更加精确地获得变流器的功率损耗。

可选地，本申请的变流器的损耗测量系统中，还包括至少一个流量传感器，所述至少一个流量传感器包括：入口流量传感器和出口流量传感器。入口流量传感器和出口流量传感器，分设于液冷管路的入口和出口。

例如，图2示出了根据本申请实施例的用于上述模块化风电变流器的损耗测量系统2000的框图。如图2所示，变流器的损耗测量系统2000包括：入口流量传感器2001和出口流量传感器2002，该入口流量传感器2001和出口流量传感器2002分别设置在变流器的柜体的液冷管路的进水管和出水管，用于测量变流器的柜体的液冷管路中的液体在进水管和出水管处的流量。

可选地，本申请的变流器的损耗测量系统中，多个柜体温度传感器包括：入口温度传感器和出口温度传感器。

入口温度传感器和出口温度传感器，分设于变流器的柜体的液冷管路的入口和出口。

例如，如图2所示，变流器的损耗测量系统2000包括入口温度传感器2003和出口温度传感器2004，该入口温度传感器2003和出口温度传感器2004分别设置在变流器的柜体的液冷管路的进水管和出水管，用于测量变流器的柜体的液冷管路中的液体在进水管和出水管处的温度。

可选地，本申请的变流器的损耗测量系统中，多个柜体温度传感器还包括：柜体壳体温度传感器组和柜体内部温度传感器组。柜体壳体温度传感器组中的至少一个壳体温度传感器分设于柜体的壳体上的至少一个位置处；柜体内部温度传感器组中的至少一个内部温度传感器分设于柜体内部的至少一个位置处。

可选地，至少一个壳体温度传感器包括：第一壳体温度传感器、第二壳体温度传感器、第三壳体温度传感器和第四壳体温度传感器。

第一壳体温度传感器，设置于壳体的顶板处；第二壳体温度传感器，设置于壳体的一个侧板处；第三壳体温度传感器，设置于壳体的底板处；第四壳体温度传感器，设置于壳体的另一个侧板处。

例如，如图2所示，变流器的损耗测量系统2000包括多个柜体温度传感器2005-2011，多个柜体温度传感器2005-2011分别设于变流器柜体的各个位置。该多个柜体温度传感器可以包括一组柜体壳体温度传感器2005-2008和一组柜体内部温度传感器2009-2011。在图2中，第一壳体温度传感器、第二壳体温度传感器、第三壳体温度传感器和第四壳体温度传感器分别具体为柜体壳体温度传感器2005、柜体壳体温度传感器2006、柜体壳体温度传感器2007和柜体壳体温度传感器2008，该组柜体壳体温度传感器2005-2008分别设置在柜体的顶板、一个侧板、底板、和另一个侧板；在图2中，第一内部温度传感器、第二内部温度传感器和第三内部温度传感器分别具体为柜体内部温度传感器2009、柜体内部温度传感器2010和柜体内部温度传感器2011，该组柜体内部温度传感器2009-2011分别设置在变流器的柜体中的发热组件所在的空间，例如，柜体内部温度传感器2009-2011设置在变流器的柜体中的机侧电抗器所在的空间、变流器的柜体中的网侧电抗器所在的空间以及变流器的功率模块所在的空间。

可选地，本申请的变流器的损耗测量系统中，该至少一个加热部件包括：功率模块加热部件、网侧电抗器加热部件和机侧电抗器加热部件；以及

该至少一个加热功率传感器包括：功率模块加热功率传感器、网侧电抗器加热功率传感器和机侧电抗器加热功率传感器；

处理设备与功率模块加热功率传感器、网侧电抗器加热功率传感器和机侧电抗器加热功率传感器分别连接。

例如，如图2所示，该至少一个加热部件具体分别为变流器的损耗测量系统2000中的加热电阻R1、加热电阻R2和加热电阻R3，加热电阻R1-R3分设于柜体内的发热组件上，例如加热电阻R1-R3分别设置在功率模块、机侧电抗器和网侧电抗器上；所述至少一个加热功率传感器具体分别为变流器的损耗测量系统2000中的加热功率传感器2012、加热功率传感器2013和加热功率传感器2014，加热功率传感器2012-2014分别与加热部件R1-R3相对应地设于柜体内的发热组件（诸如功率模块、机侧电抗器和网侧电抗器）上，以分别测量加热电阻R1-R3的加热功率。

