Com integrar els díodes de bypass als controladors d'energia eòlica?

一, la funció principal del díode de derivació: defensa activa contra l'efecte del punt calent
La funció bàsica dels díodes de derivació en els sistemes de generació d'energia eòlica és prevenir els efectes de punts calents. Quan les pales d'un aerogenerador estan obstruïdes (com ara neu, excrements d'ocells o falles locals), les cèl·lules de la bateria a la zona obstruïda no poden generar electricitat i es converteixen en una càrrega que consumeix el corrent generat per altres cèl·lules normals de la bateria, donant lloc a un fort augment de la temperatura local (fins a 200 graus o més) i la formació de punts calents. Els punts calents no només danyen permanentment les cèl·lules de la bateria, redueixen l'eficiència de generació d'energia, sinó que fins i tot poden provocar incendis.

El díode de bypass està connectat en paral·lel invers als dos extrems del paquet de bateries i es troba en un estat de tall invers en condicions normals de funcionament, sense afectar el funcionament del circuit; Quan una determinada cèl·lula de la bateria està obstruïda, la tensió als dos extrems s'eleva fins al llindar de conducció cap endavant del díode i el corrent passa per l'àrea de falla per evitar la formació de punts calents. Per exemple, una unitat de turbina eòlica marina de 5 MW adopta un esquema de connexió en paral·lel d'un díode de derivació per a cada sèrie de cèl·lules de la bateria. A la prova d'ombrejat local, la temperatura del punt calent va disminuir de 185 graus a 45 graus i la vida útil del component es va allargar més de tres vegades.

2, Escenari integrat: extensió tecnològica dels mòduls fotovoltaics als controladors d'energia eòlica
Encara que els díodes de bypass es van aplicar per primera vegada en sistemes fotovoltaics, els seus principis tècnics tenen una alta adaptabilitat en la generació d'energia eòlica. En els controladors d'energia eòlica, la integració de díodes de bypass es reflecteix principalment en els escenaris següents:

1. Protecció lateral del rotor dels aerogeneradors de doble alimentació
Quan un generador d'inducció amb doble alimentació experimenta una caiguda de tensió a la xarxa elèctrica, es pot produir una sobreintensitat al costat del rotor, que pot danyar l'inversor. El circuit de protecció actiu Crowbar allibera energia del rotor a la resistència de bypass a través d'un pont rectificador de díodes, on cada braç de pont del pont rectificador es compon de dos díodes connectats en sèrie, assegurant l'alliberament d'energia en 10 ms. Per exemple, una unitat de doble alimentació offshore de 10 MW adopta un circuit Crowbar de tipus IGBT, combinat amb díodes ràpids, per mantenir un funcionament estable del sistema fins i tot quan la tensió baixa al 20%.

2. Optimització del procés de rectificació de la unitat d'imant permanent d'accionament directe
L'aerogenerador d'imant permanent d'accionament directe adopta un circuit rectificador de díode incontrolable per convertir l'energia de corrent alterna trifàsica en corrent continu. Tot i que l'estructura és senzilla, la pèrdua de conducció del díode afecta directament l'eficiència del sistema. En substituir els díodes de silici tradicionals per díodes Schottky de carbur de silici (SiC), la caiguda de tensió de conducció es pot reduir de 0,7 V a 0,3 V. Amb un corrent de 1.000 A, una sola unitat pot estalviar fins a 200.000 kWh d'electricitat per any.

3. Gestió de la bateria dels controladors d'energia eòlica fora de xarxa
En sistemes fora de xarxa, el controlador ha d'evitar que la bateria es descarregui a la inversa a l'aerogenerador durant la nit o el temps ennuvolat. En connectar els díodes de bypass en sèrie al circuit de càrrega, es forma un camí de corrent unidireccional. Per exemple, un projecte de microxarxa en una zona remota utilitza un controlador amb díodes anti-revers, que allarga la vida de la bateria de 3 anys a 6 anys i redueix el cost global del sistema en un 40%.

3, Criteris de selecció: des de la concordança de paràmetres fins a la verificació de la fiabilitat
El rendiment dels díodes de bypass afecta directament l'estabilitat dels controladors d'energia eòlica, i la seva selecció ha de tenir en compte de manera exhaustiva els següents paràmetres bàsics:

1. Corrent de treball i tensió de ruptura inversa
Corrent de treball: ha de ser superior al corrent de curt-circuit de la cadena de la pila de la bateria. Per exemple, si el corrent de curt-circuit d'una pila de bateria de 210 mm és de 18 A, el corrent nominal del díode de derivació ha de ser superior o igual a 20 A.
Tensió de ruptura inversa: hauria de ser 1,2 vegades superior a la tensió de circuit obert de la pila de la bateria. Prenent com a exemple el sistema de 1500 V, la tensió de resistència inversa del díode ha de ser superior o igual a 1800 V.
2. Disseny de rendiment tèrmic i dissipació de calor
Temperatura de la unió: Ha de complir els requisits màxims de temperatura de funcionament del sistema. La temperatura de l'entorn del mar pot arribar als 55 graus i la temperatura de la unió del díode ha de ser inferior o igual a 175 graus.
Resistència tèrmica: la baixa resistència tèrmica pot accelerar la conducció de calor. Per exemple, els díodes envasats en substrats de coure poden tenir una resistència tèrmica tan baixa com 0,5 K/W, que és un 60% inferior als envasos de plàstic tradicionals.
3. Resposta dinàmica i proves de fiabilitat
Velocitat de canvi: s'ha d'adaptar als canvis sobtats de la velocitat del vent. Per exemple, una determinada unitat terrestre requereix díodes per completar la commutació de conducció / tall en 10 μ s.
Prova de vida útil: cal passar la prova de fuga tèrmica de l'estàndard IEC 62979, el que significa que la temperatura de la superfície augmenta inferior o igual a 15 graus quan s'aplica el corrent nominal durant 1 hora en un entorn de 75 graus.