耦合散热系统及方法与流程

本申请涉及大型电化学储能电站中的关键设备，特别涉及一种耦合散热系统及方法。

背景技术：

1、变流升压一体机内的功率变换设备和油浸式变压器通常各自配备独立的散热系统，具体表现为：油浸式变压器主要依靠自然油循环、片式散热器或强制风冷方式进行散热。功率变换设备通过液冷板吸收功率器件产生的热量，再经由风液换热器将热量排放至外部环境中。这种相互独立的散热系统彼此割裂，无法实现热量的协同利用，造成能源浪费。

2、另外，功率变换设备的风液换热器通常布置在其柜体顶部或内部，显著增加了柜体的整体尺寸，不利于设备的小型化和标准化。此外，风液换热器排出的热风易回流至功率变换设备的电子腔体的进风口，形成热短路，严重影响设备的散热效率和运行可靠性。

3、综上所述，现有的变流升压一体机的散热性能已显不足，亟需一种创新的散热方案来解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本申请实施例提出了一种耦合散热系统及方法，以优化散热能耗。

2、为了实现上述目的，本申请公开了以下技术方案：

3、本申请实施例提供了一种油浸式变压器与功率变换设备耦合散热系统，包括：

4、油浸式变压器连通第一冷却回路，该第一冷却回路设置有第一泵，所述第一冷却回路内循环流动第一冷却介质；

5、功率变换设备连通第二冷却回路，该第二冷却回路设置有第二泵，所述第二冷却回路内循环流动第二冷却介质；

6、中间换热单元，中间换热单元具有第一换热通道和第二换热通道，第一冷却回路连通第一换热通道，第二冷却回路连通第二换热通道；沿第二冷却介质的流动方向，第二换热通道位于外部散热设备的上游。

7、一些实施例中，外部散热设备设置于油浸式变压器的顶部、侧部，或邻近油浸式变压器的位置。

8、一些实施例中，各功率变换设备对应设置有支路阀门，支路阀门配置为调节进入对应功率变换设备的第二冷却介质流量；

9、第一冷却回路串联有第一阀；

10、第二冷却回路串联有第二阀。

11、一些实施例中，还包括控制器，控制器与第一冷却回路中的第一泵、第二冷却回路中的第二泵、外部散热设备、第一阀和/或第二阀通信连接，并配置为根据第一冷却介质的温度、第二冷却介质的温度和/或环境温度，控制第一泵、第二泵、外部散热设备、第一阀、和/或第二阀的运行状态。

12、一些实施例中，第一冷却回路还连接有喷淋结构，喷淋结构设置于油浸式变压器的上方或周侧，喷淋结构的喷淋方向朝向油浸式变压器设置。

13、第二方面，本申请实施例提供了一种耦合散热方法，应用于上述的耦合散热系统，包括：

14、在所述第一冷却介质的温度高于所述第二冷却介质的温度的情况下，第一泵驱动第一冷却介质在油浸式变压器的第一冷却回路中循环流动，吸收所述油浸式变压器产生的热量；第二泵驱动第二冷却介质在功率变换设备的第二冷却回路中循环流动，吸收所述功率变换设备产生的热量；

15、将吸收所述功率变换设备热量后的所述第二冷却介质引导至中间换热单元的第二换热通道；

16、将经所述中间换热单元升温后的所述第二冷却介质引导至外部散热设备，由环境空气对所述第二冷却介质进行冷却。

17、一些实施例中，方法还包括：

18、获取油浸式变压器的第一冷却介质的温度和/或功率变换设备的第二冷却介质的温度；

19、当第一冷却介质的温度不低于第一设定温度和/或第二冷却介质的温度不低于第二设定温度时，启动第一泵、第二泵和外部散热设备；其中，第一设定温度大于第二设定温度；

20、第一泵驱动第一冷却介质流经中间换热单元的第一换热通道；

21、第二泵驱动第二冷却介质流经功率变换设备的液冷通道、中间换热单元的第二换热通道以及外部散热设备；

22、外部散热设备驱动环境空气流经外部散热设备。

23、一些实施例中，方法还包括：

24、当油浸式变压器的第一冷却介质的温度持续升高且外部散热设备达到预设输出状态时，逐步加大第一泵和/或第二泵的流量。

25、一些实施例中，方法还包括：

26、获取油浸式变压器的第一冷却介质的温度；

27、当第一冷却介质的温度不高于第三设定温度且不低于第四设定温度时，启动功率变换设备、第二泵和第一泵，并关闭外部散热设备或降低外部散热设备的转速，第三设定温度小于第一设定温度且大于第四设定温度。

