表1 电源损耗和成本对比
尽管冷水机组损耗和成本较高，但是制冷能够满足电力电子设备冷却要求，该设备可提供更低的进水温度，相比其他两种冷却设备制冷效果好，同时也可提高电力电子设备的使用寿命。其次因为工程实际受高温和缺水条件限制，因此该工程只能选用冷水机组。
通过工程应用实例，专门设计了一种使用冷水机组直接冷却去离子水的密闭式水冷系统，并申请了专利（专利号：201821638338.X），经工程实施验证，可以满足电力电子设备运行要求。
3.2 冷水机组设计
经设计，该项目将冷水机组串联于主循环泵和被冷却电力电子设备之间，电力电子设备产生的热量传递给水，通过主循环泵提升，进入冷水机组，经过冷水机组冷却后的水再回到电力电子设备，形成密闭式循环，周而复始运行。冷却系统用冷水机组示意图如图3所示。
图3 冷却系统用冷水机组示意图
在设计中，将冷水机组串联于主循环泵和被冷却电力电子设备之间，电力电子设备产生的热量经由主循环泵组将冷冻水传递到冷水机组的蒸发器，然后蒸发器通过制冷剂（即134a环保冷媒），制冷剂将热量传递给冷水机组中的冷凝器，最终由冷凝器将热量传递至大气中。
我国暖通专业工程设计界目前普遍采用冷却水进出口温度为32～37℃。电力电子设备入口水温一般要求小于45℃。根据项目环境50℃运行要求，总设计制冷量为150kW。经设计选用3台50kW压缩机，每台压缩机可以独立控制。
根据相关的设计标准和部件的选型要求，选用R134a作为制冷剂，它属于中温制冷剂；冷水机组的蒸发温度范围为15～ 20℃，冷凝温度为65℃，冷冻水出口水温度≤32℃，冷冻水入口水温度≤38℃。
3.3 制冷试验
为了验证冷水机组的实际制冷效果，试验通过模拟不同环境温度和不同制冷容量条件下，测量冷水机组冷冻水出口水温（也即内冷却系统中进入电力电子设备的入口水温）来进行判断。
试验时，将冷水机组放置在密闭的气候试验室内，室内装有环境温度传感器，可以实时监测室内的空气温度。用电加热器来模拟电力电子设备的发热，提高循环被冷却水的温度。在冷水机组蒸发器被冷却水侧入口和出口分别安装有温度传感器，监测入口和出口的水温。测试系统回路图如图4所示。
图4 测试系统回路图
改变室内的环境温度，并开启对应编号的压缩机，记录环境温度、出口水温、入口水温的测试数据。最后调节实验室内环境温度，将环境温度升高到50℃以上，同时开启3台压缩机，记录相关的测试数据。测试数据见表2。
通过对试验数据分析可以得到，在环境平均温度50.3℃、发热量150.1 kW时，冷水机组冷冻水的出口平均温度为30.5℃，进口平均温度为36.7℃，均小于设计要求的32℃和38℃，从而证明该冷水机组达到了设计的制冷要求，满足电力电子设备的入口温度要求。此外，试验也从侧面分别对3台压缩机的工作性能进行了验证。
表2 冷水机组制冷测试数据
4 结论冷水机组技术作为一种高效的制冷方式，其在空调制冷行业应用十分普遍，技术也比较成熟，但在国内外换流站电力电子设备水冷却系统中却未见有相关的报道或应用。
本文通过对常年高温缺水地区换流站电力电子设备外冷却系统的研究，首次提出了将冷水机组直接应用在换流站电力电子设备用水冷却系统中的新思路，即采用冷水机组直接冷却去离子水，并以实际工程为应用案例，试验证明了该方案的可行性，为高温缺水地区的冷却应用提供了技术支持和方案，具有一定的市场应用价值，对推动电力电子设备冷却技术的发展也有一定的借鉴意义。
值得注意的是，该冷水机组制冷时压缩机需要消耗一定的电能，相比空气冷却器和冷却塔来说能耗可能会增加。在实际工程应用中，需要综合考虑环境温度、水资源条件、电力电子设备进水温度等因素，合理选择适用的冷却设备。
