CN112888245A - 一种低噪音密闭水冷散热式高压有源动态无功补偿装置 - Google Patents

一种低噪音密闭水冷散热式高压有源动态无功补偿装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低噪音密闭水冷散热式高压有源动态无功补偿装置，包括户外水风换热系统、柜内功率单元换热系统以及柜内电抗器换热系统；柜内功率单元换热系统从上之下至少设有两排水冷功率单元，每排横向上设有多个水冷功率单元，竖向上相互对应设置并串联连接；顶层和底层的水冷功率单元分别热水出水总管和冷却水进水总管连通；所述柜内电抗器换热系统包括电抗器、离心风机和水风换热器，水风换热器的进出水端分别与冷却水进水总管和热水出水总管连通；冷却水进水总管和热水出水总管均与户外水风散热系统连接进行换热。本发明功率单元及电抗器的发热量全部由循环水进行散热，同时户外散热风机可根据管道的水温自动调节转速以降低噪音。

Description

一种低噪音密闭水冷散热式高压有源动态无功补偿装置
技术领域
本发明属于水冷式动态无功补偿装置技术领域，具体涉及一种低噪音密闭水冷散热式高压有源动态无功补偿装置。
背景技术
SVG(静止无功发生装置)为目前最先进的无功补偿技术，它不再采用大容量的电容、电感器件，而是通过大功率电力电子器件的高频开关实现无功能量的变换。其基本原理是将电压源逆变器，经过电抗器或者变压器并联在电网上，通过调节逆变器交流侧输出电压的幅值和相位，迅速吸收或者发出所需要的无功功率，实现快速无极差补偿的系统无功功率的目的。
现有水循环散热式SVG装置主要由SVG本体(包括控制柜、软启柜、连接电抗器及功率单元)、水冷柜及外部风机组成。装置启动运行之前，需要人工将冷却水加入补水罐，再由水冷柜内循环泵将补水罐内水引入功率单元及整个连接管道内，SVG装置启动后，IGBT器件的发热量由流入功率单元内的冷却水换热后由出水支管流出至出水总管，再由出水总管流入至外部风水换热器实现热量的转换。
随着电力电子技术的发展，SVG的应用越来越广，装置容量也逐渐由扩大。装置容量增大后，传统的风冷方式难以满足功率单元的散热要求，目前市面上也有很多厂家设计研发了水循环散热式SVG装置，但是存在户外风机噪音大、电抗器仍然采用风冷进行散热等缺点，一方面，由于装置热量大，风机选型设计时按照最大装置容量进行计算，装置启动后风机转速恒定，噪音长期处于75dB以上，对于户外风水换热装置安装在居民区夜间会引起噪音扰民；另一方面，电抗器的发热量采用柜顶安装风机，柜门增加散热孔的方式进行散热，没有发挥水冷装置密闭性好防护等级高等优点。因此需要研发一种低噪音密闭式水冷散热装置。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种低噪音密闭水冷散热式高压有源动态无功补偿装置，功率单元及电抗器的发热量全部由循环水进行散热，同时户外的散热风机能够根据阀体管道的水温进行自动调节风机转速，达到降低噪音的目的。
为实现上述目的，本发明提供低噪音密闭水冷散热式高压有源动态无功补偿装置，包括户外水风换热系统、柜内功率单元换热系统以及柜内电抗器换热系统；
所述柜内功率单元换热系统从上之下至少设有两排水冷功率单元，每排横向上设有多个水冷功率单元，且竖向上相互对应设置，并采用功率单元支管串联连接；顶层水冷功率单元的出水管分别与热水出水总管连通，底层水冷功率单元的进水管分别与冷却水进水总管连通；
所述柜内电抗器换热系统，包括电抗器以及分设于其两侧的离心风机和水风换热器，所述水风换热器的进水端与所述冷却水进水总管连通，出水端与所述热水出水总管连通；
所述冷却水进水总管和热水出水总管均与所述户外水风散热系统连接进行换热，所述户外水风散热系统包括户外水风换热器和变频风机，通过控制所述变频风机转速以控制噪音。
作为本发明的进一步改进，所述热水出水总管壁内安装有水温检测装置，控制系统检测到出水管的温度后，根据温度的不同，调节所述变频风机的转速，可使户外风机噪音得以控制。
作为本发明的进一步改进，所述冷却水进水总管和热水出水总管之间还设有水冷柜内补水罐和循环系统。
作为本发明的进一步改进，所述柜内水风换热器包括若干密集的换热管，所述离心风机设置多个。
作为本发明的进一步改进，所述水冷功率单元外侧为功率单元壳体，内设有水冷板，该水冷板竖向设置，且所述水冷板侧边设有进出水嘴，与壳体侧面的通孔相匹配。