可选地，损耗测量系统2000还包括风扇功率传感器2015，其设置于柜体中的循环风扇1012处，用于测量循环风扇的功率。

例如，如图2所示，变流器的损耗测量系统2000包括流量调节泵（M）2100，该流量调节泵2100设置在变流器的柜体的液冷管路中，用于实时不断调节流量泵的流量，使液冷管路的进水口温度和出水口温度保持稳定；

以及变流器的损耗测量系统2000包括处理设备，该处理设备与入口流量传感器2001和出口流量传感器2002、入口温度传感器2003和出口温度传感器2004、柜体温度传感器2005-1011、加热电阻R1-R3、加热功率传感器2012-2014、风扇功率传感器2015和流量调节泵2100电连接。在图2中，未示出处理设备，以便使图2更清楚简洁。

此外，该变流器的损耗测量系统2000还包括外冷换热器。

在一个实施例中，加热电阻R1、R2、R3可以是加热膜或其他能够可控发热并可准确评估功率的器件代替，例如半导体等。

图3示出了根据本申请实施例的一种模块化风电变流器的损耗测量方法的流程图。

在变流器正常工作的情况下，在步骤S305中，控制设备控制多个柜体传感器持续获取与变流器的柜体相关的多个位置处的温度。

可选地，持续获取柜体的液冷管路的入口温度和出口温度、柜体的壳体上至少一个位置处的温度、以及柜体内部至少一个位置处的温度。

在步骤S310中，确定获取的相关的多个位置处的温度是否满足第一稳态条件。如果相关的位置处的温度不满足第一稳态条件，则继续执行步骤S310；如果相关的位置处的温度满足第一稳态条件，则执行步骤S315。

在步骤S315中，确定出由液冷管路传递至柜体外部的第一发热量。

可选地，确定出由液冷管路传递的第一发热量包括：在变流器正常工作状态下，获取柜体的液冷管路的入口和出口的流量值和温度值，并基于所获取的流量值和温度值，确定出液冷管路传递的第一发热量。

在所述变流器测试状态下，在步骤S320中，关闭各发热组件，开启各加热部件，保持液冷管路循环。

可选地，开启各加热部件包括：控制柜体内部的多个加热部件进行第一精度级别的加热，直到柜体内部的各处的温度与满足第一稳态条件时的温度之间的温差值都不超过第一温差阈值；

当各温差值都不超过第一温差阈值时，控制柜体内部的多个加热部件进行第二精度级别的加热，直到柜体内部各处的温度与满足第一稳态条件时的温度之间的温差值都不超过第二温差阈值；

当各温差值都不超过第二温差阈值时，控制柜体内部的多个加热部件进行第三精度级别的加热，直到柜体内部各处的温度与满足第一稳态条件时的温度之间的都不超过第三温差阈值。

在步骤S325中，确定柜体内部的各处温度是否都满足第二稳态条件，如果相关的位置处的温度不满足第二稳态条件，则继续执行步骤S325；如果相关的位置处的温度满足第二稳态条件，则执行步骤S330。

在步骤S330中，根据各加热部件的总功率与液冷管路传递热量的差值确定第二发热量。

可选地，在变流器测试状态下，处理设备基于功率模块加热部件、网侧电抗器加热部件和机侧电抗器加热部件的总发热功率与液冷管路传递至柜体外部的热量的差值，确定第二发热量。

下面结合图2和图3更详细地描述本申请的变流器的损耗测量方法的一个特例。

在变流器正常运行的状态下，变流器的损耗测量系统2000通过入口温度传感器2003和出口温度传感器2004分别测量液冷管路的下部进水管和上部出水管的温度，通过柜体温度传感器2005-2011分别测量与柜体相关的多个位置处的温度。当获取的柜体的多个位置处的温度都满足第一稳态条件，即变流器柜体与外界环境达到热平衡状态时，入口流量传感器2001获得液冷管路的进水管的流量值为Q1，出口流量传感器2002获得液冷管路的出水管的流量值为Q2，入口温度传感器2003获得液冷管路的进水管的液体温度为T1，出口温度传感器2004获得液冷管路的出水管的液体温度为T2，上述测得的物理量被传输给处理设备，然后处理设备根据如下表达式（1）确定出变流器的液冷管路所传递的热量PL（即上文所述的第一发热量）：

PL=（T2-T1）*Cp*ρ*(Q1+Q2)/2 （1）

其中，Cp是冷却液体的比热容，ρ是冷却液体的密度。比热容Cp和液体的密度ρ可以通过查找与温度的对应表直接获得，例如按照(T1+T2)/2的平均值，以查表的形式获得。

