CN202513813U - 一种风力发电机及其变流器 - Google Patents

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韩艳娟
左磊
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Abstract

本实用新型提出了一种风力发电机及其变流器。该变流器包括:设置于功率柜的crowbar模块和控制电路板;设置于并网柜的不间断电源;第一热交换器,冷却或加热过程中,其流动气体经过控制电路板、不间断电源、crowbar模块后,最终进入第一热交换器。本实用新型功率柜和并网柜的相应位置连通,形成了风道,可以通过风道循环对各部件进行冷却及加热除湿,具有成本低、结构紧凑、散热效率高、可靠性高、防护等级高、安装简单、易于维护等优点。

Description

—种风力发电机及其变流器
技术领域
[0001] 本实用新型主要涉及风力发电领域,特别涉及一种风力发电机变流器,以及包括该变流器的风力发电机。
背景技术
[0002] 变流器(也称变频器)是风力发电机组的核心控制部件。风机能否适应不同地区的电网,满足电能质量要求,抵御电网故障的影响,关键取决于变流器的品质。
[0003] 随着风力发电机组单机容量的逐渐增大及海上风电的逐步兴起,发展大容量、海上型风机是风电发展的必然趋势。但是,海上盐雾腐蚀严重,应采用密闭柜体,避免通风。然而,变流器是大功率电力电子产品,发热量大,需要通风良好,解决该问题的途径是采用整机液冷设计。同时由于风力发电机组使用的环境非常恶劣,还需要在低温、高湿环境下对其 进行加热。
[0004] 现有技术的变流器在散热时,利用散热器专门独立地对各元件进行冷却;而在加热除湿时,则专门设置加热系统。由于各元件相应的加热和冷却系统彼此相互独立,因此造成整体结构复杂,既造成空间浪费又增加成本。
实用新型内容
[0005] 本实用新型旨在提供一种风力发电机变流器,该变流器能够明显简化变流器内部结构,节约变流器空间。
[0006] 本实用新型的风力发电机变流器,包括:
[0007] 设置于功率柜的crowbar模块和控制电路板;
[0008] 设置于并网柜的不间断电源;
[0009] 第一热交换器,冷却或加热过程中,其流动气体经过控制电路板、不间断电源、crowbar模块后,最终进入第一热交换器。
[0010] 进一步地,所述不间断电源设置有内置风扇,流动气体通过进风口进入不间断电源内部,经过所述内置风扇后,从出风口排出。
[0011] 进一步地,还包括:
[0012] 设置于功率柜的功率模块,所述功率模块设置有水冷板,冷水从功率模块的进水口进入水冷板,从功率模块的出水口流出。
[0013] 进一步地,还包括:
[0014] 设置于并网柜的变压器;
[0015] 第二热交换器,所述第二热交换器设置于变压器上方,冷却或加热过程中,其流动气体的第一部分经过变压器后进入第二热交换器,第二部分经过功率柜的功率模块。
[0016] 进一步地,还包括:
[0017] 内部循环风扇,所述内部循环风扇设置于功率柜和并网柜的中间隔板上,所述内部循环风扇驱动流动气体从第二热交换器进入功率柜。[0018] 进一步地,还包括:
[0019] 设置于功率柜的电抗器,所述电抗器设置有内部水路,冷水从电抗器的进水口进A内部水路循环,热水从电抗器的出水口流出。
[0020] 进一步地,还包括:
[0021] 第三热交换器,所述第三热交换器设置于功率柜中间层和底层的隔板上,冷却或加热过程中,其流动气体经过电抗器。 [0022] 进一步地,还包括:
[0023] 汇流管,所述功率模块的水冷板内水管、电抗器水管或各热交换器内水管通过并流方式汇流至所述汇流管。
[0024] 进一步地,还包括:
[0025] 引流装置,所述引流装置设置于所述第一热交换器下方和/或所述汇流管下方,用于引导渗漏的液体沿功率柜内壁流动。
[0026] 本实用新型的另一个方面,还提供了一种风力发电机,该风力发电机包括前述的风力发电机变流器。
[0027] 本实用新型功率柜和并网柜的相应位置连通,形成了风道,可以通过风道循环对各部件进行冷却及加热除湿。与现有技术相比,本实用新型省去了专门设置加热系统带来的成本增加,并可以同时对多个部件进行冷却及加热除湿作业,具有结构紧凑、节约空间的优点;此外,本实用新型的电抗器、功率模块除了通过自带系统冷却外,还通过风道循环对其进行辅助散热,显著地提高了散热效率;而且,本实用新型的引流装置可以防止水管接头处漏水引起的故障,保证了功率模块、电抗器等重要部件的正常工作,具有可靠性高的优点。
附图说明
[0028] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029] 图I是本实用新型一实施例的风力发电机变流器的结构图。
[0030] 其中,附图标记如下:
