Ako používať diódovú rektifikáciu v systéme výroby veternej energie?

1, Technický princíp: Základná architektúra diódového usmerňovania
Základný princíp usmerňovania diód je založený na jednosmernej vodivosti PN prechodu. Keď je na anódu diódy privedený kladný polcyklus striedavého prúdu, PN prechod je predpätý a prúd prechádza; Počas záporného polcyklu sa spätná odchýlka preruší a prúd sa zablokuje. Primeranou konfiguráciou počtu a spôsobu pripojenia diód je možné dosiahnuť konverziu zo striedavého na jednosmerný prúd.

Polovlnová usmernenie: s použitím jedinej diódy a iba s využitím kladného polovičného cyklu striedavého prúdu je účinnosť relatívne nízka (teoretické maximum 50%), ale obvod je jednoduchý a náklady sú nízke, vďaka čomu je vhodný pre malé systémy na výrobu veternej energie.
Plnovlnné usmernenie: Použitím mostíkovej konštrukcie (4 diódy) alebo stredového odbočovacieho transformátora (2 diódy) sa účinnosť zvýši na viac ako 81 % využitím kladných a záporných polovičných cyklov striedavého prúdu. Spomedzi nich sa mostová náprava stala hlavným riešením pre výrobu veternej energie kvôli nedostatku špeciálnych transformátorov a malým výkyvom výstupného napätia.
Trojfázové usmernenie: Pre trojfázový výstup striedavého prúdu z veterných turbín sa používa trojfázový mostíkový usmerňovací obvod pozostávajúci zo šiestich diód na ďalšie zníženie výstupného zvlnenia a zlepšenie hustoty výkonu. Napríklad v systéme so synchrónnym generátorom s priamym pohonom, ktorý je pripojený k sieti, trojfázový diódový usmerňovací mostík premieňa trojfázový striedavý prúd generátora na jednosmerný prúd, ktorý je potom pripojený k rozvodnej sieti cez posilňovací obvod a invertor.
2, Scenár aplikácie: Úplné pokrytie od pripojenia mimo siete k sieti
Technológia usmerňovania diód prebieha počas celého životného cyklu systémov na výrobu veternej energie a jej aplikačné scenáre pokrývajú systémy nezávislé od siete aj veľké{0}}elektrárne pripojené k sieti.

Malý{0}}systém výroby veternej energie mimo siete: V odľahlých oblastiach alebo scenároch bez pokrytia sieťou veterná turbína nabíja batériu cez diódový usmerňovač a napája záťaž cez invertor. Napríklad systém výroby veternej energie s výkonom 5 kW mimo siete využíva trojfázový mostíkový usmerňovací obvod v kombinácii s riadením sledovania maximálneho výkonu (MPPT) na dosiahnutie 15 % zvýšenia účinnosti zachytávania veternej energie. Zároveň sa využíva jednosmerná vodivosť diód, aby sa zabránilo spätnému nabíjaniu batérií, čím je zaistená bezpečnosť systému.
Veľký{0}}systém na výrobu veternej energie pripojený k sieti: V schéme zapojenia do siete synchrónneho generátora s permanentným magnetom (PMSG) s priamym pohonom slúži diódový usmerňovač ako predný-konvertor na konverziu striedavého výkonu generátora s premenlivou amplitúdou a premenlivou frekvenciou na jednosmerný prúd a potom na dosiahnutie jednotného účinníka pripojenia k sieti prostredníctvom invertora PWM. Napríklad veterná turbína s priamym pohonom s výkonom 2 MW využíva štruktúru meniča diódového usmerňovania + Boost + PWM s účinnosťou systému 96,5 %, čo je o 2 percentuálne body viac ako pri tradičnej schéme indukčného generátora s dvojitým napájaním (DFIG).
3, Optimalizácia účinnosti: prelom v celom reťazci od výberu zariadenia až po integráciu systému
Aj keď je technológia usmerňovania diód vyspelá, jej účinnosť je stále ovplyvnená charakteristikami zariadenia, topológiou obvodov a stratégiami riadenia. Priemysel dosahuje prielom v oblasti efektívnosti prostredníctvom nasledujúcich ciest:

Výber zariadenia: Iterácia od kremíka po karbid kremíka: Tradičné diódy na báze kremíka-majú problémy, ako sú vysoké straty pri spätnom zotavení a slabý výkon pri vysokých-teplotách. Diódy z karbidu kremíka (SiC) sa stali preferovanou voľbou pre vysoko-frekvenčné a vysokonapäťové scenáre- kvôli ich výhodám nulového spätného nabitia (Qrr ≈ 0) a vysokej teplotnej stabilite (teplota spoja až 200 stupňov ). Napríklad po výmene zariadení na báze kremíka-za SiC diódy sa straty v usmerňovači 10MW veternej turbíny na mori znížili o 40 % a účinnosť systému sa zlepšila na 97,2 %.
Inovácia topológie: Upgrade z nekontrolovateľného na kontrolovateľný: Hoci štruktúra nekontrolovaného usmerňovania diód je jednoduchá, má problémy, ako sú vysoké prúdové harmonické a nízky účinník. Technológia PWM usmerňovania dosahuje sínusový prúd na strane stroja prostredníctvom plne riadených zariadení, ako je IGBT, čím sa eliminuje harmonické znečistenie. Napríklad veterná turbína s výkonom 3 MW využíva štruktúru PWM usmerňovania + PWM meniča typu back -k{4}}, aby sa dosiahla prevádzka v štyroch kvadrantoch s účinníkom až 0,99 a mierou harmonického skreslenia (THD) menšou ako 3 %.
Tepelný manažment: Vývoj od prirodzeného chladenia k chladeniu kvapalinou: 70 % strát diódy sa premení na teplo a pri každom zvýšení teploty spoja o 10 stupňov sa reverzný regeneračný náboj zvýši o 15 % -20 %. Technológia chladenia kvapalinou stabilizuje teplotu spoja pod 150 stupňov priamym chladením diódového čipu, čím sa predlžuje životnosť zariadenia. Napríklad potom, čo 15MW veterná turbína na mori prijala schému odvodu tepla chladením kvapalinou, životnosť diódy sa predĺžila z 8 rokov na 15 rokov a náklady na prevádzku a údržbu sa znížili o 40 %.