CN106533131A - 一种带脉冲激励装置的直流换流阀 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一种带脉冲激励装置的直流换流阀，包括液态金属换热组件、脉冲激励组件和直流电场开关，液态金属换热组件和脉冲激励组件通过直流电场开关连接；液态金属换热组件包括绝缘导热层、绝缘皮管和液态金属，绝缘导热层包裹在直流换流阀阀体外周，绝缘导热层的内壁与直流换流阀阀体的外壁接触，绝缘皮管包裹在绝缘导热层的外周，且液态金属填充于绝缘皮管和绝缘导热层之间的空隙；脉冲激励组件中包括脉冲变压器、分接头、PWM脉宽调制控制器和次级脉冲绕组，PWM脉宽调制控制器依次与脉冲变压器、分接头以及次级脉冲绕组电连接。本发明与现有技术相比，采用PWM控制液态金属散热，具有灵活性高、效率高、体积小、低功耗、寿命长的优点。

Description

一种带脉冲激励装置的直流换流阀
技术领域
本发明涉及液态金属散热控制技术领域，尤其涉及一种带脉冲激励装置的直流换流阀。
背景技术
直流输电技术是解决长距离、大容量输电和电网互联问题最有效的技术手段，高压输电工程中常采用直流输电技术，该技术主要是在送电端换流站将交流电整流为直流电，通过直流输电线路将电能送往受电端，受电端换流站再把直流电逆变成交流电，供给用电负荷。其中，送电端换流站的核心设备就是直流换流阀，在价值几十亿的送电端换流站成套设备中，其成本约占送电端换流站成套设备总价值的22-25％，所以直流换流阀的性能对整个输电工程来说至关重要。而直流换流阀中冷却***冷却效果的好坏又直接影响着直流换流阀的换流性能的发挥，所以提高直流换流阀的散热效果是个非常重要的问题。
目前直流换流阀散热主要采用水冷，利用去离子水将阀体产生的热量带走，从而达到散热目的。现有技术中有一种采用液态金属对直流换流阀进行散热的液态金属散热***，散热***包括内部含有液态金属管道的液态金属散热器、内部有两个管道的第一换热器和内部有一个管道的第二换热器，第一换热器内的一个管道和液态金属管道连接，形成液态金属循环回路，第一换热器内的另一个管道和第二换热器内的管道连接，形成去离子水循环回路。该液态金属散热***采用电磁泵驱动，具体地，电磁泵对液态金属提供一对垂直相交的磁场和电流，使得管道中的液态金属受到沿管道方向的电磁力，从而推动液态金属在管道内流动，并且通过改变磁场强度或者电流的大小调整液态金属所受力的大小，进而调整液态金属的流速，达到调整散热效果的目的。
然而，以上直流换流阀散热所用的电磁泵，在传送大流量液态金属时，需要配置较大的定子绕组，呈轴向感应力，相应的电磁泵体积较大，不利于灵活操作，从经济的角度来看也不利于节约成本。另外，如果要改变液态金属的流速，需要调整磁场强度或者电流大小，而且这种电磁泵驱动方式的可控因素只有液态金属的流速，不能控制液态金属的状态、效率等其他状态参量，不利于灵活控制。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本发明提供一种带脉冲激励装置的直流换流阀。
本发明提供一种带脉冲激励装置的直流换流阀，包括液态金属换热组件、脉冲激励组件和直流电场开关，所述液态金属换热组件和脉冲激励组件通过所述直流电场开关连接；所述液态金属换热组件包括直流换流阀阀体、绝缘导热层、绝缘皮管和液态金属，所述绝缘导热层包裹在所述直流换流阀阀体的外周，所述绝缘导热层的内壁与所述直流换流阀阀体的外壁接触，所述绝缘皮管包裹在所述绝缘导热层的外周，且所述液态金属填充于所述绝缘皮管和绝缘导热层之间的空隙；所述脉冲激励组件包括磁极、脉冲变压器、分接头、PWM脉宽调制控制器、次级脉冲绕组和铁芯；所述直流电场开关与所述液态金属接触，所述脉冲变压器和分接头绕制在所述铁芯的一端，所述次级脉冲绕组绕制在所述铁芯的另一端，所述分接头通过导线与所述直流电场开关连接，所述次级脉冲绕组通过导线与所述磁极连接，所述PWM脉宽调制控制器依次与所述脉冲变压器、分接头以及次级脉冲绕组电连接。
优选地，所述绝缘导热层为陶瓷硅胶。
优选地，所述铁芯为高磁导率铁芯。