在一个实施例中，变流器与外界环境之间达到的热平衡状态包括：入口温度传感器2003、出口温度传感器2004以及柜体温度传感器2005-2011持续获取的温度记录数据连续45分钟的变化不超过±1℃。

在一个实施例中，可以仅在变流器的柜体的液冷管路的出水管或进水管处设置流量传感器，来测量变流器的柜体的液冷管路中的液体的流量。

在获得液冷管路传递的热量PL后，处理设备控制变流器停止工作，但是保持柜体内的循环风扇继续工作，并控制流量调节泵（M）2100，来实时不断地调节流量泵M的流量，以保持液冷管路中的入口温度和出口温度保持稳定。然后，处理设备控制设置在变流器的功率模块处的加热电阻R1、设置在机侧电抗器处的加热电阻R2和设置在网侧电抗器处的加热电阻R3基于多个级别逐渐加热，上述加热电阻R1-R3通过可调电源来供电，因此其加热是线性可调的。此时，循环风扇和液冷管路处于运行状态，以促进柜体内部的温度均衡。当通过上述加热电阻R1-R3使得变流器的柜体内各处的温度达到热平衡状态时，即柜体温度传感器测得的柜体各处的温度连续45分钟变化不超过±1℃，且通过柜体内部温度传感器2009-2011获得柜体内中的功率模块处的温度、网侧电抗器处的温度和机侧电抗器处的温度与在第一稳态条件下所测得的温度基本相等（例如，不超过±0.1℃），通过加热功率传感器2012-2014分别获得加热电阻1的功率PR1、加热电阻2的功率PR2和加热电阻3的热功率PR3，并且输送给处理设备。处理设备基于接收的数据计算加热电阻1、加热电阻2和加热电阻3的总热功率PR，即PR=PR1+PR2+PR3。

由于热辐射能量与绝对温度的四次方成正比，当外界环境基本相同，柜体内各处的温度达到热平衡状态，且柜体内各处的温度与第一稳态条件下测得的温度基本相等时，可以认为第二稳态条件下加热电阻R1-R3的功率减去第二稳态条件下水冷系统传递出的热量，与第一稳态条件下的机侧电抗器、网侧电抗器和功率模块经过柜体向外界辐射的热量一致（即上文所述的第二发热量）。在柜体内外温度均保持一致，且柜体内部风扇相同时，热对流的能量损耗也基本相同。在第一稳态条件下，变流器柜体内的发热组件（例如，机侧电抗器、网侧电抗器和功率模块）的经过柜体向外界辐射的热量（热辐射和热对流）可以由上述三个加热部件R1-R3的总热功率PR减去第二稳态条件下水冷系统的热量PLN等效替代。

在柜体内部温度达到第二稳态条件时，入口流量传感器2001获得液冷管路的进水管的流量值为Q1N，出口流量传感器2002获得液冷管路的出水管的流量值为Q2N，入口温度传感器2003获得液冷管路的进水管的液体温度为T1’，出口温度传感器2004获得液冷管路的出水管的液体温度为T2’，上述测得的物理量被传输给处理设备，然后处理设备根据如下表达式（2）确定出液冷管路所传递的热量PLN：

PLN=（T2’-T1’）*Cp*ρ*(Q1N+Q2N)/2 （2）

其中，Cp是冷却液体的比热容，ρ是冷却液体的密度。比热容Cp和液体的密度ρ可以通过查找与温度的对应表直接获得，例如按照(T1’+T2’)/2的平均值，以查表的形式获得。

然后，处理设备基于变流器正常工作时的获得冷夜管路传递的热量PL、循环风扇的电功率PF、模拟的变流器的发热组件（例如，机侧电抗器、网侧电抗器和功率模块IGBT组件）的热辐射PR以及液冷管路所传递的热量PLN，计算得出变流器的损耗功率PT，即PT= PL+PR-PLN。

在另一个实施例中，处理设备还可以控制风扇功率传感器2015获取循环风扇1012的功率PF。然后，基于变流器正常工作时获得冷夜管路传递的热量PL、模拟的变流器的发热组件（例如，机侧电抗器、网侧电抗器和功率模块IGBT组件）的总热功率PR、液冷管路所传递的热量PLN、以及获得的循环风扇1012的功率PF，计算得出变流器的损耗功率PT，即PT= PL+PF+PR-PLN。

在一个实施例中，处理设备可以控制加热电阻R1、R2、R3基于多个级别逐渐加热时，可以首先粗调加热电阻R1、加热电阻件R2和加热电阻R3的加热功率，使得在循环风扇工作的状态下，使得变流器柜体内的机侧电抗器、网侧电抗器和功率模块位置处的温度与第一稳定状态下的温度的差值不超过±5℃。

