Kako integrirati obvodne diode v krmilnike vetrne energije?

一, Osnovna funkcija bypass diode: aktivna zaščita pred učinkom vroče točke
Glavna funkcija bypass diod v sistemih za proizvodnjo vetrne energije je preprečiti učinke vročih točk. Ko so lopatice vetrne turbine ovirane (na primer sneg, ptičji iztrebki ali lokalne napake), celice akumulatorja na oviranem območju ne morejo proizvajati elektrike in namesto tega postanejo obremenitev, ki porablja tok, ki ga ustvarjajo druge običajne celice akumulatorja, kar povzroči močno povišanje lokalne temperature (do 200 stopinj ali več) in nastanek vročih točk. Vroče točke ne le trajno poškodujejo baterijske celice, zmanjšajo učinkovitost proizvodnje energije, ampak lahko celo povzročijo požar.

Obvodna dioda je priključena obratno vzporedno na obeh koncih baterijskega paketa in je v obratnem stanju izklopa v normalnih delovnih pogojih, ne da bi to vplivalo na delovanje vezja; Ko je določena baterijska celica ovirana, se napetost na obeh koncih dvigne do praga prevodnosti diode naprej, tok pa obide območje napake, da se prepreči nastanek vročih točk. Na primer, enota vetrne turbine na morju s 5 MW sprejme shemo vzporedne povezave obvodne diode za vsako serijo baterijskih celic. Pri lokalnem preizkusu senčenja se je temperatura vroče točke znižala s 185 stopinj na 45 stopinj, življenjska doba komponente pa se je podaljšala za več kot trikrat.

2, Integrirani scenarij: tehnološka razširitev s fotovoltaičnih modulov na krmilnike vetrne energije
Čeprav so bile obvodne diode najprej uporabljene v fotovoltaičnih sistemih, imajo njihovi tehnični principi visoko prilagodljivost pri pridobivanju vetrne energije. V regulatorjih vetrne elektrarne se integracija obvodnih diod odraža predvsem v naslednjih scenarijih:

1. Stranska zaščita rotorja vetrnih turbin z dvojnim napajanjem
Ko dvojno napajani indukcijski generator doživi padec napetosti v električnem omrežju, lahko pride do prevelikega toka na strani rotorja, kar lahko poškoduje pretvornik. Aktivno zaščitno vezje Crowbar sprošča energijo rotorja v obvodni upor prek diodnega usmerniškega mostu, pri čemer je vsak mostni krak usmerniškega mostu sestavljen iz dveh zaporedno povezanih diod, ki zagotavljata sprostitev energije v 10 ms. Na primer, enota z dvojnim napajanjem na morju z močjo 10 MW sprejme vezje tipa IGBT Crowbar v kombinaciji s hitrimi diodami, da ohrani stabilno delovanje sistema, tudi ko napetost pade na 20 %.

2. Optimizacija rektifikacijskega procesa za enoto s trajnimi magneti z direktnim pogonom
Vetrna turbina s trajnim magnetom z neposrednim pogonom uporablja nekontrolirano diodno usmerniško vezje za pretvorbo tri{0}}fazne izmenične moči v enosmerno. Čeprav je struktura preprosta, izguba prevodnosti diode neposredno vpliva na učinkovitost sistema. Z zamenjavo tradicionalnih silicijevih diod s Schottky diodami iz silicijevega karbida (SiC) se lahko padec prevodne napetosti zmanjša z 0,7 V na 0,3 V. Pri toku 1000A lahko ena enota prihrani do 200000 kWh električne energije na leto.

3. Upravljanje baterije izvenomrežnih krmilnikov vetrne energije
V sistemih izven omrežja mora krmilnik preprečiti, da bi se baterija izpraznila vzvratno od vetrne turbine ponoči ali v oblačnem vremenu. S serijsko vezavo bypass diod v polnilnem krogu se oblikuje enosmerna tokovna pot. Na primer, projekt mikromreže na oddaljenem območju uporablja krmilnik z antireverznimi diodami, ki podaljša življenjsko dobo baterije s 3 let na 6 let in zmanjša celotne stroške sistema za 40 %.

3, Izbirna merila: od ujemanja parametrov do preverjanja zanesljivosti
Učinkovitost obvodnih diod neposredno vpliva na stabilnost krmilnikov vetrne energije, pri njihovi izbiri pa je treba celovito upoštevati naslednje osnovne parametre:

1. Delovni tok in povratna prebojna napetost
Delovni tok: Biti mora večji od kratkostičnega-toka niza baterijskih celic. Na primer, če je tok kratkega stika baterije velikosti 210 mm 18 A, mora biti nazivni tok obvodne diode večji ali enak 20 A.
Povratna prebojna napetost: Morala bi biti 1,2-krat višja od napetosti odprtega tokokroga celice baterije. Če za primer vzamemo sistem 1500 V, mora biti vzvratna vzdržna napetost diode večja ali enaka 1800 V.
2. Toplotna zmogljivost in zasnova odvajanja toplote
Temperatura spoja: Izpolnjevati mora zahteve glede najvišje delovne temperature sistema. Temperatura morskega okolja lahko doseže 55 stopinj, temperatura spoja diode pa mora biti manjša ali enaka 175 stopinj.
Toplotna odpornost: nizka toplotna odpornost lahko pospeši prevajanje toplote. Na primer, diode, zapakirane na bakrene podlage, imajo lahko toplotno upornost le 0,5 K/W, kar je 60 % nižje od tradicionalne plastične embalaže.
3. Dinamični odziv in testiranje zanesljivosti
Hitrost preklapljanja: prilagoditi se mora nenadnim spremembam hitrosti vetra. Na primer, določena enota na kopnem zahteva diode za dokončanje preklopa prevod/izklop v 10 μs.
Preizkus življenjske dobe: zahtevano je opraviti preskus termičnega odtekanja v standardu IEC 62979, kar pomeni, da se površinska temperatura dvigne za manj kot ali enako 15 stopinj, ko se nazivni tok uporablja 1 uro v okolju 75 stopinj.