一种兆瓦级户外PCS柜的制作方法

一种兆瓦级户外pcs柜
技术领域
1.本发明涉及一种兆瓦级户外pcs(power conversion system，储能变流器)柜，属于风冷机户外柜设计技术领域。


背景技术：

2.大功率兆瓦级pcs内部器件的防护和散热效果是影响设备可靠运行的重要因素。对于强风冷，防护和散热又是一对矛盾体，高防护反制散热性能、增加散热成本，而散热通风顺畅亦会反制防护等级，尤其是户外应用场景上述矛盾更为突出。现有的pcs机柜设计布局，有相对低防护等级的完全开放式散热设计，有高防护等级的全封闭设计，也有封闭与开放的组合形式。全开放式设计，亦有最低防护等级要求(通常不小于ip43)。首先，高防护高阻力会给散热风扇选型带来很大困难，亦会大幅增加制造成本；其次，开放式结构无法有效控制内部空间湿度；完全封闭式设计，虽环境适应性明显改善，但其内部主要热量需依靠一个或多个热交换器扩散至外环境，高换热能力的热交换器将会存在体积大、成本高等问题，工程实现上也有诸多限制。鉴于以上两种方案的局限，本技术领域亟需一种高效的组合方案，区别于现有的开放与封闭结合形式，以高性价比平衡、解决大容量户外pcs机柜防护和散热之间的矛盾，进而提升风冷散热应用的极限。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为解决大容量户外pcs机柜防护和散热之间的矛盾，进而提升风冷散热应用极限的技术问题。
4.为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种兆瓦级户外pcs柜，柜体设有上进风结构和下出风结构；柜体中包括相互隔离的一个密闭的主防护区域和一个开放的次防护区域；次防护区域包括设于柜体上部与外界连通的上进风室；与上进风室相邻设有热交换器；所述热交换器分别与主防护区域和次防护区域连通。
5.优选地，所述次防护区域包括自柜体上部向下部依次连通的上进风室、热交换器、风扇风腔、模组散热器风道、电抗器风腔和出风口；风扇风腔中设有主散热离心风扇。
6.优选地，所述主防护区域包括依次连通的热交换器、直流电容风腔、主防护部分区域一和主防护部分区域二；主防护区域中设有辅助离心风扇。
7.优选地，与所述热交换器相邻设有辅助离心风扇；从辅助离心风扇发出的风依次经热交换器、直流电容风腔、主防护部分区域一和主防护部分区域二回流至辅助离心风扇。
8.优选地，所述辅助离心风扇和直流电容风腔之间还设有控制元件区域；从辅助离心风扇发出的风依次经热交换器、直流电容风腔和控制元件区域回流至辅助离心风扇。
9.优选地，所述上进风室包括依次连接的顶面、设有百叶窗的侧面和底面；所述顶面与水平面设有夹角；底面上设有用于安装热交换器的通孔，通孔四周设有由底面垂直于底面向上的增高围板；侧面的百叶窗设有与底面平行的开口；顶面上朝向底面设有垂直于底面的进风隔板，进风隔板与百叶窗的开口平行。
10.优选地，所述热交换器中设有分隔开的竖直流道和水平流道；竖直流道连通次防护区域，水平流道连通主防护区域。
11.优选地，所述热交换器下方设有主散热离心风扇，主散热离心风扇的四周设有风扇风腔；主散热离心风扇与热交换器之间设有风扇导风圈，风扇导风圈与热交换器底面间预留一定间隙；与主散热离心风扇的出风口相对应的风扇风腔底部设有通风口；风扇风腔的底部与主散热离心风扇之间设有用于藏风的空间；所述通风口边缘的水平高度高于风扇风腔底部其他部分的水平高度。
12.优选地，所述热交换器还包括阻尼孔板，阻尼孔板上设有用以调节通过竖直流道风量的阻尼孔。
13.相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
14.1)本发明对于风冷户外柜，可以有效的平衡防护与散热之间的矛盾，以高性价比实现高防护等级要求下的高功率密度散热；
15.2)本发明中关键敏感器件全部置于高防护封闭区域内，易于实现温湿度的控制，可应对极端户外气候条件；
16.3)本发明通过对热交换器结构和安装位置的特殊设计，使其竖直流道区域置于次防护区域中，巧妙借用主散热风扇提供的大风量，既节省一个外循环风扇又提升热交换器的换热能力。
附图说明
17.图1为本发明一种兆瓦级户外pcs柜的正视结构示意图；