28、一些实施例中，方法还包括：

29、当油浸式变压器停运或油浸式变压器的第一冷却介质的温度低于第四设定温度时，关闭第一泵；

30、启动第二泵和外部散热设备。

31、一些实施例中，方法还包括以下至少一项：

32、当多个功率变换设备并联接入第二冷却回路时，根据各功率变换设备的运行负载、第二冷却介质的温度和/或散热需求，调节各功率变换设备对应支路的第二冷却介质流量；

33、当检测到油浸式变压器处于异常升温、热失控或起火风险状态时，通过喷淋结构将第一冷却介质或阻燃冷却介质喷淋至油浸式变压器表面，以进行降温和/或隔绝氧气，其中，所述第一冷却介质为不可燃冷却介质；

34、在第二冷却介质经中间换热单元吸收第一冷却介质热量后，第二冷却介质进入外部散热设备。

35、由上述技术方案可以看出，本申请提供了一种耦合散热系统及方法。本领域公知，油浸式变压器正常运行时绕组及油温通常显著高于功率变换设备的工作温度，二者存在天然温差。本申请基于这一物理特性，通过中间换热单元将油浸式变压器的第一冷却回路与功率变换设备的第二冷却回路进行耦合，使高温的第一冷却介质与相对低温的第二冷却介质在中间换热单元内实现非接触式热交换。

36、与常规散热设计力求“各回路独立、避免相互干扰”的固有思路不同，本申请打破技术偏见，主动将油浸式变压器的高温余热通过第一冷却回路引入功率变换设备的第二冷却回路，其作用不仅可以预热油浸式变压器，还可利用油浸式变压器的高温热能对已吸收功率变换设备热量的第二冷却介质进行“二次加热”，使进入外部散热设备的冷却介质温度进一步升高，增大其与环境空气之间的温差，从而显著提升外部散热设备的散热效率。

37、由此，本申请可在不增加外部散热设备规格的前提下，借助油浸式变压器原本废弃的余热增强了功率变换设备的散热能力，实现了“以热助冷”的协同散热效果，有效解决了高功率密度场景下变流升压一体机散热瓶颈突出的技术难题。同时，该耦合散热系统无需为油浸式变压器额外配置大型片式散热器或强制风冷装置，亦无需为功率变换设备单独增大散热面积，有助于简化整机布局、缩小体积，为设备的小型化和高能效设计提供有力支撑。

1.一种耦合散热系统，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的耦合散热系统，其特征在于，所述外部散热设备（6）设置于所述油浸式变压器（1）的顶部、侧部，或邻近所述油浸式变压器（1）的位置。

3.如权利要求2所述的耦合散热系统，其特征在于，若所述功率变换设备（2）为多个，各所述功率变换设备（2）对应设置有支路阀门（53），所述支路阀门（53）配置为调节进入对应功率变换设备（2）的第二冷却介质流量；

4.如权利要求3所述的耦合散热系统，其特征在于，还包括控制器（7），所述控制器（7）与所述第一冷却回路（4）中的第一泵（41）、所述第二冷却回路（5）中的第二泵（51）、所述外部散热设备（6）、第一阀（42）和/或第二阀（52）通信连接，并配置为根据所述第一冷却介质的温度、所述第二冷却介质的温度和/或环境温度，控制所述第一泵（41）、所述第二泵（51）、所述外部散热设备（6）、第一阀（42）、和/或第二阀（52）的运行状态。

5.如权利要求1至4中任一项所述的耦合散热系统，其特征在于，所述第一冷却回路（4）还连接有喷淋结构（8），所述喷淋结构（8）设置于所述油浸式变压器（1）的上方或周侧，喷淋结构（8）的喷淋方向朝向所述油浸式变压器（1）设置。

6.一种耦合散热方法，应用于如权利要求1至5任一项所述的耦合散热系统，其特征在于，包括：

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

11.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下至少一项：