CN209593251U - 一种风电变流器的散热装置及风电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种风电变流器的散热装置及风电系统，风电变流器包括发热元件，发热元件与风变电流器的电源端电连接，散热装置包括主散热组件、控制组件和辅助散热组件；主散热组件包括至少一个散热基板和至少一个导热管，散热基板设置在发热元件的外部，以对发热元件进行散热；导热管的第一端连接在散热基板上，导热管的第二端连接在发热元件的本体上，以将发热元件中的热量传送到散热基板上；辅助散热组件与控制组件电连接，辅助散热组件设置在发热元件的周围的预设范围内，并根据控制组件发送的控制命令对发热元件进行辅助散热；控制组件配置为监测发热元件的散热状态，以控制辅助散热组件工作。该散热装置能够有效提高散热效果。

Description

一种风电变流器的散热装置及风电系统

技术领域

本实用新型涉及电力电子领域，特别涉及一种风电变流器的散热装置及风电系统。

背景技术

风力发电是一种清洁能源，随着煤炭资源枯竭和环境压力增大，电力电子技术伴随着风力发电技术迅猛发展，风力发电机组的容量不断增大，开关器件损耗和发热量也随之提高，对风电变流器的冷却和控制装置提出了更高的要求。传统冷却方式有风冷却和水冷却。

1，风冷却，适用于小功率风电变流器，通常用于双馈机型中，系统设计简单，运行可靠，可根据温度情况选择开启或者关闭散热风扇，但散热能力有限，会增大设备体积，需要配备大容量风机和专用通风道，并配备风机专用保护。

2，水冷却，适用于大功率风电变流器，应用范围广泛，双馈或全功率机型均可，散热能力强，效率高，能有效减小设备体积，但系统设计复杂，控制流程繁琐，需要定期维护，材料和维护成本都比较高，有凝露风险，特别是一旦漏水将导致设备炸机。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种风电变流器的散热装置及风电系统。

本实用新型的实施例采用了如下技术方案：一种风电变流器的散热装置，所述风电变流器包括发热元件，所述发热元件与所述风变电流器的电源端电连接，所述散热装置包括主散热组件、控制组件和辅助散热组件；

所述主散热组件包括至少一个散热基板和至少一个导热管，所述散热基板设置在所述发热元件的外部，以对所述发热元件进行散热；

所述导热管的第一端连接在所述散热基板上，所述导热管的第二端连接在所述发热元件的本体上，以将所述发热元件中的热量传送到所述散热基板上；

所述辅助散热组件与所述控制组件电连接，所述辅助散热组件设置在所述发热元件的周围的预设范围内，并根据所述控制组件发送的控制命令对所述发热元件进行辅助散热；

所述控制组件配置为监测所述发热元件的散热状态，并根据获取到的散热状态信息控制所述辅助散热组件工作。

作为优选，所述发热元件的本体包括芯体和电感线圈，所述电感线圈缠绕在所述芯体的外部，所述导热管的第二端设置在所述芯体与所述电感线圈之间，以将所述发热元件产生的热量传送到所述散热基板上。

