Milline on dioodide roll hajutatud tuuleenergia varustussüsteemides?

1, alaldusahel: tõhusa muundamise saavutamine vahelduvvoolust alalisvooluks
Üks hajutatud tuuleenergia toitesüsteemi põhifunktsioone on muundada tuuleturbiinide vahelduvvoolu väljund alalisvooluks akudes salvestamiseks või alalisvoolu koormuste otseseks juhtimiseks. Diood moodustab selles protsessis kontrollimatu alaldisilla, saavutades vahelduvvoolu "täislaine alalduse" ühesuunalise juhtivuse kaudu, muutes positiivse ja negatiivse pooltsükli vahelduvvoolu signaalid ühesuunaliseks pulseerivaks alalisvooluks.

Tehnilised eelised:

Lihtne ja töökindel struktuur: kolme-faasilise dioodiga kontrollimatu alaldi jaoks on vaja ainult 6 dioodi, ilma keeruliste juhtahelateta ja sellel on madal rikete määr. Näiteks Fuji dioodi MUR60120 (taluvus pingele 1200 V, nimivool 60 A) kasutatakse laialdaselt väikestes ja keskmise suurusega{6}}tuulikutes, mille juhtivuspinge langus on vaid 0,7 V ja alalduse efektiivsus 10 kW tasemega süsteemides 98,5%.
Märkimisväärne kulu-efektiivsus: võrreldes IGBT-st või MOSFET-ist koosnevate juhitavate alaldi ahelatega on dioodalaldisilla maksumus rohkem kui 60% väiksem ning puudub vajadus juhtimisahela ja soojuse hajumise projekteerimiseks, mis vähendab oluliselt süsteemi alginvesteeringut.
Kohandage karmi keskkonnaga: diood võib stabiilselt töötada temperatuurivahemikus -40 kraadi kuni 150 kraadi, talub tuuleenergia tootmise stsenaariumides kõrgeid temperatuure, tolmu ja vibratsiooni ning selle eluiga on üle 20 aasta.
Tehniline juhtum:
Avamere tuulepark kasutab dioodalaldi ventiili, mis asendab traditsioonilist modulaarset mitmetasandilist{0}}alaldiventiili (MMC). Sama edastusvõimsuse juures on konverterjaam vähendanud mahtu 80%, kaalu 65% ja paigaldusaega 20%. Peamine põhjus on see, et dioodalaldi klapp ei pea iga alammoodulit iseseisvalt juhtima, vähendades rikke tõenäosust 90% ja juhtivuse kadu 20% võrreldes MMC-ga, mille tulemuseks on 3,2% süsteemi efektiivsuse tõus.

2, vastupidise ühenduse kaitse: esimese kaitseliini loomine süsteemi turvalisuse tagamiseks
Hajutatud tuuleenergia toitesüsteemi laadimisliides peab ühilduma mitme toiteallikaga (nt vooluvõrk, diiselgeneraatorid ja akud). Kui kasutaja muudab kogemata toiteallika polaarsust, võib see põhjustada kontrolleri sisekondensaatorite, MOSFET-ide ja muude komponentide läbipõlemist. Ühendades dioodid toitesisendis järjestikku, saab luua odava-väga töökindla tagasipööramisvastase kaitseahela.

Disaini punktid:

