Kaip diodai padeda vėjo energijos sistemoms perjungti DC/AC režimus?

一, Pagrindinis diodų vaidmuo perjungiant vėjo energijos sistemos režimus
1. Ištaisymas iš kintamosios srovės į DC: perdavimo nuostolių mažinimas
Vėjo turbinų kintamosios srovės galia turi būti konvertuojama į nuolatinės srovės galią per lygintuvo grandines, kad sumažėtų energijos nuostoliai perduodant ilgą{0}}atstumą. Tradicinis metodas naudoja silicio -diodus, kad suformuotų nekontroliuojamą lygintuvo tiltelį, pagrįstą diodų vienakrypčiu laidumu: kai kintamosios srovės galia yra teigiamo pusciklo, diodai laidūs, o srovė teka į nuolatinės srovės pusę; Esant neigiamam pusciklui, diodas išjungiamas, blokuojant atvirkštinę srovę. Pavyzdžiui, tam tikra jūroje esanti vėjo jėgainė naudoja keturių diodų tilto lygintuvo grandinę, kad vėjo turbinos trijų fazių kintamosios srovės energiją paverstų nuolatinės srovės energija, kuri 200 km ilgio povandeniniu kabeliu perduodama į sausumos keitiklio stotį, todėl perdavimo nuostoliai sumažėja daugiau nei 30 %, palyginti su kintamosios srovės sprendimu.

2. Nuolatinės srovės į kintamosios srovės keitiklis: tinklo reikalavimų atitikimas
Sausumos keitiklių stotis turi paversti nuolatinę srovę į kintamosios srovės energiją, kad būtų galima integruoti į elektros tinklą. Nors keitiklio procesą daugiausia užbaigia visiškai valdomi įrenginiai, tokie kaip IGBT (izoliuotų vartų dvipolis tranzistorius), diodai vis tiek atlieka pagrindinį vaidmenį keitiklio grandinėje:

Nuolatinė srovės apsauga: IGBT išjungimo momentu indukcinės apkrovos srovę reikia išleisti per nuolatinės srovės diodą, kad įtampos šuoliai nesugadintų įrenginio;
Neveikiančio laiko kompensavimas: Inverterio valdyme turi būti nustatytas neveikiantis laikas, kad būtų išvengta tiesioginio viršutinio ir apatinio vamzdžių sujungimo. Per šį laikotarpį diodas gali užtikrinti srovės kelią, sumažindamas išėjimo bangos formos iškraipymą.
Pavyzdžiui, 500 MW jūros vėjo jėgainių projekte naudojama MMC (Modular Multilevel Converter) technologija, o kiekviename submodulyje sukonfigūruoti anti-lygiagrečiai diodai, kad būtų užtikrintas stabilus sistemos veikimas ekstremaliomis sąlygomis.
2, Diodų technologijos raida: nuo pasyvaus ištaisymo iki aktyvaus valdymo
1. Silicio karbido diodas: pagerina aukšto-dažnio ir aukšto{2}}temperatūros veikimą
Tradiciniai silicio diodai kenčia dėl ilgo atvirkštinio atkūrimo laiko ir didelių nuostolių esant aukšto{0}}dažnio perjungimo scenarijams. Silicio karbido (SiC) diodai, pasižymintys plačiomis pralaidumo charakteristikomis, sutrumpina atvirkštinio atkūrimo laiką iki 10 n, o perjungimo dažnį padidina iki daugiau nei 100 kHz, žymiai sumažindami keitiklio nuostolius. Pavyzdžiui, vėjo energijos keitiklyje pritaikius SiC Schottky diodus, sistemos efektyvumas padidėjo nuo 96% iki 98,5%, o metinė elektros energijos gamyba padidėjo apie 2 mln. kWh. Be to, SiC diodai gali stabiliai veikti esant aukštai 200 laipsnių temperatūrai, prisitaikydami prie atšiaurių aplinkos sąlygų, tokių kaip didelis druskos purškimas ir didelė jūros vėjo energijos drėgmė.

2. Sinchroninio ištaisymo technologija: sumažinkite laidumo nuostolius
Žemos įtampos ir didelės srovės scenarijuose diodų tiesioginis įtampos kritimas (VF) tampa pagrindiniu nuostolių šaltiniu. Sinchroninio ištaisymo technologija naudoja MOSFET, o ne diodus, ir dinamiškai valdo MOSFET laidumą ir išjungia, kad laidumo įtampos kritimas būtų mažesnis nei 0,01 V. Pavyzdžiui, tam tikroje vėjo energijos kaupimo sistemoje naudojama sinchroninė ištaisymo grandinė, kuri sumažina silicio diodo nuostolius nuo 700 W iki 10 W, esant 1000 A srovei, o efektyvumą padidina 98,6%.