作为优选，所述导热管为封闭真空管，其内部设置有导热液，所述导热液将所述发热元件产生的热量从所述导热管的第二端传送到所述导热管的第一端。

作为优选，所述控制组件包括第一温度监测器，所述第一温度监测器设置在所述发热元件的附近，以监测所述发热元件的环境温度。

作为优选，所述控制组件进一步配置为当所述第一温度监测器监测到所述环境温度大于第一预设值时，发送第一控制命令给所述辅助散热组件，以控制所述辅助散热组件启动。

作为优选，所述控制组件进一步配置为根据所述环境温度的变化发送第二控制命令给所述辅助散热组件，以增强或降低所述辅助散热组件的散热能力。

作为优选，所述控制组件包括第二温度监测器，所述第二温度监测器设置在所述发热元件的本体内部，以监测所述发热元件的内部温度；

所述控制组件进一步配置为当所述发热元件的内部温度大于第二预设值时，发送停机命令至所述风电变流器，以使所述风电变流器停止工作。

作为优选，所述控制组件进一步配置为当所述风电变流器停止工作后，生成相应的故障信息并对其进行上传。

作为优选，所述发热元件为滤波电感器，所述散热基板设置在所述滤波电感器的顶部。

本实用新型实施例还提供了一种风电系统，包括如上所述的风电变流器的散热装置，所述风电变流器对所述风电系统的电力进行变流，所述散热装置构造为对所述风电变流器进行散热。本实用新型实施例的有益效果至少包括：

1，使用导热管代替传统风冷却或水冷却散热方式，等同技术参数和使用环境下，能减小散热装置的零部件的体积和重量，给风电变流器的装配、运输、备件维护更换都提供了极大的方便。

2，风电变流器的散热水平提高，运行损耗降低，提升了运行效率，降低了故障率，延长寿命。

3，仅需配备辅助散热组件，与单纯风冷却装置相比较，减小了辅助风扇的通风量和功率，使得整个风电变流器构造精简。

4，辅助散热组件可根据风电变流器的实际散热效果而被控制开启或者关闭，节省了电力。

5，实现了对各个部件和环境温度实时监测，可对风电变流器过热保护，将该故障信息上传，并输出报警。

附图说明

图1为本实用新型实施例的风电变流器的散热装置的主视图；

图2为本实用新型实施例的风电变流器的散热装置的剖视图；

图3为本实用新型实施例的风电变流器的发热元件的机柜的侧视图；

图4为本实用新型实施例的控制组件控制过程的一个具体实施例；

图5为本实用新型实施例的控制组件控制过程的另一个具体实施例；

附图标记说明

1-发热元件 2-散热基板 3-导热管

4-电感线圈 5-芯体 6-发热元件的本体

7-第一温度监测器 8-第一PT100温度传感器

9-第二PT100温度传感器

具体实施方式

此处参考附图描述本实用新型的各种方案以及特征。

应理解的是，可以对此处实用新型的实施例做出各种修改。因此，上述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本实用新型的范围和精神内的其他修改。

包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本实用新型的实施例，并且与上面给出的对本实用新型的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本实用新型的原理。

通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本实用新型的这些和其它特性将会变得显而易见。

还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本实用新型进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本实用新型的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。

当结合附图时，鉴于以下详细说明，本实用新型的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。

此后参照附图描述本实用新型的具体实施例；然而，应当理解，所实用新型的实施例仅仅是本实用新型的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本实用新型模糊不清。因此，本文所申请的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本实用新型。

本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本实用新型的相同或不同实施例中的一个或多个。

本实用新型实施例的一种风电变流器的散热装置，风电变流器中是复杂电力电子成套装置，是使风力电源系统的电压、频率、相数和其他电量或特性发生变化的电器设备。风电变流器包括发热元件1，其在风变电流器运行过程中产生热量，因此需要对该发热元件1进行散热处理便能够有效的对该发热元件1进行散热，如发热元件1为滤波电感器，滤波电感器是风电变流器的核心组成部件之一，滤波电感器的作用是与风电变流器中的电容器组连接，形成二阶滤波器，能够改善风电变流器的THD(Total Harmonics Distortion，谐波畸变率，用于表征波形相对正弦波畸变程度的一个性能参数)，达到上网电能质量要求，满足风电场并网规定。经过热分析，滤波电感器发热量大，必须配备专门的冷却散热装置才能达到风电变流器温升限值要求。本实施例中，发热元件1与风变电流器的电源端电连接，该电源端为风变电流器的电力入口侧，从而在前侧接收到进入风电变流器的电力，而本申请针对发热元件1进行散热后能够在前侧降低整个风变电流器的温度，散热装置包括主散热组件、控制组件和辅助散热组件。

