Com configurar els díodes en sistemes d'acoblament d'emmagatzematge d'energia eòlica?

一, Selecció del tipus de díode: concordança precisa basada en escenaris d'aplicació
El sistema d'acoblament d'emmagatzematge d'energia eòlica cobreix múltiples aspectes, com ara la generació d'energia eòlica, la conversió d'energia i la càrrega i descàrrega d'emmagatzematge d'energia. Hi ha diferències significatives en els requisits de rendiment dels díodes en diferents escenaris i cal seleccionar els tipus de dispositius específics.

1. Procés de rectificació: els díodes de carbur de silici milloren l'eficiència de conversió
Al mòdul rectificador AC/DC dels aerogeneradors, els díodes tradicionals basats en silici{0} tenen pèrdues de commutació elevades a causa del seu llarg temps de recuperació inversa (50-100 ns), mentre que els díodes de carbur de silici (SiC) poden reduir significativament les pèrdues de rectificació a causa de les seves característiques de recuperació inversa ultra ràpida (Trr).<10ns) and low forward voltage drop (Vf<0.3V). For example, Cree's GaN HEMT diode reduces reverse recovery loss by 90% compared to silicon-based devices at a switching frequency of 1MHz, resulting in rectifier module efficiency exceeding 98%. In the offshore wind power scenario, Siemens uses a diode flexible rectifier valve instead of a modular multi-level rectifier valve, and reduces the converter station's volume by 80%, weight by 65%, and transmission loss by 20% under the same transmission capacity through the bridge arm series integrated pulse control strategy.

2. Enllaç d'emmagatzematge d'energia: el díode TVS millora la protecció contra sobretensions
En els sistemes d'emmagatzematge d'energia de la bateria de liti, els díodes TVS subjecten la sobretensió a un rang segur amb una velocitat de resposta de mil·lisegons. Prenent com a exemple el mòdul de bateria CTP3.0 de CATL, el díode Dongwo Electronics SMBJ15CA TVS (Pppm=600W, Vc{=18V) utilitzat en ell va reduir l'augment de la temperatura superficial del mòdul de la bateria en un 42% a la prova de fuga tèrmica UL9540A i va obtenir més de 10 vegades el temps de resposta del sistema de protecció contra incendis. Per als sistemes d'emmagatzematge d'energia de piles de combustible, els sensors de combustió catalítica i els díodes TVS s'han de configurar per tallar ràpidament el circuit en cas de fuites d'hidrogen. La pressió d'obertura del dispositiu d'alleujament d'explosió s'ha de controlar dins de 0,01 MPa.

3. Enllaç auxiliar fotovoltaic: díode bypass optimitzat amb tolerància a l'ombra
En els sistemes d'acoblament d'emmagatzematge d'energia solar eòlica, els mòduls fotovoltaics sovint experimenten una caiguda sobtada de la potència de sortida a causa de les ombres locals. En connectar un díode de bypass en sèrie amb cada 18-20 components, es pot transferir el corrent dels components blindats, reduint la pèrdua d'energia. Per exemple, quan una sola cèl·lula està completament obstruïda, la potència de sortida d'un mòdul de silici monocristal·lí pot disminuir un 75%, mentre que amb la configuració de díodes de bypass, la pèrdua de potència es pot controlar en un 10%. A més, s'ha d'utilitzar la tecnologia de detecció d'infrarojos per escanejar regularment els components i resoldre ràpidament els problemes de punts calents quan la diferència de temperatura supera els 10 graus.

2, Optimització de la topologia: construcció de xarxes electròniques de potència eficients i fiables
El mètode de connexió de la topologia dels díodes afecta directament l'eficiència del flux d'energia i la capacitat d'aïllament de fallades del sistema, i es requereix un disseny objectiu basat en el camí de conversió d'energia del sistema acoblat.

1. Circuit anti-càrrega inversa: disseny compost de díode de bloqueig i MOSFET
L'esquema anti-revers P-MOS tradicional té problemes com ara una gran resistència i la incapacitat de bloquejar el corrent invers. El controlador de díode ideal LM74700-Q1 de TI aconsegueix 0,01 Ω de resistència i velocitat d'apagada inversa a nivell de nanosegons mitjançant la integració de N-MOS i el circuit de control. Al sistema de baixa tensió de 48 V del cotxe ideal L9, aquesta solució redueix la pèrdua de connexió anti-reversa de 8 W a 0,2 W i l'augment de la temperatura del sistema de 15 graus a 2 graus, solucionant completament el risc de fallada tèrmica durant l'arrencada en fred.