3. Išmanusis diodų modulis: integravimas ir skaitmeninimas
Šiuolaikinės vėjo jėgainės diodams kelia itin aukštus patikimumo reikalavimus. Išmanusis diodų modulis pasiekia būsenos savidiagnostiką ir apsaugą integruodamas temperatūros jutiklius, įtampos stebėjimo lustus ir valdymo grandines.

Apsauga nuo perkaitimo: kai sankryžos temperatūra viršija 150 laipsnių, modulis automatiškai atjungia srovę;
Įtampos balansavimas: lygiagrečių diodų grupėse laidumo kampas reguliuojamas stebint realiuoju laiku{0}}kad būtų išvengta vietinės perkrovos;
Ryšio sąsaja: palaiko CAN magistralę arba eternetą, kad būtų galima įkelti veiklos duomenis į SCADA sistemą nuotoliniam valdymui ir priežiūrai.
Vėjo energijos gamintojo išleistas išmanusis diodų modulis buvo pritaikytas daugiau nei 10 GW vėjo energijos projektuose visame pasaulyje, o gedimų dažnis, palyginti su tradiciniais sprendimais, sumažėjo 80%.
3, tipiniai taikymo scenarijai: nuo sausumos iki giliavandenių
1. Vėjo energija sausumoje: aukštos įtampos nuolatinės srovės perdavimas (HVDC)
Didelio masto{0}}sausumos vėjo energijos bazėse naudojant HVDC technologiją galima sumažinti perdavimo nuostolius ir pagerinti tinklo stabilumą. Kaip HVDC pradžios taškas, diodų lygintuvų stotys turi atlaikyti aukštos įtampos ir didelių srovės šuolių. Pavyzdžiui, tam tikrame ± 800 kV ultra-aukštos įtampos nuolatinės srovės perdavimo projekte lygintuvo stotis naudoja 12 impulsų tilto lygintuvo grandinę, susidedančią iš 24 SiC diodų, kurių atlaiko įtampa 1200 V ir srovė 600 A. Vienos stoties metinis perdavimo pajėgumas siekia 5 milijardus kWh.

2. Jūros vėjo energija: lankstus tiesioginės srovės perdavimas (VSC-HVDC)
Giliavandenės vėjo jėgainės turi būti prijungtos prie tinklo naudojant lanksčią nuolatinės srovės perdavimo technologiją. Įtampos šaltinio keitikliu (VSC) pagrįstoje schemoje diodai naudojami:

Paleidimo rezistoriaus apėjimas: Keitiklio įkrovimo fazės metu rezistorius apeinamas per diodą, kad būtų išvengta viršįtampių;
Nuolatinės srovės pusės trumpojo jungimo apsauga: kai nuolatinės srovės pusėje įvyksta trumpasis jungimas, diodas greitai blokuoja gedimo srovę, supirkdamas laiko grandinės pertraukikliui veikti.
Tam tikrame Europos jūros vėjo energijos projekte naudojama VSC{0}}HVDC technologija. Esant 200 kilometrų perdavimo atstumui, diodų apsaugos grandinė sutrumpina trumpojo-jungimo gedimo pašalinimo laiką iki 5 ms ir sumažina sistemos atkūrimo laiką nuo 30 minučių iki 5 minučių.
3. Vėjo energijos vandenilio gamyba: elektrolitinio elemento maitinimo valdymas
„Vėjo energijos+vandenilio energijos“ sujungimo sistemoje elektrolitinių elementų nuolatinės srovės maitinimo valdymui naudojami diodai:

Apsauga nuo atgalinio srauto: kai dėl vėjo energijos svyravimo elektrolizės elemento įtampa yra didesnė nei nuolatinės srovės magistralės, diodas blokuoja atvirkštinę srovę, kad būtų išvengta įrangos pažeidimų;
Lygiagretus kelių elektrolitinių elementų sujungimas: Automatinis srovės paskirstymas pasiekiamas per diodus, kad būtų išvengta lygiagrečios cirkuliacijos.
10MW vėjo jėgainių vandenilio gamybos parodomajame projekte naudojamas diodų izoliuotas elektrolitinių elementų matrica, kurios sistemos efektyvumas yra 75%, o vandenilio grynumas viršija 99,99%.