然后，处理设备控制精细地调节加热电阻R1、加热电阻R2和加热电阻R3的加热功率，使得在循环风扇工作的状态下，变流器柜体内的机侧电抗器、网侧电抗器和功率模块位置处的温度与第一稳定状态下的温度的差值不超过±2℃。在其他实施例中，该温度差值可以是其他数值，其仅影响调节过程的时间。

之后，处理设备控制再更加精细地调节加热电阻R1、加热电阻R2和加热电阻R3的加热功率，使得在循环风扇工作且柜体内部温度达到平衡状态时，即温度记录数据连续45分钟变化不超过±1℃，变流器柜体内的机侧电抗器、网侧电抗器和功率模块位置处的温度与第一稳定状态下的温度不超过第三阈值（例如，不超过±0.1℃）。在其他实施例中，该温度差值可以设定为其他数值，其会影响测量的精度。

通过本申请的变流器损耗测量系统和方法能够获得准确可靠的热交换能量损耗测试数据，从而更为精准的求得变流器的总损。

下面结合图1的模块化电流器，简单描述本申请的损耗测量方法的应用。分别在机侧电抗器107、网侧电抗器1011和功率模块109处增加加热膜（或加热电阻）来模拟柜体内部主要发热组件对柜体内部的热辐射和热对流，并用功率分析仪实时记录这三个加热膜（或加热电阻）的损耗（如果有其他比较集中的发热源，也可以增加模拟加热膜或电阻的位置和数量）。

由于柜体内部存在热传导散热的水管，进行损耗模拟测试时，按照上述方法调节控制水冷系统的流量和温度，即可保证模拟测试情况完全接近真实的工作情况。当通过柜体和外部环境进行热交换达到平衡状态时，这样柜体向外部环境交换的能量（内部的热辐射和热对流的损耗）就可以根据三个加热膜（或加热电阻）的损耗减去水冷系统传导出的损耗等效替代，而这两部分的损耗均可通过测量仪器准确得出。

根据本申请的一个实施例，当变流器的柜体数量个数不止一个时，仍然可以采用本申请的损耗测量方法，仅需要增加温度采集测量位置，即可测量相应的热交换能量损耗。

本技术领域技术人员可以理解，本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本申请中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (15)

1.一种变流器的损耗测量系统，其特征在于，包括：

多个柜体温度传感器，分设于所述柜体的多个位置处；

至少一个加热部件，分设于所述柜体内的至少一个发热组件上；

处理设备，与所述多个柜体温度传感器和所述至少一个加热部件分别连接；其中，

在所述变流器正常工作状态下，当所述多个位置处的温度满足第一稳态条件时，变流器柜体第一发热量由液冷管路传递至柜体外部，变流器柜体第二发热量由柜体表面通过热辐射传递至柜体外部，所述处理设备用于确定所述第一发热量；

在所述变流器测试状态下，关闭各所述发热组件，开启各所述加热部件，保持所述液冷管路循环，当相关的多个位置处的温度满足第二稳态条件时，所述处理设备用于根据各所述加热部件的总功率与所述液冷管路传递热量的差值确定所述第二发热量。

2.根据权利要求1所述的损耗测量系统，其特征在于，所述变流器柜体内部设有散热风扇，驱动柜体内部空气循环对流；

所述损耗测量系统还包括风扇功率传感器，所述处理设备还与所述风扇功率传感器连接，用于获取所述散热风扇的功率。

3.根据权利要求2所述的损耗测量系统，其特征在于，所述变流器柜体具有封闭结构，形成顶部腔体（1010）和底部腔体（1012）；

所述变流器柜体内部还设置风道组件（104），所述散热风扇安装在所述变流器柜体顶部，柜内循环气流通过风道组件（104）进行导流分别进入顶部腔体（1010）和底部腔体（1012），再上升至柜体顶部进行下一循环；

所述至少一个发热组件包括设置在顶部腔体（1010）内的机侧电抗器（107）和功率模块（109），以及设置在底部腔体（1012）内的网侧电抗器（1011）。

4.根据权利要求3所述的损耗测量系统，其特征在于，所述液冷管路分别连接所述机侧电抗器（107）、功率模块（109）和网侧电抗器（1011）；

冷却液从变流器柜体底部流入，与所述网侧电抗器（1011）、功率模块（109）和机侧电抗器（107）进行热量交换，由柜体顶部流出；

所述变流器柜体顶部设有水风冷换热单元（102），包括所述散热风扇和设置于液冷管路上的换热器（103），所述循环气流由换热器（103）冷却后，再由散热风扇驱动进入风道组件（104）。

