PDF《35 kV 直挂集装箱式 STATCOM 散热系统分析与计算》

0 引言 静止同步补偿器 (static synchronous compensa? tor, STATCOM) 克服了传统无功补偿装置体积大、 反 应速度慢、 耗材多、 损耗大等缺点, 采用先进的电力 电子技术控制, 反应速度快, 连续可调感性与容性 无功, 在风电场、 光伏电站、 电动机车、 钢铁工业等 领域有广泛的应用.

STATCOM 的推广也对其无功 补偿容量和能力提出了更高的要求.随着容量增 大, 设备正常运行时功率器件所产生热量越来越 大.IEGT、 IGCT、 IGBT 等大功率器件是 STATCOM 功率柜的重要器件, 若产生的热量不能及时带走, 必然造成热量积聚, 功率器件芯片结温及内部有源 区升高, 影响功率器件的运行效率及寿命, 降低可 靠性, 甚至导致 STATCOM 运行事故.STATCOM 散 热系统的优劣直接影响到其安全可靠运行.实际 工程中由于强制风冷无须额外的系统, 复杂性低于 水冷、 油冷和氢气制冷, 可靠性高、 易实现, 故在

35 kV 及以下电压等级中的 STATCOM 主要采用强制风冷 散热, 因此, 集装箱内散热量的准确计算分析是至 关重要的. 目前, 对于单个 IGBT 模块损耗计算和散热分 析已有较多研究[1-6] , 然而部分参数难提取, 采用大 量积分计算较繁琐.文献 [7] 分析了散热器及 IGBT 的温度分布, 却未与通过散热器风速相结合进行散 热分析.文献 [8] 对小型静止无功发生器 (SVG) 的 散热系统进行了热阻、 风量和风压的计算及风机选 型和散热系统设计, 但并不适用于集装箱式的 STATCOM 装置.文献[9- 10]用Icepak 软件对SVG 设备功率柜进行流体通风仿真, 为柜体风机选 DOI:10.14044/j.1674-1757.pcrpc.2018.06.011 ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― 收稿日期: 2017?01?22 基金项目: 河北省教育厅重点项目 (ZD2017241) ;

河北省水利厅项目 (201669) .

35 kV 直挂集装箱式 STATCOM 散热系统分析与计算 彭程, 路文梅, 唐勇, 王希平, 王志勇, 李燕, 石佩玉 (河北水利电力学院电力工程系, 河北 沧州 061001) 摘要: 本文分析了

35 kV 直挂集装箱式 STATCOM 的结构及其内部 H 桥功率单元开关器件的损 耗, 推出了适于工程的功率器件损耗关系式.以35 kV/20 Mvar STATCOM 为例, 根据开关器件损 耗、 电阻损耗等计算出集装箱内总发热量, 在考虑散热器进风口风速不均条件下, 设计了风机容量 并给出具体型号.通过集装箱结构改造, 解决了功率单元散热器进口风速不一致的问题.最后采 用风速仪对集装箱功率单元散热器进口风速进行了测量, 并验证了结构改造的可行性. 关键词: 集装箱;

静止同步补偿器 (STATCOM) ;

器件损耗;

发热量;

风速 Analysis and Calculation on

35 kV Straight Hang Container STATCOM Thermal Dissipation System PENG Cheng, LU Wenmei, TANG Yong, WANG Xiping, WANG Zhiyong, LI Yan, SHI Peiyu (Hebei Institute of Water Conservancy and Electric Power, Hebei Cangzhou 061001, China) Abstract: In this paper, the

35 kV straight hang container STATCOM and the loss of its H bridge power unit switch element are analyzed, and the relationship of power element loss which is suitable for the proj? ect is derived. With

35 kV/20 Mvar STATCOM as an example and in accordance with the switch element loss and resistance loss,the total thermal value in the container is calculated,the capacity of fan is de? signed and specific type is given with consideration of uneven wind velocity at the inlet of radiator. The wind velocity inconsistency problem at the inlet of power unit radiator is solved through modification of the container structure. Finally,the inlet wind velocity of the power radiation unit radiator of the container is measured by the anemometer and the modification feasibility of the structure is verified. Keywords: container;