一种风能变流器加热除湿系统 【技术领域】
本发明涉及一种加热除湿系统，更具体地说，涉及一种风能变流器加热除湿系统。
背景技术
随着新能源成为经济增长的关键点，风力发电系统的发展越来越快，目前已经有不少风能产品投入应用。例如，风能变流器就是风力发电系统的重要组成部分。
然而，这些风能产品大多数工作在北方寒冷地区，例如风能变流器通常需要在低温高湿的环境下运行，其内部器件在这种低温高湿的工作环境下容易引起性能和寿命的降低，或者发生由于凝露造成短路等非人为事故。因此，为配合风能变流器在低温、高湿环境下正常启动，需要为风能变流器配置加热除湿系统。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题在于，针对现有风能变流器易于受低温高湿环境影响的缺陷，提供一种风能变流器加热除湿系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种风能变流器加热除湿系统，在风能变流器的控制柜中设置加热除湿系统和不间断电源启动单元，加热除湿单元在环境温度或湿度不满足控制柜的单板启动条件时进行加热或除湿，直至满足条件，并导通不间断电源启动单元并自锁，从而启动不间断电源为风能变流器控制系统供电；此外，还在风能变流器的并网柜和功率柜中分别设置加热系统，以维持并网柜和功率柜的温度满足器件在低温下的工作环境。
本发明提供了一种风能变流器加热除湿系统，包括设于控制柜内的控制柜加热除湿系统和不间断电源启动单元；
所述控制柜加热除湿系统包括控制柜检测单元、控制柜加热单元和控制柜除湿单元；所述控制柜检测单元用于检测控制柜环境温度和湿度，并分别在环境温度或湿度不满足控制柜的单板启动条件时起动控制柜加热单元或控制柜除湿单元进行加热或除湿，在环境温度或湿度满足单板启动条件时分别控制控制柜加热单元或控制柜除湿单元停止加热或除湿；
所述控制柜检测单元在首次检测到控制柜环境温度和湿度都满足单板启动条件时控制不间断电源启动单元导通并自锁，所述不间断电源启动单元导通后控制风能变流器的不间断电源启动。
在本发明所述的风能变流器加热除湿系统中，所述系统还包括设置在并网柜内的并网柜加热系统，所述并网柜加热系统包括并网柜检测单元和并网柜加热单元，所述并网柜检测单元用于检测并网柜环境温度，并在环境温度不满足并网柜启动条件时控制并网柜加热单元加热，在环境温度满足并网柜启动条件时控制并网柜加热单元停止加热。
在本发明所述的风能变流器加热除湿系统中，所述系统还包括设置在功率柜内的功率柜加热系统，所述功率柜加热系统包括功率柜检测单元和功率柜加热单元，所述功率柜检测单元用于检测功率柜环境温度，并在环境温度不满足功率柜启动条件时控制功率柜加热单元加热，在环境温度满足功率柜启动条件时控制功率柜加热单元停止加热。
在本发明所述的风能变流器加热除湿系统中：
所述控制柜检测单元包括第一接触器的线圈、第一温度继电器、湿度接触器、第一接触器的常闭触点和第二接触器的线圈；所述第一接触器的线圈、第一温度继电器和湿度继电器串联在风能变流器的电源之间，所述第一接触器的常闭触点和第二接触器的线圈串联在风能变流器的电源之间；所述第一温度继电器采用常开触点，且动作温度为-3℃至3℃；所述湿度继电器采用常闭触点，且动作湿度为85％至95％；
所述控制柜加热单元包括串联在风能变流器的电源之间的第二接触器的常开触点和第一加热器；
所述控制柜除湿单元包括串联在第二接触器的常开触点和风能变流器的电源零线之间的第一除湿器和湿度继电器的常开触点。
在本发明所述的风能变流器加热除湿系统中：
所述不间断电源启动单元包括第一接触器的常开触点和第三接触器；所述第一接触器的常开触点和第三接触器的常开触点并联后，一端接风能变流器的电源火线，另一端通过第三接触器的线圈与风能变流器的电源零线相连，所述第三接触器的线圈还控制不间断电源启动。
在本发明所述的风能变流器加热除湿系统中：