5.根据权利要求3所述的损耗测量系统，其特征在于，所述至少一个加热部件包括：功率模块加热部件、网侧电抗器加热部件和机侧电抗器加热部件；以及

至少一个加热功率传感器包括：功率模块加热功率传感器、网侧电抗器加热功率传感器和机侧电抗器加热功率传感器；

所述处理设备与所述功率模块加热功率传感器、网侧电抗器加热功率传感器和机侧电抗器加热功率传感器分别连接。

6.根据权利要求5所述的损耗测量系统，其特征在于，在所述变流器测试状态下，所述处理设备基于所述功率模块加热部件、所述网侧电抗器加热部件和所述机侧电抗器加热部件的总发热功率与所述液冷管路传递至柜体外部的热量的差值，确定所述第二发热量。

7.根据权利要求4所述的损耗测量系统，其特征在于，所述多个柜体温度传感器包括：柜体壳体温度传感器组和柜体内部温度传感器组；

所述柜体壳体温度传感器组中的至少一个壳体温度传感器分设于所述柜体的壳体上的至少一个位置处；

所述柜体内部温度传感器组中的至少一个内部温度传感器分设于所述柜体内部的至少一个位置处。

8.根据权利要求1所述的损耗测量系统，其特征在于，还包括至少一个流量传感器，当所述多个位置处的温度满足第一稳态条件时，获取所述柜体的液冷管路的入口和出口的流量值和温度值，并基于所获取的流量值和温度值，确定出所述液冷管路传递的第一发热量。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的损耗测量系统，其特征在于，所述第一稳态条件包括所述变流器与外界热交换达到热平衡；

所述第二稳态条件包括，在所述变流器测试状态下，所述变流器与外界热交换达到热平衡，且所述多个位置处的温度与第一稳态条件的温度接近。

10.一种变流器的损耗测量方法，其特征在于，包括：

在所述变流器正常工作的情况下持续获取与变流器的柜体相关的多个位置处的温度，当相关的多个位置处的温度都满足第一稳态条件时，确定出由液冷管路传递至柜体外部的第一发热量；

在所述变流器测试状态下，关闭各发热组件，开启各加热部件，保持所述液冷管路循环，当所述相关的多个位置处的温度满足第二稳态条件时，根据各所述加热部件的总功率与所述液冷管路传递热量的差值确定第二发热量；

其中，所述第二发热量表示在所述变流器正常工作的情况下由柜体表面通过热辐射传递至柜体外部的热量。

11.根据权利要求10所述的损耗测量方法，其特征在于，所述持续获取与变流器的柜体相关的多个位置处的温度，包括：

持续获取所述柜体的液冷管路的入口温度和出口温度、所述柜体的壳体上至少一个位置处的温度、以及所述柜体内部至少一个位置处的温度。

12.根据权利要求10所述的损耗测量方法，其特征在于，所述确定出所由液冷管路传递至柜体外部的第一发热量，包括：

在变流器正常工作状态下，获取所述柜体的液冷管路的入口和出口的流量值和温度值，并基于所获取的流量值和温度值，确定出所述液冷管路传递的第一发热量。

13.根据权利要求10所述的损耗测量方法，其特征在于，在所述变流器测试状态下，开启各所述加热部件的步骤包括：

控制所述柜体内部的多个加热部件进行第一精度级别的加热，直到所述柜体内部的各处温度与满足所述第一稳态条件时的温度之间的温差值都不超过第一温差阈值；

当各所述温差值都不超过第一温差阈值时，控制所述柜体内部的多个加热部件进行第二精度级别的加热，直到所述柜体内部的各处温度与满足所述第一稳态条件时的温度之间的温差值都不超过第二温差阈值；

当各所述温差值都不超过第二温差阈值时，控制所述柜体内部的多个加热部件进行第三精度级别的加热，直到所述柜体内部的各处温度与满足所述第一稳态条件时的温度之间的温差值不超过第三温差阈值。

14.根据权利要求10所述的损耗测量方法，其特征在于，在所述变流器测试状态下，基于功率模块加热部件、网侧电抗器加热部件和机侧电抗器加热部件的总发热功率与所述液冷管路传递至柜体外部的热量的差值，确定所述第二发热量。

15.根据权利要求10所述的损耗测量方法，其特征在于，还包括：获取所述柜体内的散热风扇的功率。

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