直流换流阀单元模块蒸发冷却系统的仿真分析与试验

对直流换流阀的发热问题和目前主流的水冷技术存在的缺陷进行研究,提出采用蒸发冷却技术用于直流换流阀单元模块的冷却。针对由5英寸晶闸管集成的直流换流阀单元模块,设计包含贴壁式蒸发器、集气管、回液管和冷凝器等组成的蒸发冷却系统。建立单元模块蒸发冷却的仿真分析模型,得到不同功率工况下晶闸管表面的温度分布情况。试验数据与仿真结果误差在8%以内,验证了计算和试验的准确性。研究表明,蒸发冷却技术的应用使得晶闸管的温度分布更加均匀,冷却余量增大,可保障直流换流阀单元模块的载流能力,这将为直流换流站采用蒸发冷却系统提供分析和设计依据。     

蒸发冷却换流阀系统余热利用可行性研究

针对换流阀的结构特点及发热功率的大小,采用电阻加热块模拟换流阀发热,建立换流阀蒸发冷却系统实验平台,对不同功率热负荷下的余热情况进行探索。研究表明:不同功率热负荷下,液盒出口温度稳定在55℃左右,具有较高的回收利用价值,并据此提出了采用溴化锂制冷机耦合蒸发冷却系统的余热回收技术方案,建立余热回收系统仿真计算模型。结果表明,系统综合利用效率为60%,年供冷量达430 GJ,并且具有巨大的节能减排效益,该技术应用前景广阔。     

高压变频器功率模块相变散热研究

高压变频器功率器件的散热问题是制约设备性能、影响功率密度的关键.针对传统空冷和水冷散热方案存在的不足,本文展开蒸发冷却相变散热技术在大功率高压变频器上的应用研究.首先根据变频器功率模块的结构参数特点和热损耗计算,设计了高集成化的蒸发冷却冷板散热方案,并通过数值仿真和实验进行了验证.研究分析表明,相变冷板散热方案相比强迫...     

表贴式内肋阵自循环蒸发冷却系统沸腾换热流动实验研究

为进一步了解表贴式内肋阵自循环蒸发冷却系统内部的沸腾两相流动换热规律,采用横截面积为180mm×20mm的内肋阵液盒作为研究对象,对内肋阵液盒内部沸腾换热流动过程进行了可视化观察,同时针对该内肋阵液盒内两相流动建立Friedel、L-M两种两相流动阻力压降仿真计算模型。实验发现液盒通道内的流型随着热负荷的变化,主要呈现泡状流和雾状流2种流型,液盒背面温度较为均匀,维持在65～70℃左右。液盒内部肋阵的存在,增强了通道内汽泡扰动,同时在肋柱后方存在明显尾迹涡流。通过研究对比发现Friedel模型计算结果与实验结果的最大相对误差小于15%,说明该模型更适用表贴式内肋阵蒸发冷却系统的压降计算。     

高温超导电机转子冷却技术的研究

本文针对高温超导电机关键技术之一的转子冷却技术,从旋转管道流动和池沸腾的基本理论出发,对现有的集中式旋转热管、浸泡式冷却方式和三种新型的冷却方式即:分布式旋转热管、分层开放式蒸发冷却和旋转管道蒸发冷却,总结并建立了分别适用于这些转子冷却方式的沸腾换热模型;另外对于旋转管道蒸发冷却的流体动力学问题,参照静止两相流流动阻力的计算模型来分析这种冷却方式的流动阻力。在模型计算、载荷和漏热等边界条件基础上,采用ANSYS温度场静态计算模块对各种冷却方式进行了仿真,得到各种工况的温度分布。建立了一台能实现五种高温超导电机冷却方式的综合性实验平台,对五种冷却方式进行了详细的换热和流动的实验研究,从温升和分布均匀度而言,浸泡式冷却的效果最好,其他几种方式次之。同时对比实验数据与仿真结果,表明理论模型能较为准确地预测实验结果。     

新型冷却方式对APFC电路的适用性研究

作为一种新型的冷却方式,以相变换热为特征的蒸发冷却技术在开关电源向小型化、绿色化的发展中表现出明显的技术优势。Boost有源功率因数校正(APFC)电路作为减少谐波污染、提高功率因数的有效方法,是开关电源常用的前级结构。针对采用全浸式蒸发冷却技术方案的开关电源中APFC电路出现母线电压升高的适用性问题,设计了APFC样机及其实验装置。通过实验和仿真,对比分析了该电路在空气中和蒸发冷却介质中的工作特性,确定引起蒸发冷却介质中运行电源母线电压升高的原因是高压侧采样电阻阻值升高。研究结论将为蒸发冷却技术在开关电源中的成功应用提供重要技术支撑。     