作为本发明的进一步改进，每个所述水冷功率单元的进出水嘴分别与功率单元支管连接。
作为本发明的进一步改进，所述水冷板上设有均压电阻、IGBT及驱动，并且所述均压电阻、IGBT及驱动分设于所述水冷板的正面和背面。
作为本发明的进一步改进，所述IGBT及驱动与交流输出铜排连接，功率单元板安装于所述IGBT及驱动正面外侧。
作为本发明的进一步改进，所述功率单元壳体底面上固定有若干支撑电容，所述支撑电容正负极和IGBT的正负极连接直流铜排。
作为本发明的进一步改进，所述进出水嘴与所述水冷板之间采用梯形密封圈密封，并通过丝牙与所述水冷板进行连接。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明的本发明的低噪音密闭水冷散热式高压有源动态无功补偿装置，功率单元换热系统中，每层由多个功率单元组成，底层的功率单元通过功率单元支管并联在冷却水进水总管上，每层垂直位置的功率单元通过功率单元支管相互串联后，由顶层功率单元的支管连接到热水出水总管上；柜内电抗器换热系统中，离心风机和水风换热器设于电抗器的两侧，离心风机将电抗器的发热量吹至柜内水风换热器上后，由进入柜内水风换热器的冷却水将热风换成冷风，柜内水风换热器出水管连接至热水出水总管上，最终整个热量是由户外的水风换热器将出水管的热量换成冷却水流入冷却水进水总管内。本发明的全密闭式水冷散热SVG装置，功率单元及电抗器的发热量全部由循环水进行散热，电抗器柜采用风水热交换的形式，风机安装于柜子内部，具有噪音小、防护等级高、尺寸空间小等优点；同时户外的散热风机能够根据阀体管道的水温进行自动调节风机转速，达到降低噪音的目的。
附图说明
图1为本发明实施例的低噪音密闭水冷散热式高压有源动态无功补偿装置整体结构示意图；
图2为本发明实施例图1中涉及的户外水风换热系统结构示意图；
图3为本发明实施例图1中涉及的柜内电抗器换热系统结构示意图；
图4为本发明实施例图3涉及的柜内电抗器换热系统侧面结构示意图；
图5为本发明实施例的低噪音密闭水冷散热式高压有源动态无功补偿装置涉及的水冷功率单元结构示意图；
图6为本发明实施例的低噪音密闭水冷散热式高压有源动态无功补偿装置涉及的水冷功率单元内部结构示意图；
在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-户外水风换热器、2-变频风机、3-冷却水进水总管、4-热水出水总管、5-水冷功率单元、6-功率单元支管、7-柜内水风换热器、8-电抗器、9-离心风机、10-水冷柜内补水罐和循环系统；501-水冷板、502-进出水嘴、503-均压电阻、504-IGBT及驱动、505-交流输出铜排、506-功率单元板、507-支撑电容、508-功率单元壳体、509-直流铜排。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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发明的限制。
此外，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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
图1为本发明实施例的低噪音密闭水冷散热式高压有源动态无功补偿装置整体结构示意图；图2为本发明实施例图1中涉及的户外水风换热系统结构示意图；图3为本发明实施例图1中涉及的柜内电抗器换热系统结构示意图。结合图1至图3所示，本发明的低噪音密闭水冷散热式高压有源动态无功补偿装置，包括户外水风换热系统、柜内功率单元换热系统以及柜内电抗器换热系统，其中户外水风换热系统包括户外水风换热器1、变频风机2；柜内功率单元换热系统包括水冷功率单元5、冷却水进水总管3、热水出水总管4；柜内电抗器换热系统包括柜内水风换热器7、电抗器8以及离心风机9。
