本發明屬于風力發電的技術領域，尤其是涉及一種變流器的加熱除濕回路及其控制方法。

背景技術：

現在主流的風力發電機組變流器功率模塊所使用的電力電子器件為IGBT模塊，IGBT模塊內部核心部件是IGBT芯片，其封裝在硅膠內部，用以解決芯片絕緣問題。但IGBT芯片對溫度比較敏感，在運行過程中需處于比較適宜的溫度環境中，如果溫度較高或較低，就存在著損壞的風險。

在現有風力發電機組中，低溫和高濕是常見的環境類型，為解決在高濕或低溫環境、特別是長時間停機或待機狀態下啟動風機，功率模塊因為受潮或低溫而造成損壞的情況，現有的解決方案最多是對功率模塊所在的空間增加機械式溫度和濕度控制器，并控制在同一區域內的加熱器工作。在低溫或高濕的環境中是加熱器帶電加熱，并為同一區域內空氣及功率模塊加熱，降低相對濕度。

但是這種方式具有一下局限性和不足：

對于功率模塊因為受潮并且在長時間停電或待機的狀態下而損壞的情況，分析其主要是由于長期處于較低溫度未運行狀態，封裝嚴密的IGBT模塊在與散熱器的接觸面縫隙中有濕氣進入，再經過多日的晝夜溫差變化，在縫隙內部形成凝露并與硅膠融合，造成IGBT模塊內部絕緣性能下降，造成損壞。普通的加熱器加熱，會使IGBT模塊周圍環境的溫度迅速升高而相對濕度迅速降低，然而IGBT模塊內部溫度并沒有迅速增高，與硅膠融合的凝露未排除甚至還處于液態，環境濕度已降低到很低狀態，從而停止加熱，事實狀態是其并未解決IGBT模塊內部凝露的問題，而損壞危險依然存在。

另外功率模塊在低溫情況下長時間停電或待機而損壞也有同樣的情況，加熱器只對IGBT模塊的環境和模塊外表進行加熱，IGBT模塊只有外殼溫度增加，其在硅膠包圍的內部芯片溫度依然處于較低溫度，啟機同樣存在損壞危險。

再有，若去掉溫濕度的機械開關，改為時間繼電器定時長的長期加熱，雖然靠時間的積累，可以將IGBT模塊內部水分蒸發并提高溫度，但這樣會增加啟機時間，降低風力發電機組的發電量，特別是在濕度并不高、溫度并不低的季節或者只進行短期斷電網電源的維護，都需要同等的加熱時間，更是損失了大量的發電量。

技術實現要素：

本發明為解決了現有的技術問題，而提供一種適合在高濕和低溫環境中，風力發電機組長時間停電或待機狀態下，功率模塊具有受潮和低溫啟動損壞情況的變流器的加熱除濕回路及其控制方法。

本發明為解決現有技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：

本發明的變流器的加熱除濕回路，包括控制器回路、功率模塊回路和提供電源的供電回路，以及分別與控制器回路和功率模塊回路連接的控制器加熱電阻和功率模塊加熱電阻；控制器加熱電阻設置在變流器內部的控制器周圍，控制器回路控制控制器加熱電阻對控制器進行加熱除濕，控制器回路連接并控制控制器工作；功率模塊加熱電阻設置在變流器內部的功率模組散熱器上，控制器通過溫度傳感器發出的信號連接控制功率模塊回路，功率模塊回路控制功率模塊加熱電阻對功率模塊散熱器進行加熱除濕，功率模塊回路連接并控制功率模塊工作。

所述的控制器回路包括并聯連接的第一機械式濕度開關和第二機械式溫度開關，以及第一接觸器和第二接觸器；

所述的第一機械式濕度開關和第二機械式溫度開關均包括第一觸點、第二觸點和第三觸點；

第一機械式濕度開關和第二機械式溫度開關的第一觸點均與第一接觸器連接，第一接觸器連接控制器加熱電阻；

第一機械式濕度開關和第二機械式溫度開關的第二觸點均與第二接觸器連接，第二接觸器的第一觸頭端接入控制器的供電支路中，第二接觸器的第二觸頭端與第一機械式濕度開關和第二機械式溫度開關并聯連接；