[0031] I :crowbar模块、2 :控制电路板、3 :不间断电源、41 :第一热交换器、42 :第二热交换器、43 :第三热交换器、5 :功率模块、6 :变压器、7 :内部循环风扇、8 :电抗器、9 :汇流管、10 :引流装置。
具体实施方式
[0032] 下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
[0033] 图I所示是本实用新型一实施例的风力发电机变流器的结构图,该变流器可以在提高防护等级的基础上,保证主要发热元件得到良好的冷却,并可以在低温、高湿环境中对各元件进行加热,以适应恶劣环境(尤其是海上)风力发电的需要。
[0034] 从图I中可以看出,本实用新型一实施例的的变流器至少包括crowbar模块1(可以用于提高直驱式风电系统的低电压穿越能力)、控制电路板2、不间断电源3、第一热交换器41等部件。其中crowbar模块I和控制电路板2设置于功率柜内,具体地可以将其设置在功率柜的上层,该上层与功率柜的中间层隔离不导热;不间断电源3设置于并网柜,其也可以设置在并网柜的上层,该上层与并网柜的中间层隔离不导热。
[0035] 在(变流器)冷却或加热过程中,第一热交换器41的流动气体经过控制电路板2、不间断电源3、cix)Wbar模块I后,最终进入第一热交换器41。具体地,第一热交换器41可以设置于功率柜上层的正面。应当清楚,本实用新型的第一热交换器41可以与液冷系统连接,该液压系统既可以用于冷却,也可以作为加热除湿作业的热源,相应地流动气体既可以是从第一热交换器41出来的冷风,也可以是热风,本实用新型并不受限于此。此外,第一热交换器41也可以采用其它各种可能的热源或冷却源,本实用新型并不受限于此。 [0036] 在冷却过程中,通过风道循环(从第一热交换器41、控制电路板2、不间断电源3、crowbar模块I再回到第一热交换器41的流动气体循环),第一热交换器41的冷风可以对控制电路板2、不间断电源3和crowbar模块I进行散热,减少了现有技术中专用散热器和加热系统的设置,因而可以使得整体结构紧凑,节约变流器空间。应当清楚,冷风经过控制电路板2、不间断电源3和crowbar模块I的先后顺序可以调整,本实用新型并不受限于此。在该风道的路径上,冷风的温度逐渐升高。加热过程则正好相反,在该风道的路径上,热风的温度逐渐降低。
[0037] 第一热交换器41的流动气体可以通过各种内置和外置的驱动部件驱动其流动。优选地,第一热交换器41设置有风扇。此外,不间断电源3还设置有内置风扇,流动气体通过进风口进入不间断电源3内部,经过该内置风扇后,从出风口排出。
[0038] 进一步地,本实用新型的变流器还包括功率模块5。该功率模块5设置于功率柜内。具体地,该功率模块5可以设置于功率柜的中间层。所述功率模块5设置有水冷板,冷水从功率模块5的进水口进入水冷板,从功率模块5的出水口流出。水冷板可以带走功率模块5发出的大部分热量。
[0039] 进一步地,本实用新型的变流器还包括变压器6和第二热交换器42,其中变压器6设置于并网柜内,所述第二热交换器42设置于变压器6上方,冷却或加热过程中,其流动气体的第一部分经过变压器6后进入第二热交换器42,第二部分经过功率柜的功率模块5。冷却过程中,可以通过第二热交换器42的辅助散热,进一步地提高对功率模块5的散热效率。第二热交换器42可以采用与第一热交换器41相似的结构和连接关系。
[0040] 第二热交换器42的流动气体可以通过各种内置和外置的驱动部件驱动其气流流动。优选地,本实用新型的变流器还包括内部循环风扇7,该内部循环风扇7设置于功率柜和并网柜的中间隔板上,所述内部循环风扇7驱动流动气体从第二热交换器42进入功率柜。该内部循环风扇7设置于并网柜内部。
[0041] 更进一步地,本实用新型的变流器还包括电抗器8,该电抗器8设置于功率柜内。具体地,该电抗器8可以设置在功率柜的底层,并可以设置有如图I所示的两组。电抗器8设置有内部水路,冷水从电抗器8的进水口进入内部水路循环,从电抗器8的出水口流出。该电抗器8与传统的风冷电抗器相比,具有结构简单、体积小、散热效果好的优点。内部水路可以带走电抗器8发出的大部分热量。
[0042] 为了进一步地提高对电抗器8的散热效率,本实用新型还包括第三热交换器43,所述第三热交换器43设置于功率柜中间层和底层的隔板上,冷却或加热过程中,其流动气体经过电抗器8。在冷却过程中,可以冷风对电抗器8进行辅助散热,进一步提高电抗器8的散热效率。第三热交换器43可以采用与第一热交换器41相似的结构和连接关系。
[0043] 需要说明的是,在图I所示的实施例中,第二热交换器42的流动气体的第一部分最终进入第三热交换器43,第三热交换器43的流动气体最终进入第二热交换器42,从而形成了功率柜和并网柜之间的风道循环。
[0044] 优选地,本实用新型前述功率模块5的水冷板内水管、电抗器8水管或各热交换器内水管可以通过并流方式汇流至汇流管9,并通过该汇流管9将热量传递到液冷系统中,通过总的液冷循环将热量带走。