2. Rectificació multinivell: topologia de pinça de díode
Per als escenaris de transmissió de corrent continu d'alta tensió-, els rectificadors multinivells (NPC) fixats per díodes aconsegueixen l'equilibri de tensió connectant condensadors i díodes en sèrie, reduint els requisits de resistència de tensió dels dispositius de commutació. En el projecte de transmissió de corrent continu d'ultra-tensió de ± 800 kV, la topologia NPC redueix la tensió de suport dels dispositius individuals de 1600 V a 650 V, alhora que redueix la taxa de distorsió harmònica (THDu) del 15% al ​​3%, millorant significativament la qualitat de l'energia.

3. Coordinació híbrida d'emmagatzematge d'energia: aïllament de díodes i distribució d'energia
En un sistema d'emmagatzematge d'energia híbrid format per bateries de liti i supercondensadors, la distribució d'energia s'ha d'aconseguir mitjançant díodes. Les bateries de liti compensen les fluctuacions de potència-baixa-a llarg termini, mentre que els supercondensadors fan front als cops de potència-alta-a curt termini. Per exemple, a l'estratègia de control de connexió de la xarxa eòlica, quan la taxa de fluctuació de la potència supera el 5%, el supercondensador es carrega i es descarrega ràpidament a través de díodes per suprimir la taxa de fluctuació fins al 2%; I les bateries de liti es regulen lentament a una velocitat de 0,1C per garantir que el SOC (estat de càrrega) es mantingui dins del rang segur del 20% al 80%.

3, Col·laboració de gestió tèrmica: control de temperatura des del nivell de components fins al nivell del sistema
La fallada tèrmica dels díodes és una de les principals causes de fallades del sistema d'emmagatzematge d'energia, i el control de la temperatura al llarg de tot el cicle de vida s'ha d'aconseguir mitjançant la innovació de materials, l'optimització estructural i el disseny tèrmic a nivell del sistema.

1. Actualització del material: el semiconductor de banda ampla redueix la pèrdua de calor
Els díodes de SiC poden suportar temperatures de fins a 600 graus, que és tres vegades més alt que els dispositius basats en silici-; Els díodes GaN poden funcionar de manera estable a 200 graus i proporcionar redundància tèrmica per a plataformes d'alta tensió de 800 V. El mòdul SiC de quarta generació de ROHM adopta un disseny de dissipació de calor de doble -cara, reduint la resistència tèrmica de 10K/W a 2K/W i aconseguint una densitat de potència de més de 100kW/L. Al sistema d'emmagatzematge d'energia BYD Cube, la tecnologia de refrigeració líquida estabilitza la temperatura de funcionament del díode per sota dels 45 graus, reduint el corrent de fuita inversa un 78% en comparació amb la solució refrigerada per aire-.

2. Innovació estructural: embalatge 3D i dissipació de calor incrustada
Apilant fitxes i incorporant estructures de dissipació de calor, es pot reduir significativament la resistència tèrmica dels díodes. Per exemple, la sèrie de díodes intel·ligents d'Infineon integra sensors de temperatura dins del xip per aconseguir un seguiment en temps real-de les corbes VF Tj. Quan la temperatura arriba al llindar, s'emet un avís 10 segons abans del llindar, que proporciona un temps d'intervenció actiu per a la gestió tèrmica del sistema.

3. Acoblament tèrmic a nivell del sistema: sinergia de temperatura d'emmagatzematge solar del vent
En el sistema d'acoblament d'emmagatzematge d'energia solar eòlica, cal establir una plataforma de gestió tèrmica unificada. Per exemple, una central d'emmagatzematge d'energia compartida a Qinghai adopta un sistema de producció d'hidrogen d'aigua de mar, que utilitza la calor residual de la cèl·lula electrolítica per escalfar la bateria de liti, reduint la taxa de degradació de la capacitat de la bateria del 30% al 5% en condicions de baixa temperatura a l'hivern. Al mateix temps, la canonada de refrigeració líquida del mòdul fotovoltaic comparteix el líquid de refrigeració amb el circuit d'oli de la caixa de canvis de l'aerogenerador, aconseguint la utilització de la cascada d'energia.