第一機械式濕度開關和第二機械式溫度開關的第三觸點與第一接觸器和第二接觸器接入供電回路。

所述的第一機械式濕度開關和第二機械式溫度開關設置在控制器周圍，第一機械式濕度開關的濕度變化點為80%，第二機械式溫度開關的溫度變化點為零下15攝氏度。

所述的功率模塊回路包括中間繼電器、第三接觸器、第四接觸器；

所述的中間繼電器與控制器連接并接入控制器的供電支路中，中間繼電器的觸頭端包括動觸點、第一定觸點和第二定觸點；

第一定觸點連接第三接觸器，第三接觸器連接功率模塊加熱電阻；

第二定觸點連接第四接觸器，第四接觸器的第一觸頭端接入功率模塊的供電支路中，第四接觸器的第二觸頭端并聯在中間繼電器的動觸點和第二定觸點間；

動觸點與第三接觸器和第四接觸器接入供電回路。

所述的控制器回路和功率模塊回路與供電回路的L端間分別設有保護開關，

一種變流器的加熱除濕控制方法，包括以下步驟

步驟一，當電網電源斷電或變流器停機時，控制器計時；

步驟二，判斷控制器周圍的濕度是否高于濕度臨界值，溫度是否低于溫度臨界值；若是，啟動第一接觸器，使控制器加熱電阻對控制器進行加熱除濕，直至控制器周圍的濕度低于濕度臨界值，溫度高于溫度臨界值；若否，進行下一步；

步驟三，電網和控制器再次上電，或風機向控制器發送啟機信號，記錄時間，計算停機時長，并向中間繼電器發送信號0；

步驟四，判斷功率模塊的環境溫度是否低于啟動溫度臨界值；若是，根據環境溫度確定加熱固定時長，啟動第三接觸器，使功率模塊加熱電阻對功率模塊進行固定時長的加熱，直至環境溫度高于啟動臨界值；若否，進行下一步；

步驟五，根據停機時長，啟動第三接觸器，使功率模塊加熱電阻對功率模塊進行相應時長的加熱除濕，使功率模塊的環境濕度高于啟動濕度臨界值；

步驟六，結束對功率模塊的加熱，并向中間繼電器發送信號1，變流器正常工作。

所述的步驟二中，第一機械式濕度開關檢測控制器周圍的濕度，第二機械式溫度開關檢測控制器周圍的溫度。

所述的步驟二中，濕度臨界值為80%，溫度臨界值為零下15攝氏度。

所述的步驟五中，先判斷停機時長是否小于10分鐘，若是，進入步驟六；若否，判斷停機時長是否小于2小時，若是，加熱10分鐘；若否，判斷停機時長是否小于5小時，若是，加熱30分鐘，若否，加熱1小時。

本發明具有的優點和積極效果是：

本發明的變流器在高濕或低溫環境中，且長時間停電或待機狀態下，利用控制器控制加熱除濕回路，在安全的前提下，對控制器和功率模塊進行加熱除濕，主動控制控制器和功率模塊的溫度，并在最適合的溫度下啟動，極大地減少控制器和功率模塊損壞的風險，更加方便和直接，加熱效率高，加熱過程智能化，減少并合理利用啟機時間，避免浪費風力發電機組的發電量，增加風力發電機組發電效率。

附圖說明

圖1是本發明的電路示意圖；

圖2是本發明的流程示意圖；

圖3是本發明步驟五的流程示意圖。

其中：C：控制器 Rt：溫度傳感器

ST1：第一機械式濕度開關 ST2：第二機械式溫度開關

KM1：第一接觸器 KM2：第二接觸器

KM3：第三接觸器 KM4：第四接觸器

K：中間繼電器。

具體實施方式

以下參照附圖及實施例對本發明進行詳細的說明。

如圖1所示，本發明的變流器的加熱除濕控制回路，包括控制器回路、功率模塊回路和提供電源的供電回路，以及分別與控制器回路和功率模塊回路連接的控制器加熱電阻和功率模塊加熱電阻；控制器加熱電阻設置在變流器內部的控制器C周圍，控制器回路控制控制器加熱電阻對控制器進行加熱除濕，控制器回路連接并控制控制器工作；功率模塊加熱電阻設置在變流器內部的功率模組散熱器上，控制器通過溫度傳感器Rt發出的信號連接控制功率模塊回路，功率模塊回路控制功率模塊加熱電阻對功率模塊散熱器進行加熱除濕，功率模塊回路連接并控制功率模塊工作。

