Jak používat diodovou rektifikaci v systému výroby energie z větru?

1, Technický princip: Základní architektura diodového usměrnění
Základní princip diodového usměrnění je založen na jednosměrné vodivosti PN přechodu. Když je kladný poloviční cyklus střídavého proudu aplikován na anodu diody, PN přechod je předpjatý a proud prochází; Během záporného půlcyklu je zpětné předpětí přerušeno a proud je blokován. Přiměřenou konfigurací počtu a způsobu připojení diod lze dosáhnout převodu ze střídavého na stejnosměrný.

Půlvlnné usměrnění: s použitím jediné diody a pouze s využitím kladného polovičního cyklu střídavého proudu je účinnost relativně nízká (teoretické maximum 50 %), ale obvod je jednoduchý a náklady jsou nízké, takže je vhodný pro malé systémy výroby větrné energie.
Plnovlnná usměrnění: Použitím můstkové struktury (4 diody) nebo středového odbočovacího transformátoru (2 diody) je účinnost zvýšena na více než 81 % využitím kladných a záporných polovičních cyklů střídavého proudu. Mezi nimi se mostová náprava stala hlavním řešením pro výrobu větrné energie kvůli nedostatku speciálních transformátorů a malým kolísáním výstupního napětí.
Třífázové usměrnění: Pro třífázový střídavý výkon z větrných turbín se používá třífázový můstkový usměrňovací obvod sestávající ze šesti diod, který dále snižuje zvlnění výstupu a zlepšuje hustotu výkonu. Například v systému synchronního generátoru s přímým pohonem připojeného k síti s permanentními magnety třífázový diodový usměrňovací můstek převádí třífázový střídavý výkon generátoru na stejnosměrný proud, který je pak připojen k síti přes zesilovací obvod a střídač.
2, Scénář aplikace: Plné pokrytí od připojení k síti mimo síť
Technologie diodového usměrnění prochází celým životním cyklem systémů na výrobu větrné