Jak skonfigurować diody w układach sprzęgających magazyny energii wiatrowej?

一, Wybór typu diody: precyzyjne dopasowanie w oparciu o scenariusze zastosowań
System sprzęgania magazynowania energii wiatrowej obejmuje wiele aspektów, takich jak wytwarzanie energii wiatrowej, konwersja mocy oraz ładowanie i rozładowywanie magazynów energii. Istnieją znaczne różnice w wymaganiach dotyczących wydajności diod w różnych scenariuszach i należy wybrać docelowe typy urządzeń.

1. Proces rektyfikacji: Diody z węglika krzemu poprawiają wydajność konwersji
W module prostowniczym AC/DC turbin wiatrowych tradycyjne diody-na bazie krzemu mają wysokie straty przełączania ze względu na długi czas odzyskiwania sygnału zwrotnego (50–100 ns), podczas gdy diody z węglika krzemu (SiC) mogą znacznie zmniejszyć straty prostowania ze względu na ich ultraszybką charakterystykę odzyskiwania sygnału zwrotnego (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. Łącze magazynowania energii: dioda TVS zwiększa ochronę przeciwprzepięciową
W systemach magazynowania energii z baterii litowych diody TVS ograniczają przepięcie do bezpiecznego zakresu z szybkością reakcji wynoszącą milisekundy. Biorąc za przykład moduł akumulatorowy CTP3.0 firmy CATL, zastosowana w nim dioda Dongwo Electronics SMBJ15CA TVS (Pppm=600W, Vc=18V) zmniejszyła wzrost temperatury powierzchni modułu akumulatorowego o 42% w teście niestabilności termicznej UL9540A i uzyskała ponad 10-krotnie dłuższy czas reakcji systemu przeciwpożarowego. W przypadku systemów magazynowania energii opartych na ogniwach paliwowych należy skonfigurować katalityczne czujniki spalania i diody TVS, aby szybko odcinały obwód w przypadku wycieku wodoru. Ciśnienie otwarcia urządzenia ograniczającego wybuch powinno być kontrolowane w zakresie 0,01 MPa.

3. Pomocnicze łącze fotowoltaiczne: dioda bocznikowa zoptymalizowana pod kątem tolerancji cienia
W systemach sprzęgających magazynujących energię wiatrową i słoneczną moduły fotowoltaiczne często doświadczają nagłego spadku mocy wyjściowej z powodu lokalnych cieni. Łącząc jedną diodę obejściową szeregowo z co 18-20 elementami, można przenieść prąd ekranowanych elementów, zmniejszając straty mocy. Na przykład, gdy pojedyncze ogniwo jest całkowicie zasłonięte, moc wyjściowa modułu z krzemu monokrystalicznego może spaść o 75%, podczas gdy przy konfiguracji diod bocznikujących utratę mocy można kontrolować w zakresie 10%. Ponadto należy stosować technologię wykrywania podczerwieni do regularnego skanowania komponentów i szybkiego rozwiązywania problemów z gorącymi punktami, gdy różnica temperatur przekracza 10 stopni.

2, Optymalizacja topologii: Budowa wydajnych i niezawodnych sieci energoelektronicznych
Metoda łączenia topologii diod bezpośrednio wpływa na wydajność przepływu energii i zdolność izolowania uszkodzeń systemu, dlatego wymagany jest ukierunkowany projekt w oparciu o ścieżkę konwersji energii połączonego systemu.

1. Obwód zapobiegający ładowaniu wstecznemu: konstrukcja złożona z diody blokującej i MOSFET-u
Tradycyjny schemat zabezpieczenia wstecznego P-MOS stwarza problemy, takie jak wysoka rezystancja i brak możliwości zablokowania prądu wstecznego. Idealny kontroler diod LM74700-Q1 firmy TI osiąga rezystancję 0,01 Ω i prędkość wyłączania wstecznego na poziomie nanosekundowym dzięki integracji N-MOS i obwodu sterującego. W układzie niskonapięciowym 48 V idealnego samochodu L9 rozwiązanie to zmniejsza utratę połączenia przeciwpowrotnego z 8 W do 0,2 W i wzrost temperatury układu z 15 stopni do 2 stopni, całkowicie eliminując ryzyko awarii termicznej podczas zimnego startu.

