一種風力發電機及其變流器的製作方法

2023-05-22 05:18:56

專利名稱：一種風力發電機及其變流器的製作方法
技術領域：
本實用新型主要涉及風力發電領域，特別涉及一種風力發電機變流器，以及包括該變流器的風力發電機。
背景技術：
變流器(也稱變頻器)是風力發電機組的核心控制部件。風機能否適應不同地區的電網，滿足電能質量要求，抵禦電網故障的影響，關鍵取決於變流器的品質。隨著風力發電機組單機容量的逐漸增大及海上風電的逐步興起，發展大容量、海上型風機是風電發展的必然趨勢。但是，海上鹽霧腐蝕嚴重，應採用密閉櫃體，避免通風。然而，變流器是大功率電力電子產品，發熱量大，需要通風良好，解決該問題的途徑是採用整機液冷設計。同時由於風力發電機組使用的環境非常惡劣，還需要在低溫、高溼環境下對其 進行加熱。現有技術的變流器在散熱時，利用散熱器專門獨立地對各元件進行冷卻；而在加熱除溼時，則專門設置加熱系統。由於各元件相應的加熱和冷卻系統彼此相互獨立，因此造成整體結構複雜，既造成空間浪費又增加成本。

實用新型內容本實用新型旨在提供一種風力發電機變流器，該變流器能夠明顯簡化變流器內部結構，節約變流器空間。本實用新型的風力發電機變流器，包括設置於功率櫃的crowbar模塊和控制電路板；設置於併網櫃的不間斷電源；第一熱交換器，冷卻或加熱過程中，其流動氣體經過控制電路板、不間斷電源、crowbar模塊後,最終進入第一熱交換器。進一步地，所述不間斷電源設置有內置風扇，流動氣體通過進風口進入不間斷電源內部，經過所述內置風扇後，從出風口排出。進一步地,還包括設置於功率櫃的功率模塊，所述功率模塊設置有水冷板，冷水從功率模塊的進水口進入水冷板，從功率模塊的出水口流出。進一步地,還包括設置於併網櫃的變壓器；第二熱交換器，所述第二熱交換器設置於變壓器上方，冷卻或加熱過程中，其流動氣體的第一部分經過變壓器後進入第二熱交換器，第二部分經過功率櫃的功率模塊。進一步地，還包括內部循環風扇，所述內部循環風扇設置於功率櫃和併網櫃的中間隔板上，所述內部循環風扇驅動流動氣體從第二熱交換器進入功率櫃。[0018]進一步地,還包括設置於功率櫃的電抗器，所述電抗器設置有內部水路，冷水從電抗器的進水口進A內部水路循環，熱水從電抗器的出水口流出。進一步地,還包括第三熱交換器，所述第三熱交換器設置於功率櫃中間層和底層的隔板上，冷卻或加熱過程中，其流動氣體經過電抗器。進一步地,還包括匯流管，所述功率模塊的水冷板內水管、電抗器水管或各熱交換器內水管通過並流方式匯流至所述匯流管。進一步地,還包括引流裝置，所述引流裝置設置於所述第一熱交換器下方和/或所述匯流管下方，用於引導滲漏的液體沿功率櫃內壁流動。本實用新型的另一個方面，還提供了一種風力發電機，該風力發電機包括前述的風力發電機變流器。本實用新型功率櫃和併網櫃的相應位置連通，形成了風道，可以通過風道循環對各部件進行冷卻及加熱除溼。與現有技術相比，本實用新型省去了專門設置加熱系統帶來的成本增加，並可以同時對多個部件進行冷卻及加熱除溼作業，具有結構緊湊、節約空間的優點；此外，本實用新型的電抗器、功率模塊除了通過自帶系統冷卻外，還通過風道循環對其進行輔助散熱，顯著地提高了散熱效率；而且，本實用新型的引流裝置可以防止水管接頭處漏水引起的故障，保證了功率模塊、電抗器等重要部件的正常工作，具有可靠性高的優點。