所述并网柜检测单元包括串联在风能变流器的电源之间的第二温度继电器和第四接触器的线圈；所述第二温度继电器采用常闭触点，且动作温度为-18℃至-12℃；
所述并网柜加热单元包括串联在风能变流器的电源之间的第四接触器的常开触点和第二加热器。
在本发明所述的风能变流器加热除湿系统中：
所述功率柜检测单元包括第三温度继电器、第五接触器和第六接触器的线圈；所述第三温度继电器和第五接触器的线圈串联在风能变流器的电源之间，且第五接触器的常闭触点和第六接触器的线圈串联在风能变流器的电源之间；所述第三温度继电器采用常闭触点，且动作温度为-3℃至3℃；
所述功率柜加热单元包括第六接触器的常开触点、第三加热器和第四加热器，所述第三加热器和第四加热器并联后一端通过第六接触器地常开触点接风能变流器的电源的火线，另一端接风能变流器的电源的零线。
在本发明所述的风能变流器加热除湿系统中，所述在风能变流器的电源之间第一接触器的常闭触点和第二接触器的线圈所在的线路上还串有第一温度保护继电器；在风能变流器的电源之间第二温度继电器和第四接触器的线圈所在的线路上还串有第二温度保护继电器；在风能变流器的电源之间第五接触器的常闭触点和第六接触器的线圈所在的线路上还串有第三温度保护继电器；在第六接触器的常开触点和风能变流器的电源的零线之间，第四加热器所在的线路上还串联有第四温度保护继电器；所述第一温度保护继电器、第二温度保护继电器、第三温度保护继电器和第四温度保护继电器都采用常闭触点，且动作温度为47℃至53℃。
在本发明所述的风能变流器加热除湿系统中：
所述第一接触器的线圈和第一温度继电器之间的节点，与风能变流器的电源的零线之间还设有第一断路器；
风能变流器的电源的火线通过第二断路器后连接到控制柜检测单元、并网柜检测单元、功率柜检测单元和不间断电源启动单元；
风能变流器的电源的火线通过第三断路器后连接到控制柜加热单元、控制柜除湿单元、并网柜加热单元和功率柜加热单元。
在本发明所述的风能变流器加热除湿系统中：
所述第一温度继电器和第一加热器设置在控制柜的中部；
所述第二温度继电器设置在并网柜的中部，所述第二加热器设置在并网柜的下部；
所述第三温度继电器和第三加热器设置在功率柜的功率模块组件的散热片周围，所述第四加热器为设置在功率柜的驱动板下部的加热膜。
实施本发明的风能变流器加热除湿系统，具有以下有益效果：通过在风能变流器的控制柜中设置加热除湿系统，以维持控制柜的器件在合适的温度和湿度工作，同时通过在在风能变流器的并网柜和功率柜中分别设置加热系统，维持并网柜和功率柜的工作温度，从而保障了风能变流器中器件的性能和寿命，避免了由于凝露造成短路等非人为事故。
【附图说明】
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明风能变流器加热除湿系统中控制柜一较佳实施例的结构示意图；
图2是本发明风能变流器加热除湿系统中并网柜一较佳实施例的结构示意图；
图3是本发明风能变流器加热除湿系统中功率柜一较佳实施例的结构示意图；
图4是本发明风能变流器加热除湿系统一较佳实施例的电路原理图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
2MW风能变流器包括三个主要机柜，分别为控制柜10、并网柜20和功率柜30。因此，本发明提供的风能变流器加热除湿系统包括三个部分，分别控制各个机柜内的温度和/或湿度。由于主要的控制单板设于控制柜10内，因此在控制柜10内的温度和湿度满足单板启动条件时启动UPS(UninterruptiblePower Supply，不间断电源)工作。
请参阅图1，为本发明风能变流器加热除湿系统中控制柜一较佳实施例的结构示意图。如图1所示，本发明提供的风能变流器加热除湿系统包括设于控制柜10内的控制柜加热除湿系统100和UPS启动单元140。控制柜加热除湿系统100用于对控制柜10进行加热除湿以维持器件正常工作，UPS启动单元140用于在控制柜10的环境温度和湿度满足单板启动条件时启动UPS工作。单板启动条件大约为：温度最低值为-3℃至3℃；湿度最高值为85％至95％。
