满足特高压直流融冰装置冷却要求的风量确定方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种满足特高压直流融冰装置冷却要求的风量确定方法，包括初步选定额定运行时每个整流桥臂串联的功率器件数；计算理想空载直流电压；计算输入侧电压；计算功率器件的电压储备系数；根据电压储备系数调整功率器件数；进行功率器件的均压设计；计算功率器件导通损耗；计算功率器件的阻尼回路损耗；计算每个整流桥臂在额定电流下的总损耗；计算特高压直流融冰装置的总损耗，得到装置的发热量。本发明专利技术方法明确、实用性强，通过计算功率器件电压储备系数，在保证耐压安全前提下最优选取功率器件数量，避免过多选取造成的成本升高与发热量的增加；通过定量计算器件总损耗，得到装置的发热量，指导散热系统设计，考虑全面，计算准确，避免过度设计。

【技术实现步骤摘要】
满足特高压直流融冰装置冷却要求的风量确定方法
本专利技术具体所涉及一种满足特高压直流融冰装置冷却要求的风量确定方法。
技术介绍
目前，输电线路的结冰以及融冰过程，一直是电力网络结冰、融冰和除冰的研究热点。目前，输电线路的融冰方法一般有潮流融冰、短路融冰、直流融冰等。特高压直流融冰因其融冰效率高、融冰功率小等优点，成为比较理想的输电线路融冰手段。特高压直流融冰装置为特高压输电线路应对冰灾提供了有效融冰手段，但特高压直流融冰装置由于输出电压高、电流大，需要采用多个功率器件串联解决耐压问题，由于融冰电流大，随着功率器件数量的增加，装置内部发热显著增加，给功率器件散热带来新的困难。国内、外少数高校和科研单位对输电线路直流融冰装置进行了部分研究，装置具有容量小、输出电压与电流小等特点，装置耐压与散热设计比较容易实现，对适合于特高压直流融冰装置耐压与散热结合的优化设计方法并未开展有效研究。与500kV及以下输电线路融冰装置相比，特高压直流融冰装置具有输出电压高、电流大等特点，给装置的功率器件选型、耐压、均压和散热设计等造成巨大困难。目前，特高压直流融冰装置在器件耐压与散热的设计上，遵循的大多是设计人员的经验以及大量的试验。现有的设计方法极其依赖于设计人员的经验，无方法可循，设计过程简单、粗糙，未经理论论证，经常导致设计错误或设计困难。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种方法明确、实用性强、适用于特高压直流融冰装置设计的满足特高压直流融冰装置冷却要求的风量确定方法。本专利技术提供的这种满足特高压直流融冰装置冷却要求的风量确定方法，包括如下步骤：S1.根据特高压直流融冰装置的额定运行参数，初步选定单桥中每个整流桥臂上串联的整流功率器件数；S2.根据步骤S1中初步选定的功率器件数，计算特高压直流融冰装置的理想空载直流电压；S3.根据步骤S2中计算的空载直流电压，计算特高压直流融冰装置的输入侧电压；S4.根据步骤S3中计算的输入侧电压，计算整流功率器件的电压储备系数；S5.判断步骤S4中计算的电压储备系数是否在设定范围内，如果不在设定范围内，则重新选择单桥中每个整流桥臂串联整流功率器件数，并重新计算电压储备系数，直至电压储备系数在设定范围内；至此，完成特高压直流融冰装置的耐压参数计算；S6.根据步骤S5得到的耐压参数，进行整流功率器件的均压设计：包括阻尼回路设计和直流均压电阻设计；S7.根据步骤S5得到的耐压参数，计算整流功率器件的导通损耗；S8.根据步骤S6得到的整流功率器件的均压设计参数，计算整流功率器件的阻尼回路损耗；S9.根据步骤S7和步骤S8的计算结果，计算每个整流桥臂在额定电流下的总损耗；S10.根据步骤S9计算的每个整流桥臂在额定电流下的总损耗，计算特高压直流融冰装置的总损耗；S11.根据步骤S10得出特高压直流融冰装置的总损耗，计算确定满足特高压直流融冰装置冷却要求的冷却系统的风机风量。