具体地，本发明的低噪音密闭水冷散热式高压有源动态无功补偿装置，柜内功率单元换热系统从上之下至少设有两排水冷功率单元5，每排水冷功率单元5底部分别放置于固定支架上，每排水冷功率单元5横向上设有多个，并且竖向上相互对应；在本发明图1所示的一个具体实施例中，从上至下依次设有第一排功率单元、第二排功率单元和第三排功率单元，每排功率单元包括8个水冷功率单元5，第一排功率单元至第三排功率单元在竖向上一一对应，并且每排水冷功率单元垂直位置采用功率单元支管6互相串联连接，作为每个水冷功率单元5内的进出水管，竖向上的水冷功率单元5通过功率单元支管6相互连通，并且第一排功率单元(顶层功率单元)的出水管分别与热水出水总管4连通，第三排功率单元(底层功率单元)的进水管分别与冷却水进水总管3连通。
冷却水进水总管3和热水出水总管4均与户外水风散热系统连接，具体地，户外水风散热系统包括户外水风换热器1和变频风机2，变频风机2优选设于水风换热器1顶部，冷却水进水总管3与户外水风换热器1冷却水出口连通，热水出水总管4与户外水风换热器1的进水口连通；优选地，户外水风换热器1的出水口设于其底部。
底部的冷却水进水总管3通过功率单元支管6，将冷却水贯穿于每层的每个水冷功率单元5中，对功率单元运作中产生的热量进行实时换热，经过换热后的热水汇集至热水出水总管4中，再进入户外水风换热器1中置换为冷却水，如此循环。
本发明的冷却水进水总管3设于底部，冷却水在向上的流动过程中，向上的水压能够使得冷却水与水冷功率单元5内部发热部件接触更为紧密，具有更佳的换热效果。
在本发明的优选实施例中，冷却水进水总管3和热水出水总管4之间还设有水冷柜内补水罐和循环系统10，整体设备第一次加水的时由补水罐加入，并且低于水位警戒线时通过补水罐进行补水；循环系统通过水泵等实现冷却水进水总管3和热水出水总管4中水的循环。
本发明的水冷散热式高压有源动态无功补偿装置，热水出水总管4壁内安装有水温检测装置，本发明的SVG控制系统检测到出水管的温度后，根据温度的不同，调节变频风机2的转速，使户外风机噪音控制在一定的分贝范围内。本发明对于户外风机噪音的处理采用了变频调试方式，调速装置的主回路与变频风机主回路串联，调速装置的硬件控制系统集成在本发明SVG控制系统内部，采用SVPWM方式进行调速控制，整个系统具有集成化程度高、控制精确，同时所用的硬件资源少等一系列优点。
进一步地，本发明的柜内电抗器换热系统，包括柜内水风换热器7、电抗器8以及离心风机9，电抗器8安装在电抗器柜内，离心风机9固定在离心风机支架上，柜内水风换热器7固定在换热器支架上；离心风机9和水风换热器7分设于电抗器8的两侧，离心风机9对电抗器8鼓风，以对其进行散热并将热风吹至水风换热器7；水风换热器7的进水端与冷却水进水总管3连通，水风换热器7的出水端与热水出水总管4连通，将热量进行置换；水风换热器7的进水端优选设于其下端，出水端优选设于其上端，通过水压能够达到更好的换热效果。
结合图4的侧视图，本发明的柜内水风换热器7包括若干密集的换热管，离心风机9设置多个，能够进一步提高换热效率。
本发明电抗器的散热采用密闭式风水冷循环式结构，离心风机9将电抗器8的发热量吹至柜内水风换热器7上后，由进入柜内水风换热器7的冷却水将热风换成冷风，柜内水风换热器出水管连接至热水出水总管4上，最终整个热量是由户外的水风换热器将出水管的热量换成冷却水流入冷却水进水总管3内。
图5和图6分别为本发明实施例的低噪音密闭水冷散热式高压有源动态无功补偿装置涉及的水冷功率单元外部整体结构示意图和内部结构示意图(图5为图4的爆炸示意图)。如图所示，本发明的水冷功率单元5包括水冷板501、进出水嘴502、均压电阻503、IGBT及驱动504、交流输出铜排505、功率单元板506、支撑电容507以及功率单元壳体508等；其中，水冷功率单元5外侧为功率单元壳体508，功率单元壳体508内设有水冷板501，水冷板501在壳体508内上部竖向设置，水冷板501侧边设有进出水嘴502，并与壳体508侧面的通孔相匹配，每个水冷功率单元5的进水管和出水管分别与进出水嘴502连接；
均压电阻503、IGBT及驱动504均设于水冷板501上，并且分设于水冷板501的正面和背面，IGBT及驱动504与交流输出铜排505连接，功率单元板506通过安装支架安装于IGBT及驱动504正面外侧，支撑电容507通过固定螺杆固定在功率单元壳体508底面上；直流铜排509用于连接支撑电容507正负极和IGBT的正负极。
本发明的水冷功率单元结构，进出水嘴与水冷板之间采用梯形密封圈密封然后通过丝牙与水冷板进行连接，相比现有的O型密封圈，具有优越的防水性能。
