Ako nakonfigurovať diódy v spojovacích systémoch na ukladanie veternej energie?

一, Výber typu diódy: presné prispôsobenie na základe aplikačných scenárov
Systém spojenia akumulácie veternej energie pokrýva viacero aspektov, ako je výroba veternej energie, premena energie a nabíjanie a vybíjanie skladovania energie. Existujú značné rozdiely v požiadavkách na výkon diód v rôznych scenároch a je potrebné zvoliť cielené typy zariadení.

1. Proces rektifikácie: Diódy z karbidu kremíka zlepšujú účinnosť konverzie
V module usmerňovača striedavého a jednosmerného prúdu veterných turbín majú tradičné diódy na báze kremíka-vysoké spínacie straty v dôsledku dlhej doby spätného zotavenia (50 – 100 ns), zatiaľ čo diódy z karbidu kremíka (SiC) môžu výrazne znížiť straty pri usmerňovaní vďaka svojim ultra rýchlym charakteristikám spätného zotavenia (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. Odkaz na skladovanie energie: Dióda TVS zvyšuje ochranu proti prepätiu
V systémoch na ukladanie energie z lítiových batérií kontrolujú diódy TVS prepätie v bezpečnom rozsahu s rýchlosťou odozvy v milisekundách. Ak si vezmeme ako príklad batériový modul CTP3.0 CATL, dióda Dongwo Electronics SMBJ15CA TVS (Pppm=600W, Vc=18V) použitá v ňom znížila nárast povrchovej teploty batériového modulu o 42 % v teste tepelného úniku UL9540A a dosiahla viac ako 10-násobok času odozvy systému požiarnej ochrany. Pre systémy skladovania energie v palivových článkoch musia byť senzory katalytického spaľovania a TVS diódy nakonfigurované tak, aby v prípade úniku vodíka rýchlo prerušili okruh. Otvárací tlak zariadenia na uvoľnenie výbuchu by mal byť kontrolovaný v rozmedzí 0,01 MPa.

3. Fotovoltaický pomocný článok: bypassová dióda optimalizovaná pre tieňovú toleranciu
V systémoch spájania veternej solárnej energie u fotovoltaických modulov často dochádza k náhlemu poklesu výstupného výkonu v dôsledku miestnych tieňov. Pripojením jednej bypass diódy do série s každých 18-20 komponentov je možné prenášať prúd tienených komponentov, čím sa znižuje strata energie. Napríklad, keď je jeden článok úplne upchatý, výstupný výkon monokryštalického kremíkového modulu sa môže znížiť o 75 %, zatiaľ čo pri konfigurácii bypass diód je možné kontrolovať stratu výkonu v rozmedzí 10 %. Okrem toho by sa mala technológia infračervenej detekcie používať na pravidelné skenovanie komponentov a rýchle riešenie problémov s horúcimi miestami, keď teplotný rozdiel presiahne 10 stupňov.

2, Optimalizácia topológie: Budovanie efektívnych a spoľahlivých výkonových elektronických sietí
Metóda topologického pripojenia diód priamo ovplyvňuje účinnosť energetického toku a schopnosť izolácie porúch systému a vyžaduje sa cielený dizajn založený na ceste premeny energie prepojeného systému.

1. Obvod proti spätnému nabíjaniu: kompozitný dizajn blokovacej diódy a MOSFET
Tradičná antireverzná schéma P-MOS má problémy, ako je vysoký odpor a neschopnosť blokovať spätný prúd. Ideálny diódový ovládač TI LM74700-Q1 dosahuje odpor 0,01 Ω a rýchlosť spätného vypínania na úrovni nanosekundy integráciou N-MOS a riadiaceho obvodu. V 48V nízkonapäťovom systéme ideálneho automobilu L9 toto riešenie znižuje stratu antireverzného spojenia z 8W na 0,2W a zvýšenie teploty systému z 15 stupňov na 2 stupne, čím úplne rieši riziko tepelného zlyhania pri studenom štarte.