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I是本實用新型一實施例的風力發電機變流器的結構圖。其中，附圖標記如下I :crowbar模塊、2 :控制電路板、3 :不間斷電源、41 :第一熱交換器、42 :第二熱交換器、43 :第三熱交換器、5 :功率模塊、6 :變壓器、7 :內部循環風扇、8 :電抗器、9 :匯流管、10 :引流裝置。
具體實施方式
下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。圖I所示是本實用新型一實施例的風力發電機變流器的結構圖，該變流器可以在提高防護等級的基礎上，保證主要發熱元件得到良好的冷卻，並可以在低溫、高溼環境中對各元件進行加熱，以適應惡劣環境(尤其是海上)風力發電的需要。從圖I中可以看出，本實用新型一實施例的的變流器至少包括crowbar模塊1(可以用於提高直驅式風電系統的低電壓穿越能力)、控制電路板2、不間斷電源3、第一熱交換器41等部件。其中crowbar模塊I和控制電路板2設置於功率櫃內，具體地可以將其設置在功率櫃的上層，該上層與功率櫃的中間層隔離不導熱；不間斷電源3設置於併網櫃，其也可以設置在併網櫃的上層，該上層與併網櫃的中間層隔離不導熱。在(變流器)冷卻或加熱過程中，第一熱交換器41的流動氣體經過控制電路板2、不間斷電源3、cix)Wbar模塊I後，最終進入第一熱交換器41。具體地，第一熱交換器41可以設置於功率柜上層的正面。應當清楚，本實用新型的第一熱交換器41可以與液冷系統連接，該液壓系統既可以用於冷卻，也可以作為加熱除溼作業的熱源，相應地流動氣體既可以是從第一熱交換器41出來的冷風，也可以是熱風，本實用新型並不受限於此。此外，第一熱交換器41也可以採用其它各種可能的熱源或冷卻源，本實用新型並不受限於此。在冷卻過程中，通過風道循環(從第一熱交換器41、控制電路板2、不間斷電源3、crowbar模塊I再回到第一熱交換器41的流動氣體循環)，第一熱交換器41的冷風可以對控制電路板2、不間斷電源3和crowbar模塊I進行散熱，減少了現有技術中專用散熱器和加熱系統的設置，因而可以使得整體結構緊湊，節約變流器空間。應當清楚，冷風經過控制電路板2、不間斷電源3和crowbar模塊I的先後順序可以調整，本實用新型並不受限於此。在該風道的路徑上，冷風的溫度逐漸升高。加熱過程則正好相反，在該風道的路徑上，熱風的溫度逐漸降低。第一熱交換器41的流動氣體可以通過各種內置和外置的驅動部件驅動其流動。優選地，第一熱交換器41設置有風扇。此外，不間斷電源3還設置有內置風扇，流動氣體通過進風口進入不間斷電源3內部，經過該內置風扇後，從出風口排出。進一步地，本實用新型的變流器還包括功率模塊5。該功率模塊5設置於功率櫃內。具體地，該功率模塊5可以設置於功率櫃的中間層。所述功率模塊5設置有水冷板，冷水從功率模塊5的進水口進入水冷板，從功率模塊5的出水口流出。水冷板可以帶走功率模塊5發出的大部分熱量。進一步地，本實用新型的變流器還包括變壓器6和第二熱交換器42，其中變壓器6設置於併網櫃內，所述第二熱交換器42設置於變壓器6上方，冷卻或加熱過程中，其流動氣體的第一部分經過變壓器6後進入第二熱交換器42，第二部分經過功率櫃的功率模塊5。冷卻過程中，可以通過第二熱交換器42的輔助散熱，進一步地提高對功率模塊5的散熱效率。第二熱交換器42可以採用與第一熱交換器41相似的結構和連接關係。第二熱交換器42的流動氣體可以通過各種內置和外置的驅動部件驅動其氣流流動。