[0045] 此外,为了防止水管接头处漏水引起故障,本实用新型还包括引流装置10,该引流装置10设置于所述第一热交换器41下方和/或所述汇流管9下方,用于引导渗漏的液体沿功率柜内壁流动。该引流装置10结构简单,易于安装,保证了功率模块5、电抗器8等重要部件的正常工作,具有可靠性高的优点。
[0046] 上述从冷却散热的角度对本实用新型的变流器的结构和原理进行了说明。相对应地,本实用新型的变流器在加热除湿时可以按照如下描述实施:
[0047] 当环境温度低于变流器内部元器件工作温度时,通过外部辅助设备内加热器给水溶液加热,热水通过与冷水相同的循环通道,提高柜内温度。保证变流器在低气温环境下正
常工作。
[0048] 当环境湿度大于设定值时,可通过控制器启动外部辅助内加热器给水溶液加热,提高柜内温度,从而降低环境湿度,防止凝露的发生。
[0049] 此外,需要说明的是,本实用新型所指水冷和液冷均为同一类型的冷却方式,限定为水冷的特征可以替换为液冷,限定为液冷的特征也可以替换为水冷,两者之间属于等同特征,本实用性并不受限于此。
[0050] 除了前述风力发电机变流器外,本实用新型还提供一种包括前述变流器的风力发电机。该风力发电机的其它结构可以参考现有技术,本文在此不再赘述。
[0051] 综上所述,本实用新型功率柜和并网柜的相应位置连通,形成了风道,可以通过风道循环对各部件进行冷却及加热除湿。与现有技术相比,本实用新型具有以下优点:
[0052] I)成本低、结构紧凑
[0053] 本实用新型的液冷系统可以兼顾解决加热除湿的问题,省去了专门设置加热系统带来的成本增加;此外,本实用新型通过合理的热交换器和风道设计,可以同时对多个部件进行冷却及加热除湿作业,相对于现有技术中各元件的专用散热器,具有结构紧凑、节约空间的优点。
[0054] 2)散热效率高
[0055] 本实用新型的电抗器8采用内部水路循环进行冷却,与传统的风冷电抗器8相比结构简单、体积小、散热效果好;此外,电抗器8、功率模块5除了通过自带系统冷却外,还通过风道循环对其进行辅助散热,显著地提高了散热效率。[0056] 3)可靠性高
[0057] 本实用新型的引流装置10可以防止水管接头处漏水引起的故障,保证了功率模块5、电抗器8等重要部件的正常工作,具有可靠性高的优点。
[0058] 此外,本实用新型还具有防护等级高、安装简单、易于维护等优点。
[0059] 因此,本实用新型的有益效果是显而易见的。 [0060] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1. 一种风力发电机变流器,其特征在于,包括: 设置于功率柜的crowbar模块(I)和控制电路板(2); 设置于并网柜的不间断电源(3); 第一热交换器(41),冷却或加热过程中,其流动气体经过控制电路板(2)、不间断电源(3)、crowbar模块(I)后,最终进入第一热交换器(41)。
2.根据权利要求I所述的风力发电机变流器,其特征在于,所述不间断电源(3)设置有内置风扇,流动气体通过进风口进入不间断电源(3)内部,经过所述内置风扇后,从出风口排出。
3.根据权利要求I所述的风力发电机变流器,其特征在于,还包括: 设置于功率柜的功率模块(5),所述功率模块(5)设置有水冷板,冷水从功率模块(5)的进水口进入水冷板,从功率模块(5)的出水口流出。
4.根据权利要求3所述的风力发电机变流器,其特征在于,还包括: 设置于并网柜的变压器(6); 第二热交换器(42),所述第二热交换器(42)设置于变压器(6)上方,冷却或加热过程中,其流动气体的第一部分经过变压器(6)后进入第二热交换器(42),第二部分经过功率柜的功率模块(5)。
5.根据权利要求4所述的风力发电机变流器,其特征在于,还包括: 内部循环风扇(7),所述内部循环风扇(7)设置于功率柜和并网柜的中间隔板上,所述内部循环风扇(7)驱动流动气体从第二热交换器(42)进入功率柜。
6.根据权利要求4所述的风力发电机变流器,其特征在于,还包括: 设置于功率柜的电抗器(8),所述电抗器(8)设置有内部水路,冷水从电抗器(8)的进水口进入内部水路循环,热水从电抗器(8)的出水口流出。
7.根据权利要求6所述的风力发电机变流器,其特征在于,还包括: 第三热交换器(43),所述第三热交换器(43)设置于功率柜中间层和底层的隔板上,冷却或加热过程中,其流动气体经过电抗器(8)。
8.根据权利要求7所述的风力发电机变流器,其特征在于,还包括: 汇流管(9),所述功率模块(5)的水冷板内水管、电抗器(8)水管或各热交换器内水管通过并流方式汇流至所述汇流管(9)。
9.根据权利要求8所述的风力发电机变流器,其特征在于,还包括: 引流装置(10),所述引流装置(10)设置于所述第一热交换器(41)下方和/或所述汇流管(9)下方,用于引导渗漏的液体沿功率柜内壁流动。
10. 一种风力发电机,其特征在于,所述风力发电机包括权利要求1-9任一项所述的风力发电机变流器。
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