[发明专利]一种换流阀用饱和电抗器热力性能设计方法

摘要

本发明属于电力电子器件领域，具体涉及一种换流阀用饱和电抗器热力性能设计方法，该方法系统揭示了饱和电抗器热力性能分析和冷却系统设计的步骤，将分析与设计的过程分为四个阶段：饱和电抗器损耗的计算、饱和电抗器温度场分析、饱和电抗器冷却系统结构型式和饱和电抗器冷却流量优化，基于理论计算或仿真分析等手段，详述了各个步骤的实现方法，并结合具体的设计实例详细阐述了本发明的方法的实施过程，并给出了设计结果。

主权项

一种饱和电抗器热力性能分析与冷却系统设计方法，分为饱和电抗器损耗的计算、饱和电抗器温度场分析、饱和电抗器冷却系统结构型式和饱和电抗器冷却流量优化四个阶段，具体包括以下步骤：(1)饱和电抗器损耗计算依据饱和电抗器在换流阀中承受的典型电压、电流波形以及功率的定义式(1)，可计算得出饱和电抗器的总损耗，以此作为热力性能分析的激励源： P = 1 T ∫ 0 T u ( t ) · i ( t ) dt - - - ( 1 ) (2)饱和电抗器温度场分析饱和电抗器运行中需要满足下面的热平衡约束： - k ▿ T · n = h | T - T a | α - 1 ( T - T a ) + E · B ( T 4 - T r 4 ) - - - ( 2 ) 其中，k导热系数W/mK，T发热体的表面温度，Ta为环境温度，Tr辐射参考温度，n为单位法向，h为对流换热系数，α为对流指数，B为斯忒潘‑玻耳兹曼常数，E为发射率；采用有限元方法，建立饱和电抗器模型，施加激励源，忽略空间热辐射带走的热量，假定冷却液的散热比例，根据上式确定边界条件，即可获得饱和电抗器的温度场分布，其中，最高温度称为热点温度，以热点温度作为冷却系统设计的控制条件；(3)饱和电抗器冷却结构型式设计饱和电抗器线圈的中空部分为饱和电抗器的冷却液流经路径，一定流速的冷却液流经线圈后，将线圈产生的热量带走，C型铁芯之间设置散热片，散热片经冷却水管与冷却水路相连接，接合处采用水接头进行连接，对铁芯进行冷却，此外饱和电抗器一部分热量向空气辐射；(4)饱和电抗器冷却流量优化控制流体冷却效果主要通过控制冷却液的流量来加以限制，根据步骤(2)中确定的散热比例，通过仿真计算可以得到饱和电抗器热点温度与流量的关系曲线。