[发明专利]一种MMC换流阀的冷却系统及其冷却方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种MMC换流阀的冷却系统，具体讲涉及一种MMC换流阀的冷却系统及其冷却方法。

背景技术

随着我国高压直流输电技术的日益成熟，直流输电工程建设正处于发展的黄金期。直流输电具有输电容量较大、效率高、损耗低、控制灵活等优点，而换流阀系统作为直流输电的心脏，是直流输电的关键设备，其工作电压等级高、输送功率大，在运行时会产生大量的热量，只有解决了换流阀的冷却问题，才能使其可靠输电成为可能。因此，换流阀的冷却系统在直流输电系统中具有重要作用，需要非常高的可靠性。

MMC换流阀，如图1所示，是基于模块化多电平技术的IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor,高功率绝缘栅双极晶体管）换流阀，主要应用于柔性直流输电系统中。由于MMC换流阀各个子模块中每个器件的电流不一致，导致各个器件的损耗不平均。MMC换流阀子模块损耗仿真波形图，如图2所示，子模块损耗既存在瞬时损耗非常大的时刻，又存在瞬时损耗几乎为0的时刻。因此，MMC换流阀的损耗具有瞬时损耗大、平均损耗小的特点，其相应的冷却方案应在总的散热量上满足平均损耗的要求，且具有足够良好的导热性能，以保证在大的瞬时损耗情况下将热量迅速传导出去。

目前投运的柔性直流输电工程用MMC阀全部采用水冷系统进行散热，相比风冷系统而言，水冷系统冷却能力大，但是水冷却系统却存在一些缺陷，包括电解腐蚀与沉积、密封垫圈腐蚀老化、电机或轴承长时间运行机械磨损严重等问题，导致目前运行的直流工程换流阀水冷却系统在运行一段时间之后，易发生堵塞、漏水异常，从而引起元件过热以及直流系统被迫停运，严重影响直流输电系统的安全可靠运行。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种MMC换流阀的冷却系统及其冷却方法，解决了MMC换流阀瞬时损耗大、平均损耗小的散热问题，散热性能突出；避免了原有冷却系统中存在的漏水、磨损问题。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供的一种MMC换流阀的冷却系统，所述系统包括热管散热器和散热风道，MMC换流阀模块间隔并排排列，在每排MMC换流阀模块的前后两侧分别设置所述散热风道，其改进之处在于，将所述热管散热器的蒸发端设置在MMC换流阀模块的IGBT发热面上，将热管散热器的冷凝端伸入散热风道。

其中，在所述散热风道入口处设置鼓风机。

其中，所述热管散热器包括金属管、吸液芯和工作介质，所述吸液芯设置在金属管的内壁上，所述金属管内抽真空后注入工作介质。

其中，所述金属管为铜或铝或碳钢或不锈钢或合金钢。

其中，所述吸液芯为毛细多孔材料。

其中，所述工作介质为氨或水或丙酮或甲醇。

其中，在所述热管散热器的冷凝端设置散热翅片。

其中，所述MMC换流阀的可传输的最大有功功率为50MW；工频周期为0.02s；直流侧电压为72kV；交流侧电压为35kV；功率因数角为0°；单个桥臂模块数量为48。

其中，所述MMC换流阀的冷却系统之间通过设置穿墙套管进行电气连接。

本发明基于另一目的提供的MMC换流阀的冷却方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

1、MMC换流阀模块间隔并排排列，每排MMC换流阀模块的前后两侧设置散热风道；

2、在散热风道的入口处设置鼓风机；

3、将热管散热器的蒸发端设置在MMC阀模块的IGBT发热面上，热管散热器数量由阀模块总的发热量及单根热管散热器的散热量决定，将热管散热器的冷凝端伸入散热风道，使其自然风冷；

4、在自然风冷状态，当MMC换流阀的温度高于警戒温度时，在热管散热器的冷凝端安装散热翅片，同时启动鼓风机采用强迫风冷。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

1、解决了MMC换流阀瞬时损耗大、平均损耗小的散热问题，散热性能突出；

2、取消了以往复杂的水冷系统，避免漏水现象的发生；

3、避免因存在运动部件而引起的噪声、磨损等问题；

4、维护工作量小，节能环保，极大提高了工作效率。

附图说明

图1是：本发明提供的MMC换流阀的基本结构图；

图2是：本发明提供的MMC换流阀子模块损耗仿真波形图；

图3是：本发明提供的MMC换流阀冷却系统示意图；

图4是：本发明提供的MMC换流阀冷却系统之间的连接示意图；