IGBT功率模块新型直接冷却技术研究

分析了当前应用的几种IGBT(insulated gate bipolar transistor)功率模块冷却技术的现状和特点,同时介绍了Danfoss公司发明的新型直接冷却技术ShowerPower,详细分析了其设计原理和技术特点。随后针对1 700 V/1 000 A的IGBT模块,使用CFDesign流体仿真分析软件,应用带有流量分配元件的ShowerPower冷却装置进行了多工况的仿真分析,得到了功率模块的温度场分布(包括IGBT芯片的结温)及冷却装置内的速度场。同时,设计实验对仿真结果进行验证。结果表明,ShowerPower技术能够有效改善功率模块内部芯片温度分布的均匀性,从而提高功率模块电气性能。     

蒸发冷却技术在大功率整流装置中的应用

介绍蒸发冷却技术在大功率整流装置中的应用,针对三峡700MW水轮发电机模型实验台所需的大功率直流电源,搭建壁挂式蒸发冷却三相不可控整流装置,测取大功率电力电子器件壳温随负荷的变化规律,计算大功率电子电子器件与介质间的热阻,并与国家标准中电力电子器件采用水冷方式的相关参数进行比较。由于蒸发冷却技术利用汽化潜热传热,与水冷采用单相液体传热相比,具有更高的换热系数,使大功率电力电子器件与环境间的热阻更小。对蒸发冷却散热器的仿真验证了仿真结果与实验测量结果的一致。研究表明,蒸发冷却技术应用于大功率整流装置中,具有可靠性高、噪声低、体积小、绝缘性好、冷却效率高等优越性。     

船舶推进用电机二次蒸发冷却实验研究

本文首先介绍了电机的浸润式自循环蒸发冷却工作原理,接着根据船舶推进用电机的冷却要求提出了二次蒸发冷凝的方案并且与常规的蒸发冷凝进行了对比实验,实验结果表明二次蒸发冷凝的方案是可行的,能够满足船舶推进用电机的冷却技术要求。扩展了蒸发冷却技术应用的范围。     

用于逆变器分布式控制的切换式环网通信与同步方法

针对并联运行三相逆变器模块分布式控制问题,提出采用高速切换式光纤环网搭建分布式控制网络,每一个逆变器模块作为环网中的一个节点。结合具体的环网通信协议,计算切换式光纤环网一个开关周期内完成数据通信的时间,得出切换式光纤环网的应用范围。为了实现并联运行逆变器模块电流均衡并避免产生环流,采用环网中各节点精确同步的控制策略,使各个子节点产生相同的开关驱动脉冲。提出3种应用于切换式环网的节点同步方法,通过分析3种同步方法的时间延迟和同步精度,得出适合并联运行三相逆变器模块的双光纤环网拓扑结构。该结构简单可靠、同步精度高。搭建了切换式光纤环网实验平台,验证了切换式光纤环网通信时间计算方法和节点同步方法分析的正确性。     

全浸式蒸发冷却开关电源热分析及实验

高效可靠的冷却技术是开关电源向高功率密度方向发展的迫切需求。为了实现开关电源的高效散热,克服传统冷却方式效率低、系统复杂、电源温升高等缺点,将全浸式蒸发冷却技术应用于开关电源冷却领域。以一款12V/2kW开关电源为例,阐述了全浸式蒸发冷却开关电源散热原理,对电源稳态、动态温升特性进行理论分析;通过有限元仿真及实验测试对强迫风冷及全浸式蒸发冷却开关电源温升特性进行对比研究。全浸式蒸发冷却开关电源不仅冷却结构简单,而且具有稳态温升低、温度分布均匀、无局部过热点和动态过程热应力小的优点。仿真及实验验证了理论分析的正确性,证实了全浸式蒸发冷却技术应用于开关电源冷却的可行性及技术优势。     

柔性直流换流阀功率模块绝缘试验下的电场仿真分析

为提高柔性直流换流阀功率模块绝缘设计的可靠性,实现其优化设计,文中主要针对功率模块绝缘试验的实施方法进行研究,提出了一种柔性直流换流阀功率模块电场仿真分析方法。通过对功率模块的工作原理进行分析,建立了功率模块计算模型。进而根据柔性直流换流阀功率模块绝缘试验及电场仿真计算方法,设定相应的边界条件,采用ElecNet电场仿真软件分析了绝缘试验电压下功率模块内部电场的分布特性,最终得到其内部出现较大场强的位置以及对应的最大场强值。对比绝缘试验结果,验证了该电场仿真分析方法的有效性和正确性。文中证明了该方法可为功率模块安全可靠地通过绝缘试验提供保证,从而减小设计周期、节省研发成本。     

蒸发冷却技术应用于大型汽轮发电机的技术可行性

针对大型汽轮发电机的发展要求,介绍了汽轮发电机定子蒸发冷却及转子蒸发冷却的原理和结构.详尽地分析了蒸发冷却技术应用于大型汽轮发电机的可行性,得出定子浸润式、转子开放管道式蒸发冷却方案应用于大型汽轮发电机在技术上是可行的结论;同时对汽轮发电机转子绕组开放管道式蒸发冷却技术进行了模拟实验,实验目的是为了取得开放管道式转子绕组沿半径方向的温度分布情况,并粗略估计冷却能力,旨在为蒸发冷却汽轮发电机向更大容量发展、探索新的冷却结构提供技术参考.     

