[发明专利]一种基于有限元法的风电主控柜体热管理分析及优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于有限元法的风电主控柜体热管理分析及优化方法，属于风电控制技术领域。

背景技术

随着不可再生能源在世界范围面临枯竭的窘境，为了满足工业化生产和人类生活的需要，人们对太阳能、风力发电等可再生能源的关注和利用日益提升。其中风力发电是一种已经发展比较成熟的能源开发技术。风力发电主控系统是风力发电系统的核心部件，所以如何合理设计风力发电主控系统成了风力发电系统开发过程中的重点之一。

风力发电主控系统通常包括风电主控系统柜体、位于柜体内的断路器、继电器等部件、控制器等。在风电主控系统的开发过程中，风电主控柜体的散热系统设计是其设计过程中的一个重要环节。现有的散热系统的热管理分析及优化主要通过理论研究和实验研究两种途径来实现。

通过对现有技术研究，申请人发现现有技术存在以下问题：

对于理论研究来说，通过普通的计算只适用于线性和简单的几何问题，且受限于解析方法求解能力，无法得到精确的计算结果。

实验研究虽然能够得到精确的计算结果，但前提是需要制造出实体模型，耗费较高、耗时较长，并且灵活性较差。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种无需制造出实体模型就能够得到精确计算结果的基于有限元法的风电主控柜体热管理分析及优化方法。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明包括以下几个步骤：

步骤S101：从柜面布置图获取风电主控柜体的材料属性及其内部的断路器及继电器的参数；

步骤S102：根据步骤S101获取的参数，利用3D建模软件对断路器及继电器进行初始的几何建模，得到风电主控柜体的三维模型；

步骤S103：首先，利用有限元前处理软件将步骤S102的三维模型进行有限元网格划分，并将有限元网格模型的参数与风电主控柜体内部的断路器及继电器的参数相匹配，得到风电主控柜体的有限元网格模型；

步骤S104：对所述有限元网格模型进行温度场分析，得到所述风电主控柜体的温度场分析结果；

步骤S201：获取所述风电主控柜体和风电主控柜体内部的加热器及风扇的设计参数；

步骤S202：根据步骤S201获取的设计参数，利用3D建模软件建立风电主控柜体及内部流体的三维模型；

步骤S203：将所述步骤S202得到的三维模型导入到计算流体力学软件中进行流体力学网格划分，得到所述内部流体的流场网格模型；

步骤S301：将风电主控柜体的温度场分析结果作为边界条件，对流场网格模型进行约束；

步骤S302：确定流场内流体的物理参数，以使得实验条件与模拟的环境相同；

步骤S303：利用流体力学计算软件对流场网格模型的温度场和流场进行计算，得到风电主控柜体的流场分析结果；

步骤S304：判断所述风电主控柜体的流场分析结果是否符合行业标准，如果不符合，则进入步骤S305；如果符合，则结束；

步骤S305：对步骤S304中风电主控柜体的设计方案进行优化，包括重新设计风电主控柜体、加热器及风扇的设计参数，并且根据优化后的设计方案返回步骤S201重新计算。

步骤S101中，所述参数包括断路器及继电器的几何尺寸、热力学属性、初始温度和工作时的生热率。

步骤S201中，所述风电主控柜体的设计参数包括风电主控柜体的几何尺寸、风道的位置及数目设计以及风道的尺寸；

所述加热器及风扇的设计参数包括设计位置及尺寸。

步骤步骤S302中，所述物理参数包括流体的介质材料、流速以及流入温度。

步骤S303中，所述流场分析结果为温度场和流场云图。

上述步骤S304的判断方法为：

通过所述温度场和流场云图计算风电主控柜体内断路器及继电器的温差大小，并将计算得到的温差大小与行业标准值进行对比，当计算得到的温差大小在行业标准的范围内，则符合行业标准；当计算得到的温差大小超出了行业标准的范围，则不符合行业标准。

本发明与理论研究相比，该方法可以更多的面向非线性和复杂结构外形的问题，由于采用离散的数值方法和模拟实验方法，可以不受数学解析能力的限制，从而具有更大的适应性和求解能力；与实验研究相比，该方法无需制造出实体模型，分析过程经济、迅速，并且具有更大的自由度和灵活性，可以突破实验上物质条件的限制而获得精确的计算结果。

附图说明

图1为本发明的工作流程图。