所述的控制器回路包括并聯連接的第一機械式濕度開關ST1和第二機械式溫度開關ST2，以及第一接觸器KM1和第二接觸器KM2；

所述的第一機械式濕度開關和第二機械式溫度開關均包括第一觸點1、第二觸點2和第三觸點3；

第一機械式濕度開關和第二機械式溫度開關的第一觸點均與第一接觸器連接，第一接觸器連接控制器加熱電阻；

第一機械式濕度開關和第二機械式溫度開關的第二觸點均與第二接觸器連接，第二接觸器的第一觸頭端接入控制器的供電支路中，第二接觸器的第二觸頭端與第一機械式濕度開關和第二機械式溫度開關并聯連接；

第一機械式濕度開關和第二機械式溫度開關的第三觸點與第一接觸器和第二接觸器接入供電回路。

所述的第一機械式濕度開關和第二機械式溫度開關設置在控制器周圍，第一機械式濕度開關的濕度變化點為80%，第二機械式溫度開關的溫度變化點為零下15攝氏度。

所述的功率模塊回路包括中間繼電器K、第三接觸器KM3、第四接觸器KM4；

所述的中間繼電器與控制器連接并接入控制器的供電支路中，中間繼電器的觸頭端包括動觸點11、第一定觸點12和第二定觸點14；

第一定觸點連接第三接觸器，第三接觸器連接功率模塊加熱電阻；

第二定觸點連接第四接觸器，第四接觸器的第一觸頭端接入功率模塊的供電支路中，第四接觸器的第二觸頭端并聯在中間繼電器的動觸點和第二定觸點間；

動觸點與第三接觸器和第四接觸器接入供電回路。

所述的控制器回路和功率模塊回路與供電回路的L端間分別設有保護開關，

如圖2所示，一種變流器的加熱除濕控制方法，包括以下步驟

步驟一，當電網電源斷電或變流器停機時，控制器計時；

步驟二，判斷控制器周圍的濕度是否高于濕度臨界值，溫度是否低于溫度臨界值；若是，啟動第一接觸器，使控制器加熱電阻對控制器進行加熱除濕，直至控制器周圍的濕度低于濕度臨界值，溫度高于溫度臨界值；若否，進行下一步；

步驟三，電網和控制器再次上電，或風機向控制器發送啟機信號，記錄時間，計算停機時長，并向中間繼電器發送信號0；

步驟四，判斷功率模塊的環境溫度是否低于啟動溫度臨界值；若是，根據環境溫度確定加熱固定時長，啟動第三接觸器，使功率模塊加熱電阻對功率模塊進行固定時長的加熱，直至環境溫度高于啟動臨界值；若否，進行下一步；

步驟五，根據停機時長，啟動第三接觸器，使功率模塊加熱電阻對功率模塊進行相應時長的加熱除濕，使功率模塊的環境濕度高于啟動濕度臨界值；

步驟六，結束對功率模塊的加熱，并向中間繼電器發送信號1，變流器正常工作。

所述的步驟二中，第一機械式濕度開關檢測控制器周圍的濕度，第二機械式溫度開關檢測控制器周圍的溫度。

所述的步驟二中，濕度臨界值為80%，溫度臨界值為零下15攝氏度。

如圖3所示，所述的步驟五中，先判斷停機時長是否小于10分鐘，若是，進入步驟六；若否，判斷停機時長是否小于2小時，若是，加熱10分鐘；若否，判斷停機時長是否小于5小時，若是，加熱30分鐘，若否，加熱1小時。

本發明的為解決IGBT功率模塊內部芯片加熱問題，兩個加熱電阻安裝于IGBT功率模塊貼合的散熱器上，使用功率模塊散熱的逆過程，為散熱器加熱，由于為IGBT功率模塊內部芯片散熱，其與散熱器熱交換功率較高，故為電阻供電后加熱會比較直接的為封裝芯片加熱，以使芯片本身溫度增高，并將其周圍距離較近的凝露水分蒸發掉。

ST1為機械式濕度傳感器開關，ST2為機械式溫度傳感器開關，K1為控制器控制的24V中間繼電器，第一接觸器KM1為控制器加熱電阻的電源開關，第二接觸器KM2為控制器電源開關，第三接觸器KM3為控制功率模塊加熱電阻電源的接觸器，第四接觸器KM4為控制功率模塊電源的接觸器，其中第二接觸器和第四接觸器均有自鎖功能，供電回路為市電供電路線，控制器只有加熱固定時間以后，控制器才控制中間繼電器，斷開第三接觸器即功率模塊加熱電阻電源，給第四接觸器即功率模塊電源上電，之后變流器便可正常啟機工作。