18.图2为图1中a-a剖视图；
19.图3为图2风向示意图；
20.图4为本发明一种兆瓦级户外pcs柜侧视图中风向示意图；
21.图5为本发明一种兆瓦级户外pcs柜热交换器风向示意图；
22.图6为本发明一种兆瓦级户外pcs柜的风扇风腔局部示意图；
23.附图标记：1.上进风室；11.顶面；12.侧面；121.百叶窗；122.光板；13.底面；14.进风隔板；15.增高围板；2.热交换器；21.竖直流道；22.水平流道；23.阻尼孔板；3.主散热离心风扇；4.风扇风腔；41.通风口；5.模组散热器风道；6.电抗器风腔；7.直流电容风腔；81.主防护部分区域一；82.主防护部分区域二；9.辅助离心风扇；10.控制元件区域。
具体实施方式
24.为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下：
25.如图1-6所示，本发明提供了一种兆瓦级户外pcs柜，柜体设有上进风结构和下出风结构；柜体中包括相互隔离的一个密闭的主防护区域和一个开放的次防护区域；次防护区域包括设于柜体上部与外界连通的上进风室1；与上进风室1相邻设有热交换器2；热交换器2分别与主防护区域和次防护区域连通。次防护区域包括自柜体上部向下部依次连通的上进风室1、热交换器2、风扇风腔4、模组散热器风道5、电抗器风腔6和出风口；风扇风腔4中设有主散热离心风扇3。主防护区域包括依次连通的热交换器2、直流电容风腔7、主防护部分区域一81和主防护部分区域二82；主防护区域中设有辅助离心风扇9。与热交换器2相邻
设有辅助离心风扇9；从辅助离心风扇9发出的风依次经热交换器2、直流电容风腔7、主防护部分区域一81和主防护部分区域二82回流至辅助离心风扇9。辅助离心风扇9和直流电容风腔7之间还设有控制元件区域10；从辅助离心风扇9发出的风依次经热交换器2、直流电容风腔7和控制元件区域10回流至辅助离心风扇9。上进风室1包括依次连接的顶面11、设有百叶窗的侧面12和底面13；顶面11与水平面设有夹角；底面13上设有用于安装热交换器2的通孔，通孔四周设有由底面13垂直于底面13向上的增高围板15；侧面12的百叶窗121设有与底面13平行的开口；顶面11上朝向底面13设有垂直于底面13的进风隔板14，进风隔板14与百叶窗121的开口平行。热交换器2中设有分隔开的竖直流道21和水平流道22；竖直流道21连通次防护区域，水平流道22连通主防护区域。热交换器2下方设有主散热离心风扇3，主散热离心风扇3的四周设有风扇风腔4；主散热离心风扇3与热交换器2之间设有风扇导风圈31；与主散热离心风扇3的出风口相对应的风扇风腔4底部设有通风口41；风扇风腔4的底部与主散热离心风扇3之间设有用于藏风的空间；通风口41边缘的水平高度高于风扇风腔4底部其他部分的水平高度。热交换器2还包括阻尼孔板23，阻尼孔板23上设有用以调节通过竖直流道21风量的阻尼孔。
26.实施例
27.如图1-6所述，本发明提供了一种兆瓦级户外pcs柜，户外pcs柜，采用焊接框架，强迫通风冷却，综合考虑现场及自身结构特点因素，采用上进风下出风方式；整体布局采用开放与封闭相结合方式，
28.具体分为一个密闭的主防护区域，包括直流电容风腔7、主防护部分区域一81和主防护部分区域二82；一个开放的次防护区域，包括上进风室1、风扇风腔4、模组散热器风道5和电抗器风腔6；两区域相互隔离；
29.主防护区域密闭且与外部隔离，防护等级高(ip65)，散热功能上定义为辅助散热区域，pcs大部分元器件置于此区域内，设有辅助离心风扇9驱动空气循环流动，由热交换器2与外界实现高效换热；
30.次防护区域与外界连通，防护等级低(ip23)，散热功能上定义为主散热区域，igbt散热器翅片、电抗器等发热量大、低防护要求的器件置于此区域，设有主散热离心风扇3提供驱动力，实现整体设计要求，即上进风、下出风；
31.次防护区域即上进风室1、风扇风腔4、模组散热器风道5和电抗器风腔6设计于柜体内相对中心部位，于整柜高度方向上下贯通，柜顶部侧面为进风口，柜底部正下方为出风口；主防护区域即直流电容风腔7、主防护部分区域一81和主防护部分区域二82围绕于次防护区域四周，两区域通过必要的密封措施完全隔离，共同组成整个柜体空间。