2. Prostowanie wielopoziomowe: topologia zacisków diodowych
W scenariuszach przesyłu prądu stałego-wysokiego napięcia prostowniki wielopoziomowe z zaciskiem diodowym (NPC) osiągają równowagę napięcia, łącząc kondensatory i diody szeregowo, zmniejszając wymagania dotyczące rezystancji napięciowej urządzeń przełączających. W projekcie transmisji prądu stałego o ultra-wysokim napięciu ± 800 kV topologia NPC zmniejsza napięcie wytrzymywane poszczególnych urządzeń z 1600 V do 650 V, jednocześnie zmniejszając współczynnik zniekształceń harmonicznych (THDu) z 15% do 3%, znacznie poprawiając jakość energii.

3. Koordynacja hybrydowych magazynów energii: izolacja diodowa i rozdział mocy
W hybrydowym systemie magazynowania energii składającym się z baterii litowych i superkondensatorów dystrybucja mocy musi odbywać się za pomocą diod. Baterie litowe kompensują-długoterminowe-wahania mocy, podczas gdy superkondensatory radzą sobie z krótkotrwałymi-wstrząsami-dużej mocy. Na przykład w strategii kontroli podłączenia do sieci elektrowni wiatrowych, gdy współczynnik wahań mocy przekracza 5%, superkondensator szybko ładuje się i rozładowuje poprzez diody, aby stłumić współczynnik wahań do 2%; Baterie litowe są powoli regulowane z szybkością 0,1°C, aby zapewnić utrzymanie SOC (stanu naładowania) w bezpiecznym zakresie 20% -80%.

3, Współpraca w zakresie zarządzania ciepłem: kontrola temperatury od poziomu komponentu do poziomu systemu
Awaria termiczna diod jest jedną z głównych przyczyn awarii systemów magazynowania energii, a kontrolę temperatury w całym cyklu życia należy osiągnąć poprzez innowacje materiałowe, optymalizację strukturalną i projektowanie termiczne na poziomie systemu.

1. Ulepszenie materiału: półprzewodnik o szerokiej przerwie energetycznej zmniejsza straty ciepła
Diody SiC wytrzymują temperatury do 600 stopni, czyli trzykrotnie wyższe niż urządzenia oparte-krzemowe; Diody GaN mogą pracować stabilnie w temperaturze 200 stopni i zapewniają redundancję termiczną dla platform wysokiego napięcia-800 V. Moduł SiC czwartej generacji firmy ROHM wykorzystuje dwustronną- konstrukcję rozpraszania ciepła, zmniejszającą opór cieplny z 10 K/W do 2 K/W i osiągającą gęstość mocy ponad 100 kW/l. W systemie magazynowania energii BYD Cube technologia chłodzenia cieczą stabilizuje temperaturę roboczą diody poniżej 45 stopni, redukując wsteczny prąd upływu o 78% w porównaniu z rozwiązaniem-chłodzonym powietrzem.

2. Innowacja strukturalna: opakowanie 3D i wbudowane odprowadzanie ciepła
Układając chipy i osadzając struktury rozpraszające ciepło, można znacznie zmniejszyć opór cieplny diod. Na przykład seria Smart Diode firmy Infineon integruje czujniki temperatury wewnątrz chipa, aby umożliwić monitorowanie krzywych VF Tj w czasie rzeczywistym-. Gdy temperatura osiągnie próg, na 10 sekund przed osiągnięciem progu emitowane jest ostrzeżenie, co zapewnia czas aktywnej interwencji w celu zarządzania ciepłem systemu.

3. Sprzężenie termiczne na poziomie systemu: synergia temperatury magazynowania energii wiatrowej i słonecznej
W systemie łączenia magazynowania energii wiatrowej i słonecznej należy stworzyć ujednoliconą platformę zarządzania ciepłem. Na przykład we wspólnej elektrowni magazynującej energię w Qinghai zastosowano system produkcji wodoru z wody morskiej, który wykorzystuje ciepło odpadowe ogniwa elektrolitycznego do ogrzewania akumulatora litowego, zmniejszając stopień degradacji pojemności akumulatora z 30% do 5% w niskich temperaturach zimą. Jednocześnie rurociąg chłodzenia cieczą modułu fotowoltaicznego dzieli ciecz chłodzącą z obiegiem oleju przekładni turbiny wiatrowej, osiągając kaskadę wykorzystania energii.