优选地，所述PWM脉宽调制控制器为线性高性能电流模式控制器。
优选地，所述液态金属为镓铟合金液态金属。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明提供一种带脉冲激励装置的直流换流阀，包括液态金属换热组件、脉冲激励组件和直流电场开关，所述液态金属换热组件和脉冲激励组件通过所述直流电场开关连接；所述液态金属换热组件包括直流换流阀阀体、绝缘导热层、绝缘皮管和液态金属，所述绝缘导热层包裹在所述直流换流阀阀体的外周，所述绝缘导热层的内壁与所述直流换流阀阀体的外壁接触，所述绝缘皮管包裹在所述绝缘导热层的外周，且所述液态金属填充于所述绝缘皮管和绝缘导热层之间的空隙；所述脉冲激励组件包括磁极、脉冲变压器、分接头、PWM脉宽调制控制器、次级脉冲绕组和铁芯；所述直流电场开关与所述液态金属接触，所述脉冲变压器和分接头绕制在所述铁芯的一端，所述次级脉冲绕组绕制在所述铁芯的另一端，所述分接头通过导线与所述直流电场开关连接，所述次级脉冲绕组通过导线与所述磁极连接，所述PWM脉宽调制控制器依次与所述脉冲变压器、分接头以及次级脉冲绕组电连接。本发明采用PWM脉宽调制控制器来控制液态金属的散热，PWM脉宽调制控制器通过控制小功率脉冲波形的持续时间、脉冲占空比等参数，从而控制直流换流阀中液态金属的流速、状态、效率等状态参量。而且，本发明中直流换流阀所采用的脉冲激励装置体积较小，有利于节约成本，具有灵活性高、效率高、体积小、低功耗、寿命长的优点。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种带脉冲激励装置的直流换流阀的结构示意图。
符号表示：
1-液态金属换热组件、2-脉冲激励组件、3-直流电场开关、11-直流换流阀阀体、12-绝缘导热层、13-绝缘皮管、14-液态金属、21-磁极、22-脉冲变压器、23-PWM脉宽调制控制器、24-次级脉冲绕组、25-分接头、26-铁芯。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
图1是本发明实施例提供的一种带脉冲激励装置的直流换流阀的结构示意图。
图1中带脉冲激励装置的直流换流阀包括液态金属换热组件1、脉冲激励组件2和直流电场开关3三部分，液态金属换热组件1和脉冲激励组件2通过直流电场开关3连接。液态金属换热组件1包括直流换流阀阀体11、绝缘导热层12、绝缘皮管13和液态金属14，绝缘导热层12包裹在直流换流阀阀体11的外周，绝缘导热层12的内壁与直流换流阀阀体11的外壁接触，绝缘皮管13包裹在绝缘导热层12的外周，且液态金属14填充于绝缘皮管13和绝缘导热层12之间的空隙。直流换流阀阀体11、绝缘导热层12、液态金属14和绝缘皮管13四部分的结构按照由外到内的顺序设置，有利于将直流换流阀阀体11所产生的热量通过绝缘导热层12传输给绝缘皮管13内的液态金属14，通过液态金属14的流动带走直流换流阀阀体11的热量，从而达到散热目的。其中，绝缘导热层12既保证其本身与直流换流阀绝缘接触，又能充分传递直流换流阀的热量，本实施例中绝缘导热层12采用陶瓷硅胶，陶瓷硅胶中含有多种空穴，在与半导体掺杂时，陶瓷硅胶中的空穴能够吸收电子，使得陶瓷硅胶具有很好的防静电功能，最终实现直流换流阀阀体11与液态金属14两种带电体的隔离。
脉冲激励组件2包括磁极21、脉冲变压器22、分接头25、PWM脉宽调制控制器23、次级脉冲绕组24和铁芯26；直流电场开关3与液态金属14接触，脉冲变压器22和分接头25绕制在铁芯26的一端，次级脉冲绕组24绕制在铁芯26的另一端，分接头25通过导线与直流电场开关3连接，次级脉冲绕组24通过导线与磁极21连接，PWM脉宽调制控制器23依次与脉冲变压器22、分接头25以及次级脉冲绕组24电连接。直流电场开关3控制脉冲激励组件2提供电流，液态金属14在磁场的作用下产生移动，从而带走直流换流阀阀体11所产生的热量。PWM脉宽调制控制器23能够控制脉冲变压器22所发出的脉冲，具体地，PWM脉宽调制控制器23可以控制脉冲的正负极性、脉冲的持续时间、脉冲的响应时间、电流波形、幅值强度、占空比，从而更加灵活地控制直流换流阀中液态金属14的流速、状态、效率等状态参量，更好地实现液态金属14对直流换流阀阀体11的散热功能。本发明实施例中铁芯26为高磁导率铁芯，铁芯磁导率高有利于磁场的传播，从而有利于脉冲激励组件2实现对液态金属14流速的灵活控制。
