Quin és el paper dels díodes en els sistemes de subministrament d'energia eòlica distribuïda?

1, Circuit de rectificació: aconseguir una conversió eficient de CA a CC
Una de les funcions bàsiques d'un sistema de subministrament d'energia eòlica distribuïda és convertir la potència de sortida de les turbines eòliques en potència de corrent continu per a l'emmagatzematge en bateries o la transmissió directa de càrregues de corrent continu. El díode forma un pont rectificador incontrolable en aquest procés, aconseguint la "rectificació d'ona completa" de la potència de CA a través de la conductivitat unidireccional, convertint els senyals de CA de mig cicle positius i negatius en potència de CC polsant unidireccional.

Avantatges tècnics:

Estructura senzilla i fiable: el pont rectificador incontrolat de díodes trifàsics-només requereix 6 díodes, sense necessitat de circuits de control complexos, i té una taxa de fallada baixa. Per exemple, el díode MUR60120 de Fuji (tensió suportada 1200 V, corrent nominal 60 A) s'utilitza àmpliament en turbines eòliques -petites i mitjanes, amb una caiguda de tensió de conducció de només 0,7 V i una eficiència de rectificació del 98,5% en sistemes de nivell de 10 kW.
Cost-eficàcia important: en comparació amb els circuits rectificadors controlables composts per IGBT o MOSFET, el cost del pont rectificador de díodes es redueix en més d'un 60% i no hi ha necessitat de disseny de circuits de conducció i dissipació de calor, reduint significativament la inversió inicial del sistema.
Adaptar-se a entorns durs: el díode pot funcionar de manera estable dins del rang de temperatura de -40 graus a 150 graus, suportar altes temperatures, pols i vibracions en escenaris de generació d'energia eòlica i tenir una vida útil de més de 20 anys.
Cas d'enginyeria:
Un parc eòlic marí utilitza una vàlvula rectificadora de díode per substituir la tradicional vàlvula rectificadora multi-modular (MMC). Amb la mateixa capacitat de transmissió, l'estació convertidora ha reduït el volum en un 80%, el pes en un 65% i el temps d'instal·lació en un 20%. El motiu principal és que la vàlvula rectificadora de díode no necessita controlar de manera independent cada submòdul, reduint la probabilitat de fallada en un 90% i reduint la pèrdua de conducció en un 20% en comparació amb MMC, donant lloc a un augment del 3,2% de l'eficiència del sistema.

2, protecció contra connexió inversa: construcció de la primera línia de defensa per a la seguretat del sistema
La interfície de càrrega del sistema de subministrament d'energia eòlica distribuïda ha de ser compatible amb múltiples entrades d'energia (com ara la xarxa elèctrica, els generadors dièsel i les bateries). Si l'usuari inverteix accidentalment la polaritat de la font d'alimentació, pot provocar que es cremin els condensadors interns, els MOSFET i altres components del controlador. En connectar els díodes en sèrie a l'entrada de potència, es pot construir un circuit de protecció anti-reversa de baix cost-altament fiable.

Punts de disseny:

Optimització de la caiguda de tensió de conducció directa: els díodes Schottky (com ara MBR1045CT) tenen una caiguda de tensió directa de només 0,3 V, i en els controladors de nivell de 5 kW, la pèrdua de conducció representa menys del 0,6%, molt inferior als díodes de silici tradicionals (0,7 V).
Control de corrent de fuga inversa: els circuits integrats de díodes ideals (com ara LTC4412) poden suprimir el corrent de fuga inversa per sota d'1 μ A, evitant la degradació de la capacitat de la bateria a causa del corrent de fuga en mode d'espera.
Supressió de sobretensió: mitjançant la connexió de termistors NTC en paral·lel amb díodes, es pot limitar el corrent de sobretensió en el moment de l'encesa, protegint el condensador aigües avall. Per exemple, una determinada marca de sistema d'emmagatzematge d'energia apilat adopta un esquema compost de "díode Schottky + termistor NTC". A la prova de connexió inversa, el corrent invers es limita a 10 mA i el sistema no està danyat.
Anàlisi del mode de fallada:
En un cas de manteniment d'un controlador d'energia eòlica, a causa de la manca de protecció anti-reversa, l'usuari va connectar per error la font d'alimentació, donant lloc a una explosió del condensador d'entrada. El pla de millora-de seguiment adopta un circuit compost de "díode Schottky+fusible de recuperació automàtica", que talla el díode i fon el fusible quan s'inverteix, aïllant completament la falla i reduint els costos de manteniment en un 80%.

3, Control del camí de recuperació d'energia: optimització de la gestió de potència de les resistències de frenada
Quan la velocitat del vent supera el valor nominal, l'aerogenerador necessita consumir l'excés d'energia mitjançant el control de pas o resistències de frenada. Si el circuit de la resistència de fre no està dissenyat correctament, el corrent invers pot fluir al controlador a través del díode del cos IGBT, provocant un sobreescalfament dels components. El díode pot construir un camí de recuperació d'energia independent, assegurant que el corrent de frenada només s'alliberi a través de la resistència.

Aplicacions típiques:

Díode de roda lliure del circuit Buck: en els circuits Buck DC/DC, els díodes de roda lliure (com ara 1N5819WS) proporcionen un camí d'alliberament per a l'emmagatzematge d'energia inductiva, evitant la generació de força electromotriu inversa d'alta -tensió quan s'apaga l'IGBT. Segons les dades de la prova real, l'augment de temperatura de la resistència de frenada amb aquest esquema va disminuir de 120 graus a 85 graus i l'eficiència del sistema va augmentar un 3,2%.
Díode anti-retorn del circuit de reforç: en un circuit de reforç, un díode (com ara MBR20100CT) impedeix que la tensió de sortida retorni cap al terminal d'entrada, protegint els components laterals de baixa tensió-. Per exemple, després que una determinada marca d'inversor d'energia eòlica de 5 kW adopti aquest esquema, la vida útil de la resistència de frenada s'allarga tres vegades i el cicle de manteniment s'allarga de 6 mesos a 18 mesos.
4, Nova aplicació de material: el díode de carbur de silici impulsa l'actualització del sistema
Amb la maduresa dels díodes de carbur de silici (SiC), les seves característiques de recuperació de càrrega inversa zero (Qrr ≈ 0) i de resistència a alta temperatura (200 graus) estan accelerant la substitució dels díodes basats en silici- en el camp del subministrament d'energia eòlica distribuïda. Per exemple, el díode Schottky C3D10060A SiC de Cree redueix la pèrdua de conducció en un 75% en comparació amb els díodes de silici en condicions de 100A/600V, amb una pèrdua de recuperació inversa que s'acosta a zero.

Escenari d'aplicació:

Convertidor DC/DC d'alta freqüència: els díodes SiC poden augmentar la freqüència de commutació a més de 200 kHz, reduint significativament la mida dels inductors i condensadors. Després d'adoptar díodes SiC en l'inversor de vent de 10 kW d'una determinada marca, el volum es redueix un 40%, el pes es redueix un 30% i la densitat de potència augmenta a 5kW/kg.
Convertidor de freqüència de mitjana tensió: en els convertidors d'energia eòlica de 10 kV, els díodes SiC poden reduir el nombre de cascades i reduir la complexitat del sistema. Siemens utilitza una topologia de pont H-en cascada de cinc nivells amb díodes SiC per aconseguir una sortida de 9 nivells, triplicar la freqüència de commutació equivalent, reduir la distorsió harmònica per sota de l'1,5% i reduir el volum del filtre en un 40%.