2. Viacúrovňová náprava: topológia diódovej svorky
Pre scenáre vysokonapäťového prenosu jednosmerného prúdu dosahujú viacúrovňové usmerňovače (NPC) upínané diódami rovnováhu napätia zapojením kondenzátorov a diód do série, čím sa znižujú požiadavky na napäťový odpor spínacích zariadení. V projekte prenosu ± 800 kV ultra-vysokého napätia jednosmerného prúdu topológia NPC znižuje výdržné napätie jednotlivých zariadení z 1600 V na 650 V a zároveň znižuje mieru harmonického skreslenia (THDu) z 15 % na 3 %, čím sa výrazne zlepšuje kvalita napájania.

3. Hybridná koordinácia ukladania energie: izolácia diód a distribúcia energie
V hybridnom systéme skladovania energie zloženom z lítiových batérií a superkondenzátorov je potrebné dosiahnuť distribúciu energie prostredníctvom diód. Lítiové batérie kompenzujú dlhodobé-nízke{2}}kolísanie výkonu, zatiaľ čo superkondenzátory sa vyrovnávajú s krátkodobými-vysokým{4}}výbojom energie. Napríklad v stratégii riadenia pripojenia veternej elektrickej siete, keď miera kolísania výkonu presiahne 5 %, superkondenzátor sa rýchlo nabíja a vybíja cez diódy, aby sa potlačil rýchlosť kolísania na 2 %; A lítiové batérie sú pomaly regulované rýchlosťou 0,1 C, aby sa zabezpečilo, že SOC (stav nabitia) sa udrží v bezpečnom rozsahu 20 % -80 %.

3, Spolupráca tepelného manažmentu: Kontrola teploty od úrovne komponentov po úroveň systému
Tepelné zlyhanie diód je jednou z hlavných príčin porúch systému akumulácie energie a reguláciu teploty počas celého životného cyklu je potrebné dosiahnuť prostredníctvom inovácie materiálu, štrukturálnej optimalizácie a tepelného návrhu na úrovni systému.

1. Upgrade materiálu: Široký pásmový polovodič znižuje tepelné straty
Diódy SiC dokážu odolať teplotám až 600 stupňov , čo je trikrát viac ako zariadenia na báze kremíka-; Diódy GaN môžu pracovať stabilne pri 200 stupňoch a poskytovať tepelnú redundanciu pre 800V vysokonapäťové platformy. SiC modul štvrtej generácie od ROHM využíva obojstranný{6}}dizajn odvodu tepla, čím sa znižuje tepelný odpor z 10K/W na 2K/W a dosahuje hustota výkonu nad 100kW/L. V systéme uchovávania energie BYD Cube technológia chladenia kvapalinou stabilizuje prevádzkovú teplotu diódy pod 45 stupňov, čím sa redukuje spätný zvodový prúd o 78 % v porovnaní s riešením chladeným vzduchom-.

2. Štrukturálna inovácia: 3D balenie a zabudovaný odvod tepla
Naskladaním čipov a zabudovaním štruktúr odvádzajúcich teplo možno výrazne znížiť tepelný odpor diód. Napríklad séria inteligentných diód Infineon integruje teplotné senzory do čipu, aby sa dosiahlo monitorovanie kriviek VF Tj v reálnom čase-. Keď teplota dosiahne prahovú hodnotu, 10 sekúnd pred prahovou hodnotou sa vydá varovanie, ktoré poskytuje čas aktívneho zásahu pre riadenie teploty systému.

3. Tepelná väzba na úrovni systému: synergia teploty akumulácie veternej slnečnej energie
V systéme spájania akumulácie veternej solárnej energie je potrebné vytvoriť jednotnú platformu tepelného manažmentu. Napríklad spoločná elektráreň na skladovanie energie v Qinghai využíva systém výroby vodíka z morskej vody, ktorý využíva odpadové teplo elektrolytického článku na ohrev lítiovej batérie, čím sa znižuje rýchlosť degradácie kapacity batérie z 30 % na 5 % pri nízkych teplotách v zime. Súčasne kvapalinové chladiace potrubie fotovoltaického modulu zdieľa chladiacu kvapalinu s olejovým okruhom prevodovky veternej turbíny, čím sa dosahuje využitie energetickej kaskády.