Com utilitzar la rectificació de díodes al sistema de generació d'energia eòlica?

1, principi tècnic: arquitectura bàsica de rectificació de díodes
El principi bàsic de la rectificació del díode es basa en la conductivitat unidireccional de la unió PN. Quan el mig cicle positiu de corrent altern s'aplica a l'ànode del díode, la unió PN està polaritzada cap endavant i el corrent passa a través; Durant el mig cicle negatiu, la polarització inversa es talla i el corrent es bloqueja. Configurant raonablement el nombre i el mètode de connexió dels díodes, es pot aconseguir la conversió de CA a CC.

Rectificació de mitja ona: utilitzant un sol díode i utilitzant només el mig cicle positiu d'alimentació CA, l'eficiència és relativament baixa (màxim teòric del 50%), però el circuit és senzill i el cost és baix, el que el fa adequat per a petits sistemes de generació d'energia eòlica.
Rectificació d'ona completa: mitjançant l'ús d'una estructura de pont (4 díodes) o un transformador central (2 díodes), l'eficiència s'incrementa a més del 81% utilitzant els semicicles positius i negatius de corrent altern. Entre ells, la rectificació del pont s'ha convertit en la solució principal per a la generació d'energia eòlica a causa de la manca de transformadors especials i de petites fluctuacions de voltatge de sortida.
Rectificació trifàsica: per a la sortida d'energia de CA trifàsica de les turbines eòliques, s'utilitza un circuit rectificador de pont trifàsic format per sis díodes per reduir encara més la ondulació de sortida i millorar la densitat de potència. Per exemple, en un sistema connectat a la xarxa d'un generador síncron d'imants permanents d'accionament directe, un pont rectificador de díodes-trifàsics converteix la potència de CA trifàsica de sortida del generador en potència de corrent continu, que després es connecta a la xarxa mitjançant un circuit de reforç i un inversor.
2, Escenari d'aplicació: cobertura completa des de la connexió a la xarxa fora de la xarxa
La tecnologia de rectificació de díodes s'executa durant tot el cicle de vida dels sistemes de generació d'energia eòlica i els seus escenaris d'aplicació cobreixen tant els sistemes independents de la xarxa com les centrals elèctriques{0}}a gran escala connectades a la xarxa.

Sistema de generació d'energia eòlica -a petita escala fora de la xarxa: en zones remotes o escenaris sense cobertura de xarxa, l'aerogenerador carrega la bateria mitjançant un rectificador de díode i subministra energia a la càrrega mitjançant un inversor. Per exemple, un sistema de generació d'energia eòlica fora de la xarxa de 5 kW adopta un circuit rectificador de pont trifàsic, combinat amb un control de seguiment del punt de màxima potència (MPPT), per aconseguir un augment del 15% de l'eficiència de captura d'energia eòlica. Al mateix temps, la conductivitat unidireccional dels díodes s'utilitza per evitar la càrrega inversa de les bateries, garantint la seguretat del sistema.
Sistema de generació d'energia eòlica a gran escala-connectat a la xarxa: a l'esquema connectat a la xarxa del generador síncron d'imants permanents d'accionament directe (PMSG), un rectificador de díode serveix com a convertidor frontal-per convertir la potència de CA d'amplitud variable i freqüència variable del generador en potència de CC i, a continuació, aconseguir una connexió de xarxa de factor de potència unitari mitjançant un inversor PWM. Per exemple, una turbina eòlica d'accionament directe de 2 MW adopta una estructura d'inversor de rectificació de díodes + Boost + PWM, amb una eficiència del sistema del 96,5%, que és 2 punts percentuals superior a l'esquema tradicional de generador d'inducció de doble alimentació (DFIG).
3, Optimització de l'eficiència: un avenç en tota la cadena, des de la selecció de dispositius fins a la integració del sistema
Tot i que la tecnologia de rectificació de díodes és madura, la seva eficiència encara es veu afectada per les característiques del dispositiu, la topologia del circuit i les estratègies de control. La indústria aconsegueix avenços en eficiència a través dels camins següents:

Selecció del dispositiu: iteració de silici a carbur de silici: els díodes tradicionals basats en silici-tenen problemes com ara pèrdues de recuperació inversa elevades i un rendiment deficient a alta-temperatura. Els díodes de carbur de silici (SiC) s'han convertit en l'opció preferida per als escenaris d'alta -freqüència i alt-tensió a causa dels seus avantatges de recuperació de càrrega inversa zero (Qrr ≈ 0) i estabilitat a alta temperatura (temperatura de la unió fins a 200 graus). Per exemple, després de substituir els dispositius basats en silici-per díodes de SiC, les pèrdues del rectificador d'una turbina eòlica marina de 10 MW es van reduir en un 40% i l'eficiència del sistema es va millorar fins al 97,2%.
Innovació en topologia: Actualització d'incontrolable a controlable: tot i que l'estructura de la rectificació de díodes no controlada és senzilla, té problemes com ara harmònics de corrent elevat i factor de potència baix. La tecnologia de rectificació PWM aconsegueix un corrent sinusoïdal al costat de la màquina mitjançant dispositius totalment controlats com IGBT, eliminant la contaminació harmònica. Per exemple, una turbina eòlica de 3 MW adopta una estructura d'esquena--de rectificació PWM + inversor PWM per aconseguir un funcionament de quatre quadrants, amb un factor de potència de fins a 0,99 i una taxa de distorsió harmònica (THD) inferior al 3%.
Gestió tèrmica: Evolució de la refrigeració natural a la refrigeració líquida: el 70% de les pèrdues de díodes es converteixen en calor, i per cada augment de 10 graus de temperatura de la unió, la càrrega de recuperació inversa augmenta entre un 15% i un 20%. La tecnologia de refrigeració líquida estabilitza la temperatura de la unió per sota dels 150 graus refredant directament el xip del díode, allargant així la vida útil del dispositiu. Per exemple, després que una turbina eòlica marina de 15 MW adoptés un esquema de dissipació de calor de refrigeració líquida, la vida del díode es va ampliar de 8 a 15 anys i els costos d'operació i manteniment es van reduir en un 40%.