基于k/n(G)模型的柔性直流输电系统换流阀可靠性建模与冗余性分析

采用电压源型换流器以及脉宽调制技术的柔性直流输电系统具有功率控制灵活、可向有源和无源网络输电、产生的谐波含量小等优点。文章主要对柔性直流输电换流器的换流阀进行可靠性建模与分析。首先介绍换流阀及其控制、冷却和保护系统的内部结构和功能。然后基于k/n(G)模型,以ABB公司StakPak IGBT换流阀为例,建立换流阀模块及其次级子模块的可靠性数学模型。通过计算,得到不同电压等级和不同冗余下的换流阀可靠性指标,最后选择合理的冗余方案。     

高压大容量链式STATCOM高效闭环实时仿真

此处提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的高压大容量链式静止同步补偿器(STATCOM)高效实时闭环仿真试验系统,STATCOM功率阀组模型由实时数字仿真系统(RTDS)DSP机柜与GTFPGA硬件单元并行处理,STATCOM阀控装置与RTDS系统通过高速光纤接口交互功率阀组模型实时仿真信号.仿真系统运行效率高、占用RTDS硬件资源少,弥补了现有链式STATCOM闭环实时仿真系统方案的不足;实现了与实际功率阀组子模块数量完全一致的链式STATCOM系统、以及包含多套STATCOM区域电网系统的闭环实时仿真.通过与STATCOM实际样机动模试验特性校核,验证了仿真系统的有效性和准确性.仿真试验系统已应用在STATCOM实际工程设计方案校核和控制系统的功能测试及性能验证中.     

适用于模块化多电平储能变流器的分布式控制策略

分布式控制可以有效降低主控制单元的通信与运算压力,便于增强系统的扩展能力与热插拔能力。针对模块化多电平储能变流器(MM-ESC)控制系统计算量大、通信量大、整定复杂等不足,提出一种减少通信和运算的分布式控制系统架构以及适用于该控制系统的子模块荷电状态(SOC)下垂均衡控制策略。该分布式控制架构由一个中央控制单元与若干个子模块控制单元组成,中央控制单元进行交直流功率解耦控制;子模块控制单元根据本地子模块信息进行SOC下垂控制。通过分析子模块相间和相内功率差异化特性,分别设置下垂系数,从而实现子模块电池能量均衡。通过搭建五电平MMC储能变流器仿真系统以及实验平台对所述理论及控制方法进行验证,结果表明,与已有的控制系统相比,该控制架构中处理器计算量小、运行所需通信量小,同时可以满足系统运行要求。     

冗余组合式风力发电系统控制器的设计

提出了基于CAN现场总线的中小型风机控制系统方案,介绍了其硬件电路和软件的总体框架。系统包括主控制器和功率模块。功率模块是基本的控制单元,独立控制一路风机;主控板对所有功率模块进行管理,进行电站工作参数采集、蓄电池温度补偿、报警信号的输入输出,以及与监控主机的通信。主控板和功率模块之间采用CAN总线进行通信和控制。功率模块通过组合可满足不同容量风力发电站的需要。实验结果表明所采用方案正确可行,可延伸中小型风机的应用范围。     

填料组合板蒸发式冷却器传热性能实验研究

设计了一种新型填料组合板蒸发式冷却器,其将填料与换热板片叠加作为换热元件,通过混合冷却的方式强化传热。搭建了组合板蒸发式冷却器性能测试实验系统,研究了喷淋密度、风量、环境湿球温度及填料层数对组合板蒸发式冷却器传热性能的影响。结果表明:增加风量和喷淋水流量,可以提高蒸发式冷却器的冷却效率,并存在最佳喷淋密度;实验中当空气湿球温度上升9℃,板内工质的出口温度升高2℃,冷却效率提高了3%;相同喷淋密度或空气流速下,热流密度随填料层厚度的增加而增大。     

汽轮发电机定子绕组内部蒸发冷却计算与实验

本文简介了汽轮发电机定子绕组内部蒸发冷却的技术原理，着重介绍了一套基于此基础之上的仿真软件。针对强迫循环管内蒸发冷却压力变化大的情况，提出了两相流阻计算中根据不同平均压力的分别处理以及蒸发占计算中未蒸发段阻力的处理方法。在初步实验的基础上，进行了扩展计算的分析。     

多电平大功率逆变电源的研制

分析了多电平大功率逆变电源的控制原理,提出一种新型的适用于大功率逆变电源的控制方案。该方案将单个功率单元的二重化SPWM技术与功率单元多重叠加技术相结合,可减少开关损耗,改善输出波形,降低输出电压的谐波畸变率;对所研究的控制方法进行了仿真,通过硬件实验进一步验证了控制原理及仿真结果的正确性。