Kako uporabiti diodno usmerjanje v sistemu za proizvodnjo vetrne energije?

1, Tehnični princip: Osnovna arhitektura diodnega usmerjevalnika
Osnovno načelo usmerjanja diode temelji na enosmerni prevodnosti PN spoja. Ko se pozitivni pol cikla izmeničnega toka uporabi za anodo diode, je PN spoj nagnjen naprej in tok teče skozi; Med negativnim polciklom je povratna prednapetost prekinjena in tok je blokiran. Z razumno konfiguracijo števila in načina povezave diod je mogoče doseči pretvorbo iz AC v DC.

Polvalovno usmerjanje: z uporabo ene same diode in samo s pozitivnim polciklom izmeničnega toka je izkoristek razmeroma nizek (teoretični maksimum 50 %), vendar je vezje preprosto in cena nizka, zaradi česar je primerno za majhne sisteme za proizvodnjo vetrne energije.
Usmerjanje polnega vala: z uporabo premostitvene strukture (4 diode) ali transformatorja s centralnim odvodom (2 diodi) se učinkovitost poveča na več kot 81 % z uporabo pozitivnih in negativnih polciklov izmeničnega toka. Med njimi je popravljanje mostov postalo glavna rešitev za proizvodnjo vetrne energije zaradi pomanjkanja posebnih transformatorjev in majhnih nihanj izhodne napetosti.
Trifazni usmernik: Za tri-fazni izhod izmeničnega toka iz vetrnih turbin se uporablja tri-fazno mostično usmerniško vezje, sestavljeno iz šestih diod za nadaljnje zmanjšanje izhodnega valovanja in izboljšanje gostote moči. Na primer, v omrežno povezanem sistemu sinhronega generatorja s trajnim magnetom s trajnim magnetom, tri-fazni diodni usmerniški most pretvori tri-fazno izmenično moč generatorja v enosmerno moč, ki je nato povezana z omrežjem prek ojačevalnega vezja in pretvornika.
2, Scenarij uporabe: Popolna pokritost od povezave izven omrežja do omrežja
Tehnologija usmerjanja z diodami poteka skozi celoten življenjski cikel sistemov za proizvodnjo vetrne energije, njeni scenariji uporabe pa zajemajo tako sisteme, ki niso neodvisni od omrežja, kot velike-elektrarne, povezane z omrežjem.

Majhni -sistem za proizvodnjo vetrne energije izven omrežja: na oddaljenih območjih ali v scenarijih brez pokritosti z omrežjem vetrna turbina polni baterijo prek diodnega usmernika in napaja obremenitev prek pretvornika. Na primer, sistem za proizvodnjo vetrne energije izven omrežja s 5 kW uporablja tri-fazno mostično usmerniško vezje v kombinaciji z nadzorom sledenja maksimalne moči (MPPT), da doseže 15-odstotno povečanje učinkovitosti zajema vetrne energije. Istočasno se enosmerna prevodnost diod uporablja za preprečevanje povratnega polnjenja baterij, kar zagotavlja varnost sistema.
Ve-sistem za proizvodnjo vetrne energije, povezan z omrežjem: V shemi povezanega z omrežjem sinhronskega generatorja s trajnimi magneti z neposrednim pogonom (PMSG) usmernik diode služi kot sprednji-pretvornik za pretvorbo spremenljive amplitude in spremenljive frekvence izhodne moči izmeničnega toka generatorja v električno energijo z enosmernim tokom in nato prek pretvornika PWM doseže omrežno povezavo z enotnim faktorjem moči. Na primer, vetrna turbina z neposrednim pogonom z močjo 2 MW ima pretvorniško strukturo z diodnim usmernikom + Boost + PWM s sistemsko učinkovitostjo 96,5 %, kar je za 2 odstotni točki več od tradicionalne sheme indukcijskega generatorja z dvojnim napajanjem (DFIG).
3, Optimizacija učinkovitosti: preboj v celotni verigi od izbire naprave do sistemske integracije
Čeprav je tehnologija popravljanja diod zrela, na njeno učinkovitost še vedno vplivajo značilnosti naprave, topologija vezja in strategije nadzora. Industrija dosega preboj učinkovitosti na naslednje načine:

Izbira naprave: Ponavljanje od silicija do silicijevega karbida: Tradicionalne diode na osnovi silicija-imajo težave, kot so velike povratne izgube pri obnovitvi in ​​slaba učinkovitost pri visokih-temperaturah. Diode iz silicijevega karbida (SiC) so postale prednostna izbira za scenarije z visoko-frekvenčnostjo in visoko{4}}napetostjo zaradi svojih prednosti obnovitve ničelnega povratnega naboja (Qrr ≈ 0) in visokotemperaturne stabilnosti (spojna temperatura do 200 stopinj). Na primer, po zamenjavi naprav na osnovi silicija-s SiC diodami so se izgube usmernika vetrne turbine na morju z močjo 10 MW zmanjšale za 40 %, učinkovitost sistema pa je bila izboljšana na 97,2 %.
Inovacija topologije: Nadgradnja iz nenadzorovanega v obvladljivega: Čeprav je struktura nenadzorovanega popravljanja diod preprosta, ima težave, kot so visoki tokovni harmoniki in nizek faktor moči. Tehnologija PWM popravljanja doseže sinusoidni tok na strani stroja prek popolnoma nadzorovanih naprav, kot je IGBT, in tako odpravi harmonično onesnaženje. Na primer, vetrna turbina z močjo 3 MW sprejme strukturo -to- back{3}}to-back to back -to-strukturo PWM rectification+PWM inverter za doseganje delovanja štirih kvadrantov s faktorjem moči do 0,99 in stopnjo harmoničnega popačenja (THD) manj kot 3 %.
Toplotno upravljanje: Razvoj od naravnega hlajenja do hlajenja s tekočino: 70 % izgub diod se pretvori v toploto in za vsakih 10 stopinj dviga temperature spoja se povratni povratni naboj poveča za 15 % -20 %. Tehnologija tekočega hlajenja stabilizira temperaturo spoja pod 150 stopinj z neposrednim hlajenjem diodnega čipa in s tem podaljša življenjsko dobo naprave. Na primer, potem ko je vetrna turbina na morju s 15 MW sprejela shemo odvajanja toplote s hlajenjem s tekočino, se je življenjska doba diode podaljšala z 8 let na 15 let, stroški delovanja in vzdrževanja pa so se zmanjšali za 40 %.