[发明专利]一种基于变开关波形的主动防凝露系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及变流器控制技术领域，具体地，涉及一种基于变开关波形的主动防凝露系统和方法。

背景技术

目前，风电大规模发展，覆盖地区包括海上、滩涂等高湿、高盐雾地区。潮湿、高盐雾的环境不但容易造成变流器系统柜体的锈变、老化，降低结构和绝缘强度，还将严重影响电气设备及开关器件的工作寿命。因此海上风电变流器的柜体结构需要满足对微尘、湿气、盐雾的防护需求。在海上风电机组运行环境中，如果变流器采用风冷却模式，必然会吸入大量带有盐雾、潮气的腐蚀性空气，对变流器器件、内部结构件等寿命产生不利影响，因此风冷却方式是不适用于海上风电变流器系统。变流器柜体需要采用全封闭式设计，可以有效地与外界高盐雾、潮湿的环境隔离，但也造成了柜内热量无法和外部空气通过空气对流的方式排出机柜，因此需要采用全封闭式水冷却作为系统冷却方案。

由于风能的波动性和随机性，风速可能发生骤降的情况，此时变流器功率的下降，这就意味着损耗及由此产生的热量降低，在外部水冷散热功率恒定的情况下，此时水冷散热器和水循环管道温度急剧下降，而散热效率的问题，柜内空气温度下降较慢，这样将使柜内水冷散热器和水循环管道成为柜内的局部冷点。若局部冷点温度低于柜内的露点温度，则在水冷散热器和水循环管道上出现凝露现象。凝露会在电气设备金属表面发生电化腐蚀，损坏金属强度和性能，影响其使用寿命，而当凝露严重时可能会引起电气短路，若发生在功率模块表面上的凝露可能结合表面尘埃，在栅极和漏极之间形成导电通道，导致整个功率器件失效损坏，而控制器表面的凝露有可能造成短路、元件失效或信号混乱的情况，这些问题都将给变流器的控制和运行造成严重影响。

从凝露发生机理出发，水冷变流器中消除凝露两种有效方法：湿度控制法和温度控制法。湿度控制法是指降低空气中的绝对湿度，现有湿度控制防凝露技术主要是通过增加额外除湿机、干燥剂或吸附膜等除湿器件来降低空气中的绝对湿度，这些技术需要增加除湿装置，增加了成本，降低设备的可靠性。温度控制技术指控制水冷散热器的温度高于柜内空气的露点温度，从而避免凝露的产生。现有的温度控制技术的方法一般有两种，一种是启停外水冷装置，在水冷回路上加上带控制功能的旁通阀，水冷散热器温度变低时，将流入水冷散热器的水冷回路旁路掉，使冷却水温度高于露点温度，这种方式需要加装带控制功能的旁通阀，这将增加故障点，同时这种方法无法保证温度调节精度。另外一种方法是在水箱加热装置，通过控制加热装置确保冷却液的温度高于柜内空气的露点温度，但这种方法响应速度比较慢，需要配置额外的设备，同样增加了成本，增加了系统运行的故障点。

经检索，公开号为CN 103023277 A的中国专利，公开了一种水冷变流器的防凝露的控制方法及装置，该发明采用增加加热器，当所述水箱的出水口的温度值t₁低于所述凝露点温度值t₀时对外部水箱加热的方法，需要增加加热设备，在增加了成本的同时也降低了设备的可靠性。由于采用对水箱的水采用加热装置加热的方法，但是由于水的比热容比较大，对水加热升温的速度非常缓慢。当检测到水温低于柜内的凝露点温度后然后对水进行加热，由于动态响应速度的问题，可能柜内局部冷点已经发生了凝露现象。

公开号为CN 103616909 A的中国专利，公开了一种水冷变流器功率柜控制方法、装置及应用其的水冷变流器。该发明采用启停热交换装置，对风机的运行寿命是有影响，或降低装置运行的可靠性。同时采用启停的方式，不能实现无级平滑调温，无法保证温控的分辨率。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于变开关波形的主动防凝露系统和方法，在变流器功率下降的时候，改变功率器件开关波形，通过短时提高变流器的损耗，控制水冷散热器高于柜内空气的凝露点温度，避免凝露现象的发生。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

根据本发明的第一目的，提供一种基于变开关波形的主动防凝露系统，包括：

传感单元，用于获取变流器柜内的空气湿度、温度情况以及所有散热器温度；

计算单元，根据传感单元获取的变流器柜内的空气湿度、温度情况，计算得到柜内空气的凝露点温度T_s,ref，设为热控制闭环的设定值；