SVG装置的发热量主要为装置工作过程中，功率单元中IGBT产生的热量以及电抗器产生的热量。本发明的低噪音密闭水冷散热式高压有源动态无功补偿装置，功率单元换热系统中，每层由多个功率单元组成，底层的功率单元通过功率单元支管并联在冷却水进水总管上，每层垂直位置的功率单元通过功率单元支管相互串联后，由顶层功率单元的支管连接到热水出水总管上；柜内电抗器换热系统中，离心风机和水风换热器设于电抗器的两侧，离心风机将电抗器的发热量吹至柜内水风换热器上后，由进入柜内水风换热器的冷却水将热风换成冷风，柜内水风换热器出水管连接至热水出水总管上，最终整个热量是由户外的水风换热器将出水管的热量换成冷却水流入冷却水进水总管内。
本发明的全密闭式水冷散热SVG装置，从整体结构上看，功率单元及电抗器的发热量全部由循环水进行散热，电抗器柜采用风水热交换的形式，风机安装于柜子内部，具有噪音小、防护等级高、尺寸空间小等优点；同时户外的散热风机能够根据阀体管道的水温进行自动调节风机转速，达到降低噪音的目的。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低噪音密闭水冷散热式高压有源动态无功补偿装置，其特征在于，包括户外水风换热系统、柜内功率单元换热系统以及柜内电抗器换热系统；
所述柜内功率单元换热系统从上之下至少设有两排水冷功率单元(5)，每排横向上设有多个水冷功率单元(5)，且竖向上相互对应设置，并采用功率单元支管(6)串联连接；顶层水冷功率单元的出水管分别与热水出水总管(4)连通，底层水冷功率单元的进水管分别与冷却水进水总管(3)连通；
所述柜内电抗器换热系统，包括电抗器(8)以及分设于其两侧的离心风机(9)和水风换热器(7)，所述水风换热器(7)的进水端与所述冷却水进水总管(3)连通，出水端与所述热水出水总管(4)连通；
所述冷却水进水总管(3)和热水出水总管(4)均与所述户外水风散热系统连接进行换热，所述户外水风散热系统包括户外水风换热器(1)和变频风机(2)，通过控制所述变频风机(2)转速以控制噪音。
2.根据权利要求1所述的低噪音密闭水冷散热式高压有源动态无功补偿装置，其特征在于，所述热水出水总管(4)壁内安装有水温检测装置，控制系统检测到出水管的温度后，根据温度的不同，调节所述变频风机(2)的转速，可使户外风机噪音得以控制。
3.根据权利要求1或2所述的低噪音密闭水冷散热式高压有源动态无功补偿装置，其特征在于，所述冷却水进水总管(3)和热水出水总管(4)之间还设有水冷柜内补水罐和循环系统(10)。
4.根据权利要求3所述的低噪音密闭水冷散热式高压有源动态无功补偿装置，其特征在于，所述柜内水风换热器(7)包括若干密集的换热管，所述离心风机(9)设置多个。
5.根据权利要求1或4所述的低噪音密闭水冷散热式高压有源动态无功补偿装置，其特征在于，所述水冷功率单元(5)外侧为功率单元壳体(508)，内设有水冷板(501)，该水冷板(501)竖向设置，且所述水冷板(501)侧边设有进出水嘴(502)，与壳体侧面的通孔相匹配。
6.根据权利要求5所述的低噪音密闭水冷散热式高压有源动态无功补偿装置，其特征在于，每个所述水冷功率单元(5)的进出水嘴(502)分别与功率单元支管(6)连接。
7.根据权利要求6所述的低噪音密闭水冷散热式高压有源动态无功补偿装置，其特征在于，所述水冷板(501)上设有均压电阻(503)、IGBT及驱动(504)，并且所述均压电阻(503)、IGBT及驱动(504)分设于所述水冷板(501)的正面和背面。
8.根据权利要求7所述的低噪音密闭水冷散热式高压有源动态无功补偿装置，其特征在于，所述IGBT及驱动(504)与交流输出铜排(505)连接，功率单元板(506)安装于所述IGBT及驱动(504)正面外侧。
9.根据权利要求6-8任一项所述的低噪音密闭水冷散热式高压有源动态无功补偿装置，其特征在于，所述功率单元壳体(508)底面上固定有若干支撑电容(507)，所述支撑电容(507)正负极和IGBT的正负极连接直流铜排(509)。
10.根据权利要求9所述的低噪音密闭水冷散热式高压有源动态无功补偿装置，其特征在于，所述进出水嘴(502)与所述水冷板(501)之间采用梯形密封圈密封，并通过丝牙与所述水冷板(501)进行连接。
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