優選地，本實用新型的變流器還包括內部循環風扇7，該內部循環風扇7設置於功率櫃和併網櫃的中間隔板上，所述內部循環風扇7驅動流動氣體從第二熱交換器42進入功率櫃。該內部循環風扇7設置於併網櫃內部。更進一步地，本實用新型的變流器還包括電抗器8，該電抗器8設置於功率櫃內。具體地，該電抗器8可以設置在功率櫃的底層，並可以設置有如圖I所示的兩組。電抗器8設置有內部水路，冷水從電抗器8的進水口進入內部水路循環，從電抗器8的出水口流出。該電抗器8與傳統的風冷電抗器相比，具有結構簡單、體積小、散熱效果好的優點。內部水路可以帶走電抗器8發出的大部分熱量。為了進一步地提高對電抗器8的散熱效率，本實用新型還包括第三熱交換器43，所述第三熱交換器43設置於功率櫃中間層和底層的隔板上，冷卻或加熱過程中，其流動氣體經過電抗器8。在冷卻過程中，可以冷風對電抗器8進行輔助散熱，進一步提高電抗器8的散熱效率。第三熱交換器43可以採用與第一熱交換器41相似的結構和連接關係。需要說明的是，在圖I所示的實施例中，第二熱交換器42的流動氣體的第一部分最終進入第三熱交換器43，第三熱交換器43的流動氣體最終進入第二熱交換器42，從而形成了功率櫃和併網櫃之間的風道循環。優選地，本實用新型前述功率模塊5的水冷板內水管、電抗器8水管或各熱交換器內水管可以通過並流方式匯流至匯流管9，並通過該匯流管9將熱量傳遞到液冷系統中，通過總的液冷循環將熱量帶走。 此外，為了防止水管接頭處漏水引起故障，本實用新型還包括引流裝置10，該引流裝置10設置於所述第一熱交換器41下方和/或所述匯流管9下方，用於引導滲漏的液體沿功率櫃內壁流動。該引流裝置10結構簡單，易於安裝，保證了功率模塊5、電抗器8等重要部件的正常工作，具有可靠性高的優點。上述從冷卻散熱的角度對本實用新型的變流器的結構和原理進行了說明。相對應地，本實用新型的變流器在加熱除溼時可以按照如下描述實施當環境溫度低於變流器內部元器件工作溫度時，通過外部輔助設備內加熱器給水溶液加熱，熱水通過與冷水相同的循環通道，提高櫃內溫度。保證變流器在低氣溫環境下正
常工作。當環境溼度大於設定值時，可通過控制器啟動外部輔助內加熱器給水溶液加熱，提高櫃內溫度，從而降低環境溼度，防止凝露的發生。此外，需要說明的是，本實用新型所指水冷和液冷均為同一類型的冷卻方式，限定為水冷的特徵可以替換為液冷，限定為液冷的特徵也可以替換為水冷，兩者之間屬於等同特徵，本實用性並不受限於此。除了前述風力發電機變流器外，本實用新型還提供一種包括前述變流器的風力發電機。該風力發電機的其它結構可以參考現有技術，本文在此不再贅述。綜上所述，本實用新型功率櫃和併網櫃的相應位置連通，形成了風道，可以通過風道循環對各部件進行冷卻及加熱除溼。與現有技術相比，本實用新型具有以下優點I)成本低、結構緊湊本實用新型的液冷系統可以兼顧解決加熱除溼的問題，省去了專門設置加熱系統帶來的成本增加；此外，本實用新型通過合理的熱交換器和風道設計，可以同時對多個部件進行冷卻及加熱除溼作業，相對於現有技術中各元件的專用散熱器，具有結構緊湊、節約空間的優點。2)散熱效率高本實用新型的電抗器8採用內部水路循環進行冷卻，與傳統的風冷電抗器8相比結構簡單、體積小、散熱效果好；此外，電抗器8、功率模塊5除了通過自帶系統冷卻外，還通過風道循環對其進行輔助散熱，顯著地提高了散熱效率。[0056]3)可靠性高本實用新型的引流裝置10可以防止水管接頭處漏水引起的故障，保證了功率模塊5、電抗器8等重要部件的正常工作，具有可靠性高的優點。