Jak poprawić sprawność prostowniczą elektrowni wiatrowych poprzez diody?

一, Innowacje materiałowe: Przejście wydajności diod półprzewodnikowych o szerokiej przerwie energetycznej
1. Diody z węglika krzemu (SiC): rewolucja w zakresie wydajności w scenariuszach-wysokiej częstotliwości
W morskich konwertorach energii wiatrowej tradycyjne diody-krzemowe mają czas regeneracji wstecznej wynoszący do 50–100 ns, co powoduje straty przełączania stanowiące ponad 30%. Dioda Cree GaN HEMT z ultraszybką charakterystyką odzyskiwania wstecznego (Trr<10ns), reduces reverse recovery loss by 90% at a switching frequency of 1MHz, resulting in rectifier module efficiency exceeding 98%. Taking Siemens Gamesa 8MW offshore wind turbine as an example, after replacing traditional modular multilevel rectifier valves with SiC diode flexible rectifier valves, the volume of the converter station is reduced by 80%, the weight is reduced by 65%, the transmission loss is reduced by 20%, and the annual power generation is increased by 1.2%.

2. Dioda Schottky'ego: potężne narzędzie do zmniejszania zużycia w scenariuszach niskiego napięcia i wysokiego prądu
W przypadku lądowych turbin wiatrowych diody Schottky’ego stały się preferowanym wyborem w celu optymalizacji wydajności prostowania ze względu na ich bardzo-niski spadek napięcia przewodzenia wynoszący 0,15–0,3 V. W transformacji zasilacza o mocy 2,5 MW firmy Goldwind Technology zastosowano diodę Schottky'ego SB580 (Vf)= 0.2V@5A )Zastępuje tradycyjny 1N5408 (Vf)= 0.8V@3A ) Straty na skutek prostowania zmniejszono z 24W do 6W, wzrost temperatury systemu zmniejszono z 45 do 28 stopni, a roczny wskaźnik awaryjności został zmniejszony o 76%.

2, Innowacja w topologii: wielopoziomowa-struktura rozwiązuje problem wysokiego napięcia i wysokiego prądu
1. Dioda zaciśnięta w prostowniku trzy-poziomowym
W systemie energetyki wiatrowej z magnesami trwałymi z napędem bezpośrednim, trójpoziomowy prostownik z zaciskiem diodowym osiąga trzy-poziomy wyjściowe prądu przemiennego (Udc/2, 0, - Udc/2) poprzez 27 kombinacji stanów przełączania 12 urządzeń przełączających moc. Biorąc za przykład jednostkę Yuanjing Energy o mocy 5 MW, topologia ta zmniejsza THD prądu po stronie sieci z 15% do 3%, rozszerza regulowany zakres współczynnika mocy do ± 0,99 i zwiększa wydajność systemu o 40%. Należy jednak rozwiązać problem nierównomierności napięcia diod zaciskających. Dzięki zastosowaniu równoległej konstrukcji kondensatorów dzielnika napięcia i rezystorów wyrównujących napięcie, odchylenie napięcia można kontrolować w zakresie 5%.

2. Wielopoziomowy konwerter mostka kaskadowego H-
W scenariuszu przesyłu energii wiatrowej o ultra-wysokim napięciu topologia kaskadowego mostu H- pozwala uzyskać moc wyjściową na poziomie M=2N+1 poprzez połączenie szeregowe jednostek NH. W projekcie wysokiego-prądu stałego Wudongdet o napięciu ± 800 kV zastosowanie kaskadowych przetwornic siedmiopoziomowych zmniejsza napięcie wytrzymywane pojedynczego urządzenia z 1600 V do 650 V, zwiększa równoważną częstotliwość przełączania do 10 kHz, zmniejsza współczynnik zniekształceń harmonicznych (THDu) z 25% do 1,5% i poprawia wydajność transmisji o 1,8 punktu procentowego.

3, Współpraca w zakresie zarządzania ciepłem: kontrola temperatury od poziomu komponentu do poziomu systemu
1. 3Technologia pakowania D: przełamanie wąskiego gardła w rozpraszaniu ciepła
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, zmniejszając prąd upływowy wsteczny o 78% w porównaniu z rozwiązaniem-chłodzonym powietrzem i wydłużając żywotność systemu do 15 lat.

2. Przewidywanie i utrzymanie cyfrowych bliźniaków
Platforma Siemens MindSphere może przewidzieć ryzyko awarii termicznej diody z 48-godzinnym wyprzedzeniem za pomocą systemu odzwierciedlania-czasu rzeczywistego. We wspólnej elektrowni magazynującej energię w Qinghai platforma poprawiła dokładność przewidywania usterek do 92% i skróciła nieplanowane przestoje o 85% dzięki analizie danych z ponad 2000 czujników temperatury.

4, Optymalizacja na poziomie systemu: inteligentna współpraca hybrydowego magazynowania energii i dystrybucji energii
1. Hybrydowy magazyn energii z superkondensatorem baterii litowej
W scenariuszu tłumienia wahań mocy wiatru hybrydowy system magazynowania energii z izolacją diodową może zapewnić precyzyjną alokację mocy. Gdy współczynnik wahań mocy przekracza 5%, superkondensator szybko ładuje się i rozładowuje przez diodę, tłumiąc współczynnik wahań do 2%; Baterie litowe są powoli regulowane z szybkością 0,1°C, aby zapewnić utrzymanie SOC w bezpiecznym zakresie 20% -80%. Według danych platformy Huawei Digital Power rozwiązanie to zwiększyło stopień zgodności oceny przyłączenia farm wiatrowych do sieci z 78% do 99%.

2. Zintegrowane sprzęgło termiczne do magazynowania energii wiatrowej i słonecznej
W projekcie Gonghe Photovoltaic Thermal Power Project w Qinghai bateria litowa jest podgrzewana przez ciepło resztkowe ogniwa elektrolitycznego, co zmniejsza tempo degradacji pojemności baterii 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 i poprawiając ogólną wydajność systemu o 8,2%.