其中，控制柜加热除湿系统100又进一步包括控制柜检测单元110、控制柜加热单元120和控制柜除湿单元130。
控制柜检测单元110用于检测控制柜10环境温度和湿度，并在控制柜10环境温度低于单板启动的温度最低值时，启动控制柜加热单元120进行加热，直至控制柜10环境温度达到温度最低值而停止加热。同时，控制柜检测单元110还在控制柜10环境湿度高于单板启动的湿度最高值时启动控制柜除湿单元130进行除湿，直至控制柜10环境湿度低于湿度最高值而停止除湿。当环境温度或湿度再次不满足条件时，控制柜检测单元110会再次检测到并启动控制柜加热单元120或控制柜除湿单元130工作。
此外，控制柜检测单元110在首次检测到控制柜10的环境温度和湿度都满足单板启动条件时，即温度大于温度最低值，湿度高于湿度最高值时，控制UPS启动单元140导通并自锁，所述UPS启动单元140导通后控制风能变流器的UPS启动。由于UPS启动单元140在导通后自锁，所以在控制柜检测单元110再次检测到环境温度或湿度再次不满足单板启动条件时，也不会被切断，而是持续地为风能变流器供电。
请参阅图2，为本发明风能变流器加热除湿系统中并网柜一较佳实施例的结构示意图。如图2所示，本发明提供的风能变流器加热除湿系统还包括设置于并网柜20内的并网柜加热系统200，用于对并网柜20进行加热以维持在并网柜启动条件下，使得器件正常工作。并网柜启动条件大约为：温度最低值为-18℃至-12℃。
其中，所述并网柜加热系统200进一步包括并网柜检测单元210和并网柜加热单元220。所述并网柜检测单元210用于检测并网柜20环境温度，并在并网柜20环境温度不满足并网柜启动条件时，控制并网柜加热单元220加热直至并网柜20环境温度满足并网柜启动条件时控制并网柜加热单元220停止加热。当并网柜20环境温度再次不满足条件时，并网柜检测单元210会再次检测到并启动并网柜加热单元220工作。
请参阅图3，为本发明风能变流器加热除湿系统中功率柜一较佳实施例的结构示意图。如图3所示，本发明提供的风能变流器加热除湿系统还包括设置于功率柜30内的功率柜加热系统300，用于对功率柜30进行加热以维持在功率柜30启动条件下，使得器件正常工作。功率柜30启动条件大约为：温度最低值为-3℃至3℃。
其中，所述功率柜加热系统300进一步包括功率柜检测单元310和功率柜加热单元320。功率柜检测单元310用于检测功率柜环境温度，并在环境温度不满足功率柜启动条件时，控制功率柜加热单元320加热直至环境温度满足功率柜启动条件时控制功率柜加热单元320停止加热。当功率柜30环境温度再次不满足条件时，功率柜检测单元310会再次检测到并启动功率柜加热单元320工作。
请参阅图4，为本发明风能变流器加热除湿系统一较佳实施例的电路原理图。如图4所示，风能变流器加热除湿系统的电路连接在风能变流器的电源的火线与零线之间。
下面分别对各个设置在三个机柜内的各个单元的组成和电路原理进行描述：
1、控制柜10
控制柜检测单元110包括第一接触器KM33的线圈、第一温度继电器T33、湿度继电器RH31、第一接触器KM33的常闭触点和第二接触器KM31的线圈；所述第一接触器KM33的线圈、第一温度继电器T33和湿度继电器RH31串联在风能变流器的电源之间，所述第一温度继电器T33采用常开触点，且动作温度根据单板启动条件中温度的最低值设置，一般为-3℃至3℃。湿度继电器RH31采用常闭触点，且动作湿度根据单板启动条件中湿度的最高值设置为85％至95％。第一接触器KM33的常闭触点和第二接触器KM31的线圈串联在风能变流器的电源之间，还可在该线路上设置用于过温保护的第一温度保护继电器T34，该继电器采用常闭触点，且动作温度为47℃至53℃。