步骤S2所述的计算理想空载直流电压，计算方法为：其中：Udio为理想空载直流电压；UdN：特高压直流融冰装置中单桥额定输出直流电压，单位为kV；ns：单桥中每个整流桥臂串联整流功率器件数；UT：特高压直流融冰装置额定运行时整流功率器件最高正向峰值电压，单位为kV；S：特高压直流融冰装置整流换相数；∑Us：整流功率器件附加压降，单位为V；b：特高压直流融冰装置输入侧电网电压负波动值；Kx：整流桥臂电压折算系数；α：整流桥臂稳流调节裕度角，单位为度；ex：特高压直流融冰装置输入侧整流变压器短路阻抗，单位为Ω；特高压直流融冰装置输入侧整流变压器铜损。步骤S3所述计算输入侧电压，计算方法为：UVo＝Udio/1.35其中UVo为输入侧电压，Udio为理想空载直流电压。步骤S4中所述计算功率器件电压储备系数，计算方法为：其中为KAV为电压储备系数，URRM为功率器件正、反向重复峰值电压，UVO为输入侧电压。步骤S5中所述的设定范围，具体为2.5～3之间。步骤S6中所述的阻尼回路设计为在功率器件两端并联电阻-电容阻尼回路，而且电容参数为0.33uF/5kVAC，电阻参数为30Ω/200W。步骤S6中所述的主流均压电阻设计为在电阻-电容阻尼回路后串联一直流均压电阻，且直流均压电阻参数为50kΩ/200W。步骤S7中所述的计算整流功率器件的导通损耗，具体方法为：其中Pth为单个功率器件导通损耗，Id为直流融冰装置额定输出电流，VT0为功率器件导通压降，rT为功率器件导通电阻；则每个整流桥臂功率器件的导通损耗的计算方法为：Pdf＝nsPth其中Pdf为整流桥臂功率器件的导通损耗，ns为整流桥臂的功率器件数目。步骤S8中所述的阻尼回路损耗计算，具体方法为：其中PRI为阻尼回路损耗，π为圆周率常数，f为输入交流电源的频率，VL为单只二极管承受的端电压，C为阻尼电容的容值，R为阻尼电阻的阻值，r为开关器件的导通起始角；β为开关器件的导通角。步骤S9中所述的计算每个整流桥臂在额定电流下的总损耗，具体方法为：PI＝PR+Pdf其中PI为整流桥臂在额定电流下的总损耗，PR为单个整流桥臂的阻尼损耗，PR＝nsPRI，ns为整流桥臂的功率器件数目，Pdf为单个整流桥臂的导通损耗。步骤S10中所述的计算特高压直流融冰装置的总损耗，具体方法为：P＝2*6*PI其中P为特高压直流融冰装置的总损耗，PI为整流桥臂额定电流下总的损耗。步骤S11所述计算得到风冷系统风机所需的风量，具体方法为：Q＝3600×P/(C×γ×ΔT)其中：Q为风机所需风量；P为特高压直流融冰装置的总损耗，也为特高压直流融冰装置的发热量，单位为KW；C为空气比热，单位为J/kg·K；γ为空气密度，单位为kg/m3；ΔT为风道进出口温度差，单位为K。本专利技术提供的这种满足特高压直流融冰装置冷却要求的风量确定方法，方法明确、实用性强，通过计算特高压直流融冰装置功率器件电压储备系数，在保证耐压安全前提下，可以最优选取功率器件数量，避免过多选取功率器件造成成本升高与装置发热量增加；通过定量计算装置功率器件、阻尼电路等各器件的损耗，通过计算特高压直流融冰装置的总损耗，确定特高压直流融冰装置的总发热量。得到特高压直流融冰装置的总发热量后，设计人员可以根据特高压直流融冰装置的总发热量，确定装置散热系统的各项参数，如风冷系统的风机基本参数；系统发热量考虑全面，计算准确，能够有效指导散热系统的设计，避免过度设计。附图说明图1为本专利技术的方法流程示意图。具体实施方式如图1所示为本专利技术的方法流程示意图：本专利技术的特高压直流融冰装置的耐压和散热设计方法具体包括如下步骤：S1.根据特高压直流融冰装置的额定运行参数，初步选定单桥中每个整流桥臂串联整流功率器件数：设计者根据经验，初步选定特高压直流融冰装置额定运行时，在单个整流桥臂中串联整流功率器件的数量；S2.根据步骤S1中初步选定的功率器件数，计算特高压直流融冰装置的理想空载直流电压；理想空载直流电压的计算公式为其中Udio为理想空载直流电压；UdN为特高压直流融冰装置中单桥额定输出直流电压，单位为kV；ns为单桥中每个整流桥臂串联整流功率器件数；UT为特高压直流融冰装置额定运行时整流功率器件最高正向峰值电压，单位为kV；S为特高压直流融冰装置整流换相数；∑Us为整流功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种满足特高压直流融冰装置冷却要求的风量确定方法，包括如下步骤：S1.根据特高压直流融冰装置的额定运行参数，初步选定单桥中每个整流桥臂上串联的整流功率器件数；S2.