Edasijuhtivuse pingelanguse optimeerimine: Schottky dioodide (näiteks MBR1045CT) päripinge langus on vaid 0,3 V ja 5 kW tasemekontrollerites on juhtivuse kadu alla 0,6%, palju väiksem kui traditsioonilistel ränidioodidel (0,7 V).
Vastupidise lekkevoolu juhtimine: ideaalsed dioodi IC-d (nt LTC4412) suudavad maha suruda pöördlekkevoolu alla 1 μA, vältides aku võimsuse vähenemist lekkevoolu tõttu ooterežiimis.
Pingevoolu summutamine: ühendades NTC termistorid paralleelselt dioodidega, saab piirata liigvoolu sisselülitamise hetkel, kaitstes allavoolu kondensaatorit. Näiteks teatud marki virnastatud energiasalvestussüsteem võtab kasutusele liitskeemi "Schottky diood + NTC termistor". Pöördühenduse testis on pöördvool piiratud 10 mA piires ja süsteem ei ole kahjustatud.
Rikkerežiimi analüüs:
Tuuleenergia kontrolleri hoolduse korral ühendas kasutaja tagasipööramisvastase kaitse puudumise tõttu ekslikult toiteallika, mille tulemuseks oli sisendkondensaatori plahvatus. Järelevalve-täiustamiskava hõlmab liitahelat "Schottky diood + isetaastuv kaitsme", mis katkestab dioodi ja sulatab kaitsme ümberpööramisel, isoleerides rikke täielikult ja vähendades hoolduskulusid 80%.

3, energia taastamise tee juhtimine: pidurdustakistite võimsuse juhtimise optimeerimine
Kui tuule kiirus ületab nimiväärtust, peab tuulik tarbima üleliigset energiat kalde reguleerimise või pidurdustakistite kaudu. Kui piduritakisti vooluahel ei ole korralikult projekteeritud, võib IGBT korpuse dioodi kaudu kontrollerisse voolata pöördvool, mis põhjustab komponentide ülekuumenemist. Diood suudab luua sõltumatu energia taaskasutamise tee, tagades, et pidurdusvool vabaneb ainult takisti kaudu.

Tüüpilised rakendused:

Tagastusahela vabakäigudiood: alalis-/alalisvooluahelates pakuvad vabakäigudioodid (nagu 1N5819WS) induktiivse energia salvestamise vabastustee, vältides kõrge-pingega elektromotoorjõu teket, kui IGBT on välja lülitatud. Tegelike katseandmete kohaselt vähenes piduritakisti temperatuuri tõus seda skeemi kasutades 120 kraadilt 85 kraadile ja süsteemi efektiivsus tõusis 3,2%.
Võimendusahela tagasivooluvastane diood: võimendusahelas takistab diood (nt MBR20100CT) väljundpingel tagasivoolu sisendklemmile, kaitstes madalpingepoolseid komponente. Näiteks pärast seda, kui teatud marki 5kW tuuleenergia inverter on selle skeemi kasutusele võtnud, pikeneb piduritakisti kasutusiga kolm korda ja hooldustsükkel 6 kuult 18 kuuni.
4, uue materjali rakendus: ränikarbiiddiood juhib süsteemi uuendamist
Ränikarbiiddioodide (SiC) küpsusastmega kiirendavad nende null-pöördlaadimise taastumine (Qrr ≈ 0) ja kõrge temperatuuritaluvus (200 kraadi) räni-põhiste dioodide väljavahetamist hajutatud tuuleenergia varustuse valdkonnas. Näiteks Cree C3D10060A SiC Schottky diood vähendab 100A/600V tingimustes juhtivuskadu 75% võrreldes ränidioodidega, kusjuures tagasipööratud taastumiskadu läheneb nullile.

Rakenduse stsenaarium:

Kõrgsageduslik alalis-/alalisvoolumuundur: SiC dioodid võivad suurendada lülitussagedust üle 200 kHz, vähendades oluliselt induktiivpoolide ja kondensaatorite suurust. Pärast SiC dioodide kasutuselevõttu teatud kaubamärgi 10 kW tuuleinverteris vähendatakse helitugevust 40%, kaalu 30% ja võimsustihedust suurendatakse 5 kW/kg-ni.
Keskpinge sagedusmuundur: 10 kV tuuleenergia muundurites võivad SiC dioodid vähendada kaskaadide arvu ja süsteemi keerukust. Siemens kasutab viietasemelist kaskaadset H-silla topoloogiat SiC dioodidega, et saavutada 9-tasemeline väljund, kolmekordistada samaväärne lülitussagedus, vähendada harmoonilisi moonutusi alla 1,5% ja vähendada filtri helitugevust 40%.