Hva er rollen til dioder i distribuerte vindkraftforsyningssystemer?

1, Rettingskrets: oppnå effektiv konvertering fra AC til DC
En av kjernefunksjonene til et distribuert vindkraftforsyningssystem er å konvertere vekselstrømseffekten fra vindturbiner til likestrøm for lagring i batterier eller direkte drift av DC-laster. Dioden danner en ukontrollerbar likeretterbro i denne prosessen, og oppnår "fullbølgelikretting" av vekselstrøm gjennom ensrettet ledningsevne, og konverterer de positive og negative vekselstrømsignalene i halvsyklus til ensrettet pulserende likestrøm.

Tekniske fordeler:

Enkel og pålitelig struktur: Den trefasede ukontrollerte likeretterbroen for tre-dioder krever bare 6 dioder, uten behov for komplekse kontrollkretser, og har lav feilfrekvens. For eksempel er Fujis MUR60120-diode (tåler spenning 1200V, merkestrøm 60A) mye brukt i små og mellomstore vindturbiner, med et ledningsspenningsfall på bare 0,7V og en likerettingseffektivitet på 98,5% i 10kW-nivåsystemer.
Betydelig kostnad-effektivitet: Sammenlignet med kontrollerbare likeretterkretser som består av IGBT eller MOSFET, reduseres kostnadene for diodelikeretterbroen med mer enn 60 %, og det er ikke behov for design av drivkretser og varmeavledning, noe som reduserer den første investeringen i systemet betydelig.
Tilpasning til tøffe miljøer: Dioden kan fungere stabilt innenfor temperaturområdet -40 grader til 150 grader, tåle høye temperaturer, støv og vibrasjoner i vindkraftproduksjonsscenarier, og har en levetid på over 20 år.
Ingeniørsak:
En offshore vindpark bruker en diodelikeretterventil for å erstatte den tradisjonelle modulære likeretterventilen (MMC). Under samme overføringskapasitet har omformerstasjonen redusert volum med 80 %, vekt med 65 % og installasjonstid med 20 %. Hovedårsaken er at diodelikeretterventilen ikke trenger å kontrollere hver undermodul uavhengig, noe som reduserer sannsynligheten for feil med 90 %, og reduserer ledningstap med 20 % sammenlignet med MMC, noe som resulterer i en 3,2 % økning i systemeffektivitet.

2, Anti omvendt tilkoblingsbeskyttelse: bygge den første forsvarslinjen for systemsikkerhet
Ladegrensesnittet til det distribuerte vindkraftforsyningssystemet må være kompatibelt med flere strøminnganger (som nettstrøm, dieselgeneratorer og batterier). Hvis brukeren ved et uhell reverserer polariteten til strømforsyningen, kan det føre til at de interne kondensatorene, MOSFET-ene og andre komponenter i kontrolleren brenner ut. Ved å koble dioder i serie ved strøminngangen, kan en lav- og svært pålitelig anti-reversbeskyttelseskrets konstrueres.

Designpunkter:

Optimalisering av foroverledningsspenningsfall: Schottky-dioder (som MBR1045CT) har et foroverspenningsfall på kun 0,3V, og i 5kW-nivåkontrollere utgjør ledningstapet mindre enn 0,6%, mye lavere enn tradisjonelle silisiumdioder (0,7V).
Omvendt lekkasjestrømkontroll: Ideelle diode-IC-er (som LTC4412) kan undertrykke reverserende lekkasjestrøm til under 1 μ A, og unngår kapasitetsdegradering av batteriet på grunn av lekkasjestrøm i standby-modus.
Overspenningsstrømundertrykkelse: Ved å koble NTC-termistorer parallelt med dioder, kan overspenningsstrømmen begrenses i øyeblikket av strømmen, og beskytter nedstrømskondensatoren. For eksempel vedtar et visst merke av stablet energilagringssystem et sammensatt skjema av "Schottky diode + NTC termistor". I reverskoblingstesten er reversstrømmen begrenset til innenfor 10mA, og systemet er ikke skadet.
Analyse av feilmodus:
I et vedlikeholdstilfelle av en vindkraftkontroller, på grunn av mangelen på reversbeskyttelse, koblet brukeren feil til strømforsyningen, noe som resulterte i en eksplosjon av inngangskondensatoren. Forbedringsplanen for oppfølging- tar i bruk en sammensatt krets av "Schottky diode+self recovering fuse", som kutter av dioden og smelter sikringen når den reverseres, og isolerer feilen fullstendig og reduserer vedlikeholdskostnadene med 80 %.

3, Energigjenopprettingsveikontroll: Optimalisering av strømstyring av bremsemotstander
Når vindhastigheten overstiger nominell verdi, må vindturbinen forbruke overflødig energi gjennom pitchkontroll eller bremsemotstander. Hvis bremsemotstandskretsen ikke er riktig utformet, kan reversstrøm flyte inn i kontrolleren gjennom IGBT-kroppsdioden, og forårsake overoppheting av komponentene. Dioden kan konstruere en uavhengig energigjenvinningsbane, og sikre at bremsestrømmen bare frigjøres gjennom motstanden.

Typiske bruksområder:

Buck-krets frihjulsdiode: I DC/DC buck-kretser gir frihjulsdioder (som 1N5819WS) en frigjøringsbane for induktiv energilagring, og unngår generering av høyspent tilbake elektromotorisk kraft når IGBT er slått av. I henhold til faktiske testdata ble temperaturøkningen til bremsemotstanden ved bruk av dette skjemaet redusert fra 120 grader til 85 grader , og systemeffektiviteten økte med 3,2%.
Boost-krets anti-tilbakestrømningsdiode: I en boost-krets forhindrer en diode (som MBR20100CT) utgangsspenningen fra å strømme tilbake til inngangsterminalen, og beskytter komponentene på lavspenningssiden. For eksempel, etter at et bestemt merke av 5kW vindkraftinverter har tatt i bruk denne ordningen, forlenges levetiden til bremsemotstanden med tre ganger, og vedlikeholdssyklusen utvides fra 6 måneder til 18 måneder.
4, Ny materialapplikasjon: Silisiumkarbiddiode driver systemoppgradering
Med modenhet av silisiumkarbid (SiC) dioder, akselererer deres null omvendt ladningsgjenvinning (Qrr ≈ 0) og høytemperaturmotstand (200 grader) utskiftingen av silisium-baserte dioder innen distribuert vindkraftforsyning. For eksempel reduserer Crees C3D10060A SiC Schottky-diode ledningstap med 75 % sammenlignet med silisiumdioder under 100A/600V-forhold, med reversert gjenopprettingstap nærmer seg null.

Søknadsscenario:

Høyfrekvent DC/DC-omformer: SiC-dioder kan øke svitsjefrekvensen til over 200kHz, noe som reduserer størrelsen på induktorer og kondensatorer betydelig. Etter å ha tatt i bruk SiC-dioder i en viss merkevares 10kW vindomformer, reduseres volumet med 40%, vekten reduseres med 30%, og effekttettheten økes til 5kW/kg.
Mellomspenningsfrekvensomformer: I 10kV vindkraftomformere kan SiC-dioder redusere antall kaskader og redusere systemkompleksiteten. Siemens bruker en kaskadet H-brotopologi med fem nivåer med SiC-dioder for å oppnå 9-nivås utgang, tredoble den ekvivalente svitsjefrekvensen, redusere harmonisk forvrengning til under 1,5 % og redusere filtervolumet med 40 %.