根据步骤S1中初步选定的功率器件数，计算特高压直流融冰装置的理想空载直流电压；S3.根据步骤S2中计算的空载直流电压，计算特高压直流融冰装置的输入侧电压；S4.根据步骤S3中计算的输入侧电压，计算整流功率器件的电压储备系数；S5.判断步骤S4中计算的电压储备系数是否在设定范围内，如果不在设定范围内，则重新选择单桥中每个整流桥臂串联整流功率器件数，并重新计算电压储备系数，直至电压储备系数在设定范围内；至此，完成特高压直流融冰装置的耐压参数计算；S6.根据步骤S5得到的耐压参数，进行整流功率器件的均压设计：包括阻尼回路设计和直流均压电阻设计；S7.根据步骤S5得到的耐压参数，计算整流功率器件的导通损耗；S8.根据步骤S6得到的整流功率器件的均压设计参数，计算整流功率器件的阻尼回路损耗；S9.根据步骤S7和步骤S8的计算结果，计算每个整流桥臂在额定电流下的总损耗；S10.根据步骤S9计算的每个整流桥臂在额定电流下的总损耗，计算特高压直流融冰装置的总损耗；S11.根据步骤S10得出特高压直流融冰装置的总损耗，计算确定满足特高压直流融冰装置冷却要求的冷却系统的风机风量。...

【技术特征摘要】
1.一种满足特高压直流融冰装置冷却要求的风量确定方法，包括如下步骤：S1.根据特高压直流融冰装置的额定运行参数，初步选定单桥中每个整流桥臂上串联的整流功率器件数；S2.根据步骤S1中初步选定的功率器件数，计算特高压直流融冰装置的理想空载直流电压；S3.根据步骤S2中计算的空载直流电压，计算特高压直流融冰装置的输入侧电压；S4.根据步骤S3中计算的输入侧电压，计算整流功率器件的电压储备系数；S5.判断步骤S4中计算的电压储备系数是否在设定范围内，如果不在设定范围内，则重新选择单桥中每个整流桥臂串联整流功率器件数，并重新计算电压储备系数，直至电压储备系数在设定范围内；至此，完成特高压直流融冰装置的耐压参数计算；S6.根据步骤S5得到的耐压参数，进行整流功率器件的均压设计：包括阻尼回路设计和直流均压电阻设计；S7.根据步骤S5得到的耐压参数，计算整流功率器件的导通损耗；S8.根据步骤S6得到的整流功率器件的均压设计参数，计算整流功率器件的阻尼回路损耗；S9.根据步骤S7和步骤S8的计算结果，计算每个整流桥臂在额定电流下的总损耗；S10.根据步骤S9计算的每个整流桥臂在额定电流下的总损耗，计算特高压直流融冰装置的总损耗；S11.根据步骤S10得出特高压直流融冰装置的总损耗，计算确定满足特高压直流融冰装置冷却要求的冷却系统的风机风量。2.根据权利要求1所述的满足特高压直流融冰装置冷却要求的风量确定方法，其特征在于步骤S2所述的计算理想空载直流电压，计算方法为：其中：Udio为理想空载直流电压；UdN：特高压直流融冰装置中单桥额定输出直流电压，单位为kV；ns：单桥中每个整流桥臂串联整流功率器件数；UT：特高压直流融冰装置额定运行时整流功率器件最高正向峰值电压，单位为kV；S：特高压直流融冰装置整流换相数；∑Us：整流功率器件附加压降，单位为V；b：特高压直流融冰装置输入侧电网电压负波动值；Kx：整流桥臂电压折算系数；α：整流桥臂稳流调节裕度角，单位为度；ex：特高压直流融冰装置输入侧整流变压器短路阻抗，单位为Ω；特高压直流融冰装置输入侧整流变压器铜损。3.根据权利要求1所述的满足特高压直流融冰装置冷却要求的风量确定方法，其特征在于步骤S3所述计算输入侧电压，计算方法为：UVo＝Udio/1.35其中UVo为输入侧电压，Udio为理想空载直流电压。4.根据权利要求1所述的满足特高压直流融冰装置冷却要求的风量确定方法，其特征在于步骤S4中所述计算功率器件电压储备系数，计算方法为：其中：KAV为电压储备系数，URRM为功率器件正、反向重复峰值电压，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆佳政，朱思国，谭艳军，李波，方针，张红先，
申请(专利权)人：国网湖南省电力公司，国网湖南省电力公司防灾减灾中心，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43