在高濕和低溫環境中,風電機組在上電以后，控制器電子電路板件中的電容、電源和芯片等器件由于耐低溫和耐高濕能力較差，應當首先對控制器進行加熱除濕處理，第一機械式濕度開關ST1濕度變化點設置為80%，由于控制器低溫啟動的適宜溫度為零下20攝氏度，考慮機械溫度開關精度較差，將第二機械式溫度開關ST2溫度變化點設置為零下15攝氏度，并將第一機械式濕度開關和第二機械式溫度開關設置在控制器周圍。當溫度過低或濕度過高的情況下，第一機械式濕度開關和第二機械式溫度開關的第三觸點與第一觸點連接，供電回路供電，第一接觸器KM1通電，使控制器附近的控制器加熱電阻開始工作，控制器周圍環境溫度提高，濕度降低，第一機械式濕度開關和第二機械式溫度開關的第三觸點與第二觸點連接，供電回路供電，第二接觸器KM2通電，第二接觸器的第一觸頭端使控制器接通電源的24V端和0V端，控制器啟動。考慮控制器啟機后，通電器件都會有熱量散出，可以保證控制器正常運行，第二接觸器KM2的第二觸頭端閉合，第二接觸器KM2實現自鎖直到供電回路的L端和N端斷電。

為使功率模塊回路智能化加熱除濕，合理利用啟機時間，故將功率模塊回路由變流器內部的控制器進行控制，此控制器供電電源為不間斷電源并且內部含有計時器。首先，根據與控制器連接的溫度傳感器測量功率模塊的環境溫度，根據低溫啟動試驗的試驗經驗數據和上電時刻的溫度，決定給出功率模塊加熱電阻所需供電時間。在加熱過程中，控制器控制中間繼電器使其動觸點與第一定觸點連接，供電回路供電，第三接觸器KM3通電，使安裝在功率模塊散熱器上的功率模塊加熱電阻對其加熱，提高功率模塊封裝芯片的溫度，并將其周圍凝露水分蒸發，同時，第四接觸器不通電，功率模塊本身不工作，保證功率模塊安全。加熱到達時間后，再利用控制器輸出的信號控制中間繼電器K1，使中間繼電器動觸點與第二定觸點連接，供電回路供電，第四接觸器KM4通電，閉合功率模塊的供電支路中第四接觸器的第一觸頭端，功率模塊啟動并正常工作，變流器正常啟機運行。

對于變流器處于高濕環境中停機或停電，無法得知功率模塊受潮的情況，為合理利用啟機時間，利用控制器內部時間計時器，對停機或停電時刻進行計時，記錄上電時刻的時間差，計算出停機時長，根據加熱除濕試驗的經驗數據，對不同的停機時長對應出功率模塊加熱電阻所需供電時間，例如停機時長小于10分鐘就不進行加熱，停機時長大于10分鐘且小于2小時就加熱10分鐘，停機時長大于2小時且小于5小時就加熱30分鐘，停機時長大于5小時就加熱1小時，以便更好地提高功率模塊封裝芯片的溫度，并將其周圍凝露水分蒸發，然后再利用控制器輸出的信號控制中間繼電器，閉合功率模塊的供電支路中第四接觸器的第一觸頭端閉合，功率模塊啟動并正常工作，變流器正常啟機運行。

這樣便可以根據風機停電或停機的時間長度和啟機當時功率模塊的環境溫度，判斷功率模組凝露和溫度惡劣情況而進行相應時間的加熱，便可以優化變流器啟機時間，另外策略中加熱時間和停機時間的對應可以更加具體和詳細，這樣對啟機時間優化程度更佳。

本發明的變流器在高濕或低溫環境中，且長時間停電或待機狀態下，利用控制器控制加熱除濕回路，在安全的前提下，對控制器和功率模塊進行加熱除濕，主動控制控制器和功率模塊的溫度，并在最適合的溫度下啟動，極大地減少控制器和功率模塊損壞的風險，更加方便和直接，加熱效率高，加熱過程智能化，減少并合理利用啟機時間，避免浪費風力發電機組的發電量，增加風力發電機組發電效率。

以上對本發明的實施例進行了詳細說明，但所述內容僅為本發明的較佳實施例，不能被認為用于限定本發明的實施范圍。凡依本發明申請范圍所作的均等變化與改進等，均應仍歸屬于本發明的專利涵蓋范圍之內。