直流换流阀正常工作时，会产生很多热量，导致直流换流阀阀体11发热非常严重，直流换流阀阀体11的热量通过陶瓷硅胶传递给液态金属14。脉冲激励组件2中的磁极21产生磁场，次级脉冲绕组24通过导线与磁极21连接；液态金属14、直流电场开关3、脉冲变压器22和分接头25形成闭合回路。根据电磁感应原理，液态金属14在脉冲变压器22的分接头25提供电流方向、次级脉冲绕组24提供磁场方向的情况下，会沿着绝缘皮管13内部流动，带走直流换流阀阀体11的热量。采用PWM脉宽调制控制器23对脉冲变压器22进行控制，能够改变脉冲变压器22所输出脉冲的正负极性，从而改变直流电场开关3的正负极性，最终改变液态金属14的流动方向。PWM脉宽调制控制器23也可以对次级脉冲绕组24进行控制，能够改变次级脉冲绕组24的极性，从而改变磁极21的极性，最终也可以改变液态金属14的流动方向。
PWM脉宽调制控制器23还可以控制脉冲变压器22的脉冲波形持续时间，从而改变液态金属14的流速，液态金属14的流速对它的散热效果非常重要，为了更好地控制液态金属14的流速，本发明实施例中PWM脉宽调制控制器23采用线性高性能电流模式控制器，线性高性能电流模式控制器中的线性电路，能够有效去除反馈信号中的尖峰，从而改善***的信号稳定性，避免PWM脉宽调制控制器23在高占空比输出的时候可能产生的谐波振动，使得液态金属14的流速波动比较平稳，更有利于液态金属14带走直流换流阀阀体11的热量。
另外，PWM脉宽调制控制器23还可以控制脉冲变压器22的脉冲电流波形、幅值强度、占空比，进而实现灵活控制液态金属14的状态、效率等特征参量，使得液态金属14对直流换流阀阀体11起到更好的散热作用。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (5)

1.一种带脉冲激励装置的直流换流阀，其特征在于，包括：液态金属换热组件(1)、脉冲激励组件(2)和直流电场开关(3)，所述液态金属换热组件(1)和脉冲激励组件(2)通过所述直流电场开关(3)连接；
所述液态金属换热组件(1)包括直流换流阀阀体(11)、绝缘导热层(12)、绝缘皮管(13)和液态金属(14)，所述绝缘导热层(12)包裹在所述直流换流阀阀体(11)的外周，所述绝缘导热层(12)的内壁与所述直流换流阀阀体(11)的外壁接触，所述绝缘皮管(13)包裹在所述绝缘导热层(11)的外周，且所述液态金属(14)填充于所述绝缘皮管(13)和绝缘导热层(12)之间的空隙；
所述脉冲激励组件(2)包括磁极(21)、脉冲变压器(22)、分接头(25)、PWM脉宽调制控制器(23)、次级脉冲绕组(24)和铁芯(26)；所述直流电场开关(3)与所述液态金属(14)接触，所述脉冲变压器(22)和分接头(25)绕制在所述铁芯(26)的一端，所述次级脉冲绕组(24)绕制在所述铁芯(26)的另一端，所述分接头(25)通过导线与所述直流电场开关(3)连接，所述次级脉冲绕组(24)通过导线与所述磁极(21)连接，所述PWM脉宽调制控制器(23)依次与所述脉冲变压器(22)、分接头(25)以及次级脉冲绕组(24)电连接。
2.根据权利要求1所述的带脉冲激励装置的直流换流阀，其特征在于，所述绝缘导热层(12)为陶瓷硅胶。
3.根据权利要求1所述的带脉冲激励装置的直流换流阀，其特征在于，所述铁芯(26)为高磁导率铁芯。
4.根据权利要求1所述的带脉冲激励装置的直流换流阀，其特征在于，所述PWM脉宽调制控制器(23)为线性高性能电流模式控制器。
5.根据权利要求1所述的带脉冲激励装置的直流换流阀，其特征在于，所述液态金属(14)为镓铟合金液态金属。
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