控制柜加热单元120包括串联在风能变流器的电源之间的第二接触器KM31的常开触点和第一加热器R1。第一加热器R1根据控制柜10的容量，以及与并网柜20和功率柜30的热平衡要求设置，例如可采用大约10个350W的加热器。
控制柜除湿单元130包括串联在第二接触器KM31的常开触点和风能变流器的电源零线之间的第一除湿器FM3和湿度继电器RH31的常开触点。
UPS启动单元104包括第一接触器KM33的常开触点和第三接触器KM34；所述第一接触器KM33的常开触点和第三接触器KM34的常开触点并联后，一端接风能变流器的电源火线，另一端通过第三接触器KM34的线圈与风能变流器的电源零线相连，所述第三接触器KM34的线圈还控制UPS启动。
在控制柜10的环境温度低于单板启动条件中温度最低值时，第一温度继电器T33处于常开状态，第一接触器KM33的线圈不上电，第一接触器KM33的常闭触点闭合，第一温度保护继电器T34闭合，第二接触器KM31的线圈上电，从而使得KM31的常开触点闭合，第一加热器R1开始加热。直到控制柜10的环境温度高于单板启动条件中温度最低值时，第一温度继电器T33闭合，第一接触器KM33的线圈上电，第一接触器KM33的常闭触点断开，第一温度保护继电器T34闭合，第二接触器KM31的线圈掉电，从而使得KM31的常开触点断开，第一加热器R1停止加热。
相应地，在环境温度低于单板启动条件中温度最低值时，且控制柜10的环境湿度高于单板启动条件中湿度最高值时，湿度继电器RH31的常开触点闭合，第一除湿器FM3开始除湿。直至环境湿度低于单板启动条件中湿度最高值时，湿度继电器RH31的常开触点断开，第一除湿器FM3停止工作。
在环境温度和湿度都满足单板启动条件时，第一温度继电器T33闭合，湿度继电器RH31闭合，第一接触器KM33的线圈上电，第一接触器KM33的常开触点闭合，第三接触器KM34的线圈上电，使得风能变流器的UPS工作。同时，第三接触器KM34的常开触点闭合，实现自锁，使得第三接触器KM34的线圈一直上电，从而不切断风能变流器的UPS。
此外，第一接触器KM33的线圈和第一温度继电器T33之间的节点与风能变流器的电源的零线之间还可以设有第一断路器Q33，以便于在低温时可以强制启动，使得第一接触器KM33的线圈上电，进而导通UPS单元。
2、并网柜20
并网柜检测单元210包括串联在风能变流器的电源之间的第二温度继电器T31和第四接触器KM30的线圈；所述第二温度继电器T31采用常闭触点，且动作温度根据并网柜的启动条件中温度最低值设置，一般为-18℃至-12℃。此外，该线路上还可以串有用于过温保护的第二温度保护继电器T32，该继电器采用常闭触点，且动作温度为47℃至53℃。
并网柜加热单元220包括串联在风能变流器的电源之间的第四接触器KM30的常开触点和第二加热器R2。第二加热器R2根据并网柜20的容量，以及与控制柜10和功率柜30的热平衡要求设置，例如可采用大约5个350W的加热器。
在并网柜20的环境温度低于并网柜启动条件的温度最低值时，第二温度继电器T31处于常闭状态，第二温度保护继电器T32闭合，第四接触器KM30的线圈上电，第二加热器R2开始加热。直至并网柜20的环境温度高于并网柜启动条件的温度最低值时，第二温度继电器T31断开，第四接触器KM30的线圈掉电，第二加热器R2停止加热。
3、功率柜30
功率柜检测单元310包括第三温度继电器T35、第五接触器KM35和第六接触器KM32的线圈；所述第三温度继电器T35和第五接触器KM35的线圈串联在风能变流器的电源之间。所述第三温度继电器T35采用常闭触点，动作温度根据功率柜的启动条件的温度最低值设置，一般为-3℃至3℃。第五接触器KM35的常闭触点和第六接触器KM32的线圈串联在风能变流器的电源之间，且该线路上还可以设置用于过温保护的第三温度保护继电器T36，该继电器采用常闭触点，且动作温度为47℃至53℃。