32.柜顶部分定义为上进风室1，由顶面11、侧面12和底面13构成；顶面11为两个具有一定角度倾斜的顶面，以避免雨雪沉积；侧面12为4个活装侧板，侧板底部留有排水孔，其中3个侧板上设有百叶窗121，1个侧板为光板122；底面13为有方孔的金属隔板，以隔离上进风室与主防护区域，其上的方孔用以连通下部次防护区域；参见图2；
33.上进风室1的内部，对应3个百叶窗121侧板的一定间距处设有与其平行的进风隔板14，该进风隔板14由柜顶向下延伸至与底面13一定距离处；外部空气经由百叶窗121吸入，受进风隔板14导向的影响，风向由水平变为竖直，随后受底面13影响再次转为水平方向，以一定倾角向位于底面13开口边缘的增高围板15进口处爬升，流出上进风室1，进入下
部次防护区域；增高围板15沿底面13的方孔边缘设置，高度上延伸至距柜顶面11一定距离处；如被吸入的外部空气中含有雨水，经过进风隔板14的转向、风口变速设计、高度爬升，可实现一定程度雨水分离，避免雨水进入次防护区域内部；参见图2。
34.上进风室1的底面13的下部为热交换器2，热交换器2设置有独立交错的竖直流道21和水平流道22，竖直流道21可理解为置于次防护区域风道内，连接上进风室1的底面13开口与柜体内部次防护区域；水平流道22可以理解为置于主防护区域内风道内，两端均连通于主防护区域内，借助热交换器2内竖直和水平流道的热交换实现封闭主防护区域与外界的高效换热；参见图3、5。
35.热交换器2的下部安装主散热离心风扇3，主散热离心风扇3的进风口朝上，风扇导风圈31与热交换器2的底面预留一定间隙，以利于风扇和热交换器最佳性能发挥；主散热离心风扇3四周由风腔包围，定义为风扇风腔4，以形成上进风下出风的动力效果；风扇风腔4内下部预留一定高度尺寸，其中无阻碍物，形成藏风空间，达均匀风的效果；风扇风腔4底部设有3个矩形通风口41，连接下部模组散热器风道5，模组散热器风道5下部连接电抗器风腔6，电抗器风腔6连接到柜体次防护区域的出风口；参见图2、3。
36.次防护区域的风流向：机柜顶部进风区域百叶窗121进风，经由上进风室1的增高围板15、底面13的方孔，进入位于正下方的热交换器2的竖直流道21，之后进入离心风扇风腔4，经风扇风腔4底部3个通风口41，进入模组散热器风道5，之后进入电抗器风腔6，最终由底部出风口排至柜外；参见图3双箭头示意。
37.次防护区域中的结构细节特征包括：置于次防护区域的热交换器2竖直流道21，并未占满与其流向垂直的次防护区域的整个风道截面，而是在与其水平流道平行的两侧边留有一定空隙，安装阻尼孔板23，用以调节通过竖直流道的风量，也就是说次防护区域的总通风量，一部分流经高阻力特性的换热器竖直流道21的翅片，一部分流经其侧边的低阻力特性的阻尼孔板23，以减小流经该区段的风阻；参见图5。
38.次防护区域中的结构细节特征还包括：主散热风扇风腔底部3个矩形通风口41，其边沿略高于风腔底面，以防分离于风腔侧壁的雨水流入下部模组散热器风道5中；风腔矩形通风口41与模组散热器风道5的连接部设置不受拆装影响的密封措施；参见图6。
39.主防护区域中，在辅助离心风扇9的驱动下，空气循环流动于整个封闭区域内，热风回流于循环风扇进口，风扇出口连接于热交换器2的水平流道22，经水平流道22内换热后流出为冷风，冷风首先进入直流电容风腔7，经直流电容风腔7的出口流出后，顺次流经各类发热元件，最终回流至风扇进口形成循环；参见图3中的单箭头表示的风的流向。
40.主防护区域中风道结构细节特征包括：直流电容风腔7之后的风道分两支路并联；支路一为：流经低发热、温度敏感的控制元件区域10，相对封闭的矩形空间，循环风沿控制元件区域10对角线路径流过，以达充分冷却效果；支路二为：连通主防护区域其它空间，顺次通过主防护部分区域一81和主防护部分区域二82，该支路内主要为开关类、变压器类、铜排类中发热、次温度敏感元件；最终两并联支路的下风向端汇合于辅助循环风扇9的进口。参见图4，空心箭头示意支路一的风流向，实心箭头示意支路二的风流向。
41.以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不
脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。