【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
基于傳熱模型的柔直換流閥熱狀態(tài)在線監(jiān)測裝置及方法
[0001]本專利技術(shù)涉及電力設(shè)備監(jiān)測領(lǐng)域，尤其涉及基于傳熱模型的柔直換流閥熱狀態(tài)在線監(jiān)測裝置及方法。
技術(shù)介紹
[0002]隨著電力電子器件的改進，我國高壓直流輸電技術(shù)發(fā)展迅速，基于電壓源換流器(Voltage Sourced Converter，VSC)和模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter，MMC)的柔性直流輸電技術(shù)具有不易換相失敗、有功無功可獨立控制、易實現(xiàn)潮流反轉(zhuǎn)、可為交流電網(wǎng)提供無功支持、可為無源系統(tǒng)供電等優(yōu)點，在直流輸電技術(shù)中脫穎而出，一系列直流示范工程等相繼建成投運，其所帶來的運行和檢修問題將逐漸成為運維單位關(guān)注的重點。
[0003]柔性直流輸電系統(tǒng)采用全控型的絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)的電壓源型換流器作為換流站的換流設(shè)備。換流閥作為換流站的核心設(shè)備，價值昂貴、作用重要，一旦故障不僅會導致直流停運，嚴重時會導致?lián)Q流閥和閥廳起火，造成巨大的經(jīng)濟損失。
[0004]換流閥IGBT模塊的損耗與結(jié)溫是其可靠性的重要評價指標。現(xiàn)有的換流閥IGBT模塊損耗測量方法主要三種：雙脈沖法，電測量法和量熱法。前兩種方法可以在實驗室實現(xiàn)換流閥IGBT模塊的損耗測量，但無法實際應(yīng)用于運行現(xiàn)場測量，且其測量精度低于量熱法。已有研究[CN110412369A
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一種柔性直流換流閥功率模塊損耗測量系統(tǒng)]將量熱法用于功率模塊的小尺度試驗平臺，...
【技術(shù)保護點】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于傳熱模型的柔直換流閥熱狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征在于：包括水冷散熱器(1)、測溫傳感器(2)、流量傳感器(3)、信號傳輸裝置(4)和上位機(5)，被測柔直換流閥IGBT模塊(6)設(shè)于水冷散熱器(1)中，所述的水冷散熱器(1)設(shè)有多個測溫傳感器，所述的流量傳感器(3)包括設(shè)于水冷散熱器(1)進水口的流量傳感器Vin，所述的測溫傳感器、流量傳感器(3)通過信號傳輸裝置(4)和上位機(5)相連；所述的測溫傳感器包括設(shè)于水冷散熱器(1)進水口的第一測溫傳感器Tin，設(shè)于水冷散熱器(1)出水口的第二測溫傳感器Tout，用于檢測外部環(huán)境溫度的第三測溫傳感器Tair，設(shè)于IGBT器件底部基板四周的第四測溫傳感器Ts1、第五測溫傳感器Ts2、第六測溫傳感器Ts3、第七測溫傳感器Ts4，設(shè)于水冷散熱器側(cè)面的第八測溫傳感器Tsink。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于傳熱模型的柔直換流閥熱狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征在于：第四測溫傳感器Ts1、第五測溫傳感器Ts2、第六測溫傳感器Ts3、第七測溫傳感器Ts4與IGBT器件底部基板的距離為1.5mm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于傳熱模型的柔直換流閥熱狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征在于：第一測溫傳感器Tin為光纖測溫傳感器，其測量端通過固定膠帶緊貼在水冷散熱器(1)進水口的外管壁上，固定膠帶外側(cè)通過電工絕緣膠帶二次固定。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于傳熱模型的柔直換流閥熱狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征在于：第四測溫傳感器Ts1、第五測溫傳感器Ts2、第六測溫傳感器Ts3、第七測溫傳感器Ts4分別通過帶粘性散熱硅固定于對應(yīng)的柔直換流閥散熱器的表面。