Kuidas kasutada dioodi alaldit tuuleenergia tootmissüsteemis?

1, tehniline põhimõte: dioodialalduse põhiarhitektuur
Dioodialalduse põhiprintsiip põhineb PN-siirde ühesuunalisel juhtivusel. Kui dioodi anoodile rakendatakse vahelduvvoolu positiivne pooltsükkel, on PN-siirde ettepoole kallutatud ja vool läbib; Negatiivse pooltsükli ajal katkestatakse pöördnihe ja vool blokeeritakse. Dioodide arvu ja ühendusmeetodi mõistliku konfigureerimisega on võimalik saavutada vahelduvvoolu konverteerimine alalisvooluks.

Poollaine alaldi: kasutades ühte dioodi ja ainult positiivset vahelduvvoolu pooltsüklit, on kasutegur suhteliselt madal (teoreetiline maksimum 50%), kuid vooluahel on lihtne ja hind madal, mistõttu sobib see väikestele tuuleenergia tootmissüsteemidele.
Täislaine alaldamine: sillakonstruktsiooni (4 dioodi) või keskmise kraantrafo (2 dioodi) kasutamisel tõstetakse kasutegur üle 81% vahelduvvoolu positiivsete ja negatiivsete pooltsüklite kasutamisel. Nende hulgas on spetsiaalsete trafode puudumise ja väikeste väljundpinge kõikumiste tõttu saanud tuuleenergia tootmise peavoolulahenduseks sildade alaldamine.
Kolmefaasiline alaldus: tuuleturbiinide kolme-faasi vahelduvvoolu väljundiks kasutatakse kuuest dioodist koosnevat kolme-faasilist sildalaldi ahelat, et veelgi vähendada väljundi pulsatsiooni ja parandada võimsustihedust. Näiteks otseajamiga püsimagnetiga sünkroongeneraatori võrguga ühendatud süsteemis teisendab kolme-faasilise dioodiga alaldi sild generaatori kolme-faasilise vahelduvvoolu väljundvõimsuse alalisvooluks, mis seejärel ühendatakse võrguga võimendusahela ja inverteri kaudu.
2, Rakenduse stsenaarium: Täielik katvus võrgust võrguühenduseni
Dioodi alaldi tehnoloogia läbib tuuleenergia tootmissüsteemide kogu elutsükli ja selle rakendusstsenaariumid hõlmavad nii võrgust sõltumatuid süsteeme kui ka võrguga ühendatud suuremahulisi{0}}elektrijaamu.

Võrgust väljas väikesemahuline{0}}tuuleenergia tootmissüsteem: äärealadel või ilma võrgukatvuseta stsenaariumides laeb tuuleturbiin akut läbi dioodalaldi ja varustab koormust inverteriga. Näiteks 5 kW võimsusega võrgust väljas tuuleenergia tootmissüsteem kasutab kolmefaasilist sillaalaldi ahelat koos maksimaalse võimsuspunkti jälgimise (MPPT) juhtimisega, et saavutada tuuleenergia kogumise tõhususe 15% suurenemine. Samal ajal kasutatakse dioodide ühesuunalist juhtivust, et vältida akude pöördlaadimist, tagades süsteemi ohutuse.
Võrku ühendatud-suurmahuline tuuleenergia tootmissüsteem: otseajamiga püsimagneti sünkroongeneraatori (PMSG) võrguga ühendatud skeemis toimib dioodalaldi esiotsa-muundurina, et teisendada generaatori muutuva amplituudiga ja muutuva sagedusega vahelduvvoolu väljundvõimsus alalisvooluks ja seejärel saavutada PWM-i kaudu võrguühenduses ühtne võimsusfaktor. Näiteks 2MW otseajamiga tuuleturbiin kasutab dioodalaldus+Boost+PWM inverteri struktuuri, mille süsteemi efektiivsus on 96,5%, mis on 2 protsendipunkti kõrgem kui traditsioonilisel kahekordse toitega induktsioongeneraatori (DFIG) skeemil.
3, Tõhususe optimeerimine: läbimurre kogu ahelas alates seadme valikust kuni süsteemi integreerimiseni
Kuigi dioodialalduse tehnoloogia on küps, mõjutavad selle tõhusust siiski seadme omadused, vooluahela topoloogia ja juhtimisstrateegiad. Tööstus saavutab tõhususe läbimurde järgmistel viisidel:

Seadme valik: iteratsioon ränilt ränikarbiidile: traditsioonilistel räni{0}}põhistel dioodidel on probleeme, nagu suured tagasipööratud taastumiskadud ja halb jõudlus kõrgel{1}}temperatuuril. Ränikarbiiddioodid (SiC) on muutunud eelistatud valikuks kõrge-sagedus- ja-kõrgpinge stsenaariumide jaoks tänu nende eelistele: null-pöördlaengu taastamine (Qrr ≈ 0) ja kõrge temperatuuri stabiilsus (ühenduse temperatuur kuni 200 kraadi). Näiteks pärast räni{8}}põhiste seadmete asendamist SiC dioodidega vähenesid 10 MW avameretuuliku alaldi kaod 40% ja süsteemi efektiivsus paranes 97,2%ni.
Topoloogiauuendus: üleminek kontrollimatust juhitavale: kuigi kontrollimatu dioodi alaldi struktuur on lihtne, on sellel probleeme, nagu kõrge voolu harmoonilised ja madal võimsustegur. PWM-alaldustehnoloogia saavutab masinapoolse sinusoidse voolu läbi täielikult juhitavate seadmete, nagu IGBT, kõrvaldades harmoonilise reostuse. Näiteks 3MW tuuleturbiin kasutab PWM-alalduse+PWM-inverteri tagaküljel-tagasi-tagasi struktuuri, et saavutada nelja kvadrandi töö, mille võimsustegur on kuni 0,99 ja harmooniliste moonutuste määr (THD) on alla 3%.
Soojusjuhtimine: üleminek loomulikust jahutusest vedelikjahutuseks: 70% dioodikadudest muundatakse soojuseks ja iga 10-kraadise ristmiku temperatuuri tõusu korral suureneb pöördtagastuslaeng 15% -20%. Vedelikjahutustehnoloogia stabiliseerib ristmiku temperatuuri alla 150 kraadi, jahutades otse dioodikiipi, pikendades seeläbi seadme eluiga. Näiteks pärast seda, kui 15 MW võimsusega avamere tuuleturbiin võttis kasutusele vedelikjahutusega soojuse hajumise skeemi, pikenes dioodi eluiga 8 aastalt 15 aastale ning kasutus- ja hoolduskulud vähenesid 40%.