此外，本實用新型還具有防護等級高、安裝簡單、易於維護等優點。因此，本實用新型的有益效果是顯而易見的。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種風力發電機變流器，其特徵在於，包括 設置於功率櫃的crowbar模塊(I)和控制電路板(2); 設置於併網櫃的不間斷電源(3)； 第一熱交換器(41)，冷卻或加熱過程中，其流動氣體經過控制電路板(2)、不間斷電源(3)、crowbar模塊(I)後,最終進入第一熱交換器(41)。
2.根據權利要求I所述的風力發電機變流器，其特徵在於，所述不間斷電源(3)設置有內置風扇，流動氣體通過進風口進入不間斷電源(3)內部，經過所述內置風扇後，從出風口排出。
3.根據權利要求I所述的風力發電機變流器，其特徵在於，還包括 設置於功率櫃的功率模塊(5)，所述功率模塊(5)設置有水冷板，冷水從功率模塊(5)的進水口進入水冷板，從功率模塊(5)的出水口流出。
4.根據權利要求3所述的風力發電機變流器，其特徵在於，還包括 設置於併網櫃的變壓器(6)； 第二熱交換器(42)，所述第二熱交換器(42)設置於變壓器(6)上方，冷卻或加熱過程中，其流動氣體的第一部分經過變壓器(6)後進入第二熱交換器(42)，第二部分經過功率櫃的功率模塊(5)。
5.根據權利要求4所述的風力發電機變流器，其特徵在於，還包括 內部循環風扇(7)，所述內部循環風扇(7)設置於功率櫃和併網櫃的中間隔板上，所述內部循環風扇(7)驅動流動氣體從第二熱交換器(42)進入功率櫃。
6.根據權利要求4所述的風力發電機變流器，其特徵在於，還包括 設置於功率櫃的電抗器(8)，所述電抗器(8)設置有內部水路，冷水從電抗器(8)的進水口進入內部水路循環，熱水從電抗器(8)的出水口流出。
7.根據權利要求6所述的風力發電機變流器，其特徵在於，還包括 第三熱交換器(43)，所述第三熱交換器(43)設置於功率櫃中間層和底層的隔板上，冷卻或加熱過程中，其流動氣體經過電抗器(8)。
8.根據權利要求7所述的風力發電機變流器，其特徵在於，還包括 匯流管(9)，所述功率模塊(5)的水冷板內水管、電抗器(8)水管或各熱交換器內水管通過並流方式匯流至所述匯流管(9)。
9.根據權利要求8所述的風力發電機變流器，其特徵在於，還包括 引流裝置(10)，所述引流裝置(10)設置於所述第一熱交換器(41)下方和/或所述匯流管(9)下方，用於引導滲漏的液體沿功率櫃內壁流動。
10.一種風力發電機，其特徵在於，所述風力發電機包括權利要求1-9任一項所述的風力發電機變流器。
專利摘要本實用新型提出了一種風力發電機及其變流器。該變流器包括設置於功率櫃的crowbar模塊和控制電路板；設置於併網櫃的不間斷電源；第一熱交換器，冷卻或加熱過程中，其流動氣體經過控制電路板、不間斷電源、crowbar模塊後，最終進入第一熱交換器。本實用新型功率櫃和併網櫃的相應位置連通，形成了風道，可以通過風道循環對各部件進行冷卻及加熱除溼，具有成本低、結構緊湊、散熱效率高、可靠性高、防護等級高、安裝簡單、易於維護等優點。
文檔編號H02J3/38GK202513813SQ201220069759
公開日2012年10月31日 申請日期2012年2月28日 優先權日2012年2月28日
發明者任曉峰, 左磊, 韓豔娟 申請人:三一電氣有限責任公司