如图1和图2所示，主散热组件包括至少一个散热基板2和至少一个导热管3，散热基板2设置在发热元件1的外部，以对发热元件1进行散热。主散热组件是风电变流器的主要散热部件，散热基板2的形态，如尺寸、形状可以根据发热元件1进行构造，散热基板2的材质可以是金属，如铝板等，进而能够将聚集在其上的热量快速散发到外部，具体来说，导热管3将发热元件1运行过程中产生的热量(如运行时有高次谐波通过而产生热量)引导到散热基板2上，从而散热基板2再将聚集的热量散发到外部，从而实现对发热元件1的散热。在一个实施例中，主散热组件可以包括一个散热基板2设置在发热元件1的外部，如顶部，便于快速散热；在另一个实施例中，主散热组件也可以包括多个散热基板2，可分别设置在发热元件1的外部的不同位置上，从而加快发热元件1的散热进度。

导热管3的第一端连接在散热基板2上，导热管3的第二端连接在发热元件1的本体6上，以将发热元件1中的热量传送到散热基板2上。发热元件1的本体6为发热元件1的主要部件，也是发热元件1的主要热源发生处。导热管3可以进行热量的传递，本实施例中，导热管3的第二端连接在发热元件1的本体6上从而能够将本体6上的热量带出，进而转移到导热管3的第一端，由于第一端连接在散热基板2上，从而导热管3便将滤发热元件1的本体6上的热量转移到散热基板2上，而散热基板2再物理方式将该热量散发出去。在一个实施例中，主散热组件可以包括一个导热管3，也可以包括多个导热管3(如可以包括一组或多组导热管3)，例如一个导热管3与一个散热基板2连接，多个导热管3与一个散热基板 2连接。

辅助散热组件与控制组件电连接，辅助散热组件设置在发热元件1的周围的预设范围内，并根据控制组件发送的控制命令对发热元件1进行辅助散热。辅助散热组件可以对发热元件1进行辅助散热，如可以在主散热组件对其进行散热的同时进一步对发热元件1进行辅助散热，当然如果主散热组件能够满足散热需要，则可以不启动该辅助散热组件。本实施例中，如图3所示，辅助散热组件设置在发热元件1的周围的预设范围内，如可以设置在放置发热元件1的机柜(具有进风口和出风口)内，从将主散热组件散发到机柜内的热量，进一步散发到机柜外部。

控制组件配置为监测发热元件1的散热状态，并根据获取到的散热状态信息控制辅助散热组件工作。控制组件监测发热元件1的当前散热情况，并获取散热状态信息，散热状态信息可以包括多个散热参数，控制组件可以分析散热参数，并根据预设规则做出判断需要怎么样的控制辅助散热组件。例如相应的散热参数表明主散热组件已经能够满足发热元件1的散热要求，则控制组件可以不开启该辅助散热组件，如果相应的散热参数表明主散热组件已经不能够满足发热元件1的散热要求，则控制组件可以开启该辅助散热组件以对发热元件1进行辅助散热，此外，控制组件还可以根据具体的散热参数而调整辅助散热组件的散热能力，例如辅助散热组件包括设置在放置发热元件1的机柜内部的辅助风扇，当辅助风扇的当前转速仍旧不能满足发热元件1的散热需要时，则可以控制辅助风扇提高转速增强辅助散热能力。

在本实用新型的一个实施例中，如图2所示，发热元件1的本体6包括芯体5(如铁芯)和电感线圈4，电感线圈4缠绕在芯体5的外部，导热管3的第二端设置在芯体5与电感线圈4之间，以将发热元件1产生的热量传送到散热基板2上。具体来说，导热管3的第二端设置在芯体5与电感线圈4之间，可以提高导热管3的吸热效率，从而在维持导热管3的较低数量的同时有效提高导热管3的导热能力，将芯体5和电感线圈4产生的热量均传递到散热基板2上。