功率柜加热单元320包括第六接触器KM32的常开触点、第三加热器R3和第四加热器R4，所述第三加热器R3和第四加热器R4并联后一端通过第六接触器KM32的常开触点接风能变流器的电源的火线，另一端接风能变流器的电源的零线。第三加热器R3为给功率柜30的IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)的散热片进行加热的加热器。第三加热器R3根据功率柜30的容量，以及与控制柜10和并网柜20的热平衡要求设置，例如可采用大约6个200W的加热器。第四加热器R4为给功率柜30的信号转接板进行加热的加热膜。第四加热器R4可以更加需要设置，在本实施例中采用7个70W的加热膜。此外，在第六接触器KM32的常开触点和风能变流器的电源的零线之间，第四加热器R4所在的线路上还可以串联有用于过温保护的第四温度保护继电器T38，其采用常闭触点，且动作温度为47℃至53℃。
在功率柜30的环境温度低于功率柜30启动条件的温度最低值时，第三温度继电器T35处于常开状态，第五接触器KM35的线圈掉电，第五接触器KM35的常闭触点闭合，第三温度保护继电器T36闭合，第六接触器KM32的线圈上电，第六接触器KM32的常开触点闭合，第三加热器R3和第四加热器R4开始加热。直至功率柜30的环境温度高于功率柜30启动条件的温度最低值时，第三温度继电器T35闭合，第五接触器KM35的线圈上电，第五接触器KM35的常闭触点断开，第六接触器KM32的线圈掉电，第六接触器KM32的常开触点断开，第三加热器R3和第四加热器R4停止加热。
除了上述三个机柜内的各个单元外，在风能变流器的电源的火线端分别设置第二断路器Q32和第三断路器Q33，从而作为三个机柜内的检测单元和加热或除湿单元的总开关。例如，风能变流器的电源的火线通过第二断路器Q32后连接到控制柜检测单元110、并网柜检测单元210、功率柜检测单元310和UPS启动单元140。风能变流器的电源的火线通过第三断路器Q31后连接到控制柜加热单元120、控制柜除湿单元130、并网柜加热单元220和功率柜加热单元320。
本发明还根据不同机柜的器件分布的需要来布置风能变流器加热除湿系统的空间位置。在控制柜10内，第一温度继电器T33设于控制柜10的中部以便于更准确地检测控制柜10内的环境温度，而由于控制柜10的下部设置有电容等器件不需要加热，因此，第一加热器R1也设置在控制柜10的中部，使得热量向上传送。在并网柜20内，第二温度继电器T31设置在并网柜20的中部以便于更准确地检测并网柜20内的环境温度，所述第二加热器R2则设置在并网柜20的下部从而使热量向上传送，而对下部的器件也实现很好地加热。在功率柜30内，第三温度继电器T35和第三加热器R3设置在功率柜30的功率模块组件的IGBT的散热片周围，以便于对功率模块组件周围环境的检测和加热。第四加热器R4则设置在功率柜30的驱动板下部。
本发明的风能变流器加热除湿系统通过在风能变流器的控制柜中设置加热除湿系统，以维持控制柜的器件在合适的温度和湿度工作，同时通过在风能变流器的并网柜和功率柜中分别设置加热系统，维持并网柜和功率柜的工作温度。各个柜子的加热系统容量的选择要达到三个柜子在要求的相同时间内同时到达要求的起机温度(即三个柜子加热的热平衡)，此加热系统的并网柜和控制柜加热系统可以通过简单的增加和减少加热器的个数达到满足不同环境温度要求的机型，从而保障了风能变流器中器件的性能和寿命，避免了由于凝露造成短路等非人为事故。
本发明是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本发明范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本发明技术的特定场合或材料，可对本发明进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本发明并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。