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于傳熱模型的柔直換流閥熱狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征在于：所述的第三測溫傳感器Tair、第四測溫傳感器Ts1、第五測溫傳感器Ts2、第六測溫傳感器Ts3、第七測溫傳感器Ts4、第八測溫傳感器Tsink均為光纖傳感器，單根長度為3米；信號傳輸裝置(4)就近固定于直流儲能電容(7)殼體上表面的等電勢點，信號傳輸裝置(4)固定后，用不低于25mm2的BVR軟銅排與等電勢點可靠連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于傳熱模型的柔直換流閥熱狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征在于：流量傳感器(3)為超聲流量傳感器(3)，超聲流量傳感器(3)采用非斷管方式安裝，并附著于換流閥分管外壁，采用絕緣性軟抱箍固定在換流閥的輸出端口或輸入端口；流量傳感器(3)傳輸導線內(nèi)屏蔽層與信號傳輸裝置(4)外殼可靠連接。7.采用權(quán)利要求1
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6任一權(quán)利要求所述的一種基于傳熱模型的柔直換流閥熱狀態(tài)在線監(jiān)測裝置的柔直換流閥熱狀態(tài)在線監(jiān)測方法，其特征在于包括以下步驟：1)第一測溫傳感器Tin、第二測溫傳感器Tout、第三測溫傳感器Tair、第四測溫傳感器Ts1、第五測溫傳感器Ts2、第六測溫傳感器Ts3、第七測溫傳感器Ts4、第八測溫傳感器Tsink實時采集溫度信息；流量傳感器Vin實時采集流量信息；并將采集得到溫度信息、流量信息通過信號傳輸裝置發(fā)送給上位機；2)上位機獲取水管的尺寸數(shù)據(jù)及采集得到的溫度、流量信息；基于管道傳熱模型，計算冷卻水進出口平均溫度，并根據(jù)冷卻水進出口平均溫度和管道流速計算冷卻介質(zhì)所帶走的冷卻水散熱量；3)上位機獲取散熱器的尺寸信息及采集得到的溫度信息，基于對流換熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式，計算空氣自然對流換熱系數(shù)；并根據(jù)空氣自然對流換熱系數(shù)和水冷散熱器散熱面積計算水冷散熱器向空氣散發(fā)的空氣散熱量；
4)上位機根據(jù)冷卻水散熱量和空氣散熱量計算柔直換流閥IGBT模塊損耗，展示時間和散熱量的關(guān)系曲線，對換流閥進行熱狀態(tài)的在線監(jiān)測；其中，柔直換流閥IGBT模塊損耗為被冷卻水帶走的冷卻水散熱量以及被周圍空氣帶走的空氣散熱量之和；5)上位機根據(jù)水冷散熱器溫度數(shù)據(jù)、冷卻水的溫度及流速數(shù)據(jù)和換流閥模塊損耗，判斷當前運行狀態(tài)是否正常；如不正常，將發(fā)出警示。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的柔直換流閥熱狀態(tài)在線監(jiān)測方法，其特征在于：換流閥IGBT模塊的損耗Q計算方法為：A)根據(jù)傳熱學原理，換流閥IGBT模塊的損耗Q等于被冷卻水帶走的熱量Q1以及水冷散熱器向周圍空氣的散熱量Q2之和，即Q＝Q1+Q2(1)B)冷卻水的散熱量計算公式如下：Q1＝ρ
w
·
v
in
·
A
in
·
c
pw
·
(T
out
?
T
in
)(2)式中，Q1表示由水帶走的熱量，單位為W；ρ
w
表示冷卻水的密度，kg/m3；v
in
表示進水流速，單位為m/s,由超聲波流量傳感器測量得到；A
in
表示水管進口的截面積，單位為m2；c
pw
表示水的比熱容，單位為J/(kg
·
K)；T
in
表示進口水溫，單位為K；T
out
表示出口水溫，單位為K；冷卻水的密度與比熱容均考慮溫度的影響，以提高計算準確度，將公式(2)中ρ
w
的替換為計算得到的ρ
w
(T)；將公式(2)中c
pw
的替換為計算得到的c
pw
(T)；ρ
w
(T)＝838.466135+1.400506...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉黎，俞恩科，胡俊華，喬敏，甘純，張引賢，張建平，鮑美軍，詹志雄，李劍波，
申請(專利權(quán))人：國網(wǎng)浙江省電力有限公司舟山供電公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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