在本实用新型的一个实施例中，导热管3为封闭真空管，其内部设置有导热液，导热液将发热元件1产生的热量从导热管3的第二端传送到导热管3的第一端。具体来说，导热管3利用蒸发制冷，通过在封闭真空管内的导热液的蒸发与凝结来传递热量，利用毛细作用等流体原理使得导热管3的两端温度差很大，使热量快速传导，即热量由导热管3的第二端传至另外的第一端，达到发热元件1的降温散热的目的，以使整个风电变流器快速散热降温。例如，发热元件1为滤波电感器，导热管3通过毛细原理，将滤波电感器在运行中产生的热量从滤波电感器的本体6内部传导至滤波电感器顶部的铝制散热基板2上，热量不断集聚在散热基板2上，进而耗散至滤波电感器的外部空间(如风电变流器的机柜内)，这个过程不断往复，热量不断地被从滤波电感器内部带走，达到为电感器冷却，降低温度的目的。

在一个实施例中，主散热组件包括多个散热基板2，多个散热基板2 相对发热元件1由近到远布置，散热基板2之间通过导热管3连接。例如，第一散热基板2设置在发热元件1上并通过第一导热管与发热元件1的本体6连接，第二散热基板2与第一散热基板2通过第二导热管连接，第三散热基板2又通过第三导热管与第二散热基板2连接，以便通过多个散热基板2能够将发热元件1的热量快速的传递到较远的距离，提高散热效率。

在本实用新型的一个实施例中，控制组件包括第一温度监测器，第一温度监测器设置在发热元件1的附近，以监测发热元件1的环境温度。环境温度表征了散热装置将风电变流器的热量散发到外部的实际效果，通过环境温度还可以获知发热元件1的外部温度是否超过预设值，如果超过则说明主散热组件的散热能力将受到阻碍，可以启动或增强辅助散热组件的散热能力，如果监测到环境温度低于预设值则可以关闭或降低辅助散热组件的散热能力，以减少电力消耗和相应的成本开销。如第一温度监测器可以设置在风电变流器的机柜内，以监测机柜内的温度，即该发热元件1的环境温度。

在本实用新型的一个实施例中，如图4所示，控制组件进一步配置为当第一温度监测器监测到环境温度大于第一预设值时，发送第一控制命令给辅助散热组件，以控制开启辅助散热组件。结合上述实施例进一步进行说明，辅助散热组件包括多个辅助风扇和/或其他辅助散热设备，辅助风扇的位置可以根据风电变流器的周围环境进行部署，辅助散热组件可以默认是关闭状态，如果机柜内的温度高于预设值后则控制组件能够发出第一控制命令给辅助散热组件，该辅助散热组件立即启动并根据环境温度制定散热方案，如多个不同的辅助风扇可以相互协调，以各自相对应的转速运行，从而达到更好的散热效果。当然，如果当第一温度监测器监测到环境温度小于第一预设值时，控制组件可以关闭辅助散热组件，以节省电力和系统资源。

在本实用新型的一个实施例中，控制组件包括第二温度监测器，第二温度监测器设置在发热元件1的本体6内部，以监测发热元件1的内部温度；控制组件进一步配置为当发热元件1的内部温度大于第二预设值时，发送停机命令至风电变流器，以使风电变流器停止工作。发热元件1的内部温度能够表征发热元件1的实际使用状态，也能够使得用户获知该发热元件1是否还在正常工作。在一个实施例中，如图3和图5所示，第二温度监测器为PT100温度传感器(可以包括分别设置在不同位置的第一 PT100温度传感器8和第二PT100温度传感器9)，测量结果实时上传至控制组件，以便控制组件对风电变流器内部运行温度和发热元件1的电感线圈4的内部温度实现实时监测。如该PT100温度传感器可以对传感器信号进行采样，将信号进行放大，再将放大后的信号进行模数转换，即进行模拟信号和数字信号之间进行转化，当内部温度的值超过系统设定的第二预设值时，说明此时散热装置出现问题不能有效散热，或者发热元件1发生故障需要紧急处理，如需要将风电变流器进行停机处理，控制组件则发送停机命令至风电变流器，以使风电变流器停止工作。

作为优选，控制组件进一步配置为当风电变流器停止工作后，生成相应的故障信息并对其进行上传。具体来说，控制组件将该故障信息上传至风电变流器对应的风机组控制系统，进而使用户获知，以便用户对风电变流器进行进一步检测以找出故障原因。

在本实用新型的一个实施例中，发热元件1为滤波电感器，散热基板 2设置在滤波电感器的顶部。该滤波电感器为三相电感器可以直接与风变电流器的电源端(也为三相)连接，散热基板2设置在滤波电感器的顶部。

本实用新型实施例还提供了一种风电系统，包括上述的风电变流器和散热装置，风电变流器对风电系统的电力进行变流，散热装置构造为对风电变流器进行散热。

以上实施例仅为本实用新型的示例性实施例，不用于限制本实用新型，本实用新型的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本实用新型的实质和保护范围内，对本实用新型做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种风电变流器的散热装置，其特征在于，所述风电变流器包括发热元件，所述发热元件与所述风变电流器的电源端电连接，所述散热装置包括主散热组件、控制组件和辅助散热组件；

所述主散热组件包括至少一个散热基板和至少一个导热管，所述散热基板设置在所述发热元件的外部，以对所述发热元件进行散热；

所述导热管的第一端连接在所述散热基板上，所述导热管的第二端连接在所述发热元件的本体上，以将所述发热元件中的热量传送到所述散热基板上；

所述辅助散热组件与所述控制组件电连接，所述辅助散热组件设置在所述发热元件的周围的预设范围内，并根据所述控制组件发送的控制命令对所述发热元件进行辅助散热；

所述控制组件配置为监测所述发热元件的散热状态，并根据获取到的散热状态信息控制所述辅助散热组件工作。

2.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述发热元件的本体包括芯体和电感线圈，所述电感线圈缠绕在所述芯体的外部，所述导热管的第二端设置在所述芯体与所述电感线圈之间，以将所述发热元件产生的热量传送到所述散热基板上。

3.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述导热管为封闭真空管，其内部设置有导热液，所述导热液将所述发热元件产生的热量从所述导热管的第二端传送到所述导热管的第一端。

4.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述控制组件包括第一温度监测器，所述第一温度监测器设置在所述发热元件的附近，以监测所述发热元件的环境温度。

5.根据权利要求4所述的散热装置，其特征在于，所述控制组件进一步配置为当所述第一温度监测器监测到所述环境温度大于第一预设值时，发送第一控制命令给所述辅助散热组件，以控制所述辅助散热组件启动。

6.根据权利要求4所述的散热装置，其特征在于，所述控制组件进一步配置为根据所述环境温度的变化发送第二控制命令给所述辅助散热组件，以增强或降低所述辅助散热组件的散热能力。

7.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述控制组件包括第二温度监测器，所述第二温度监测器设置在所述发热元件的本体内部，以监测所述发热元件的内部温度；

所述控制组件进一步配置为当所述发热元件的内部温度大于第二预设值时，发送停机命令至所述风电变流器，以使所述风电变流器停止工作。

8.根据权利要求7所述的散热装置，其特征在于，所述控制组件进一步配置为当所述风电变流器停止工作后，生成相应的故障信息并对其进行上传。

9.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述发热元件为滤波电感器，所述散热基板设置在所述滤波电感器的顶部。

10.一种风电系统，其特征在于，包括如权利要求1至9中任意一项所述的风电变流器的散热装置，所述风电变流器对所述风电系统的电力进行变流，所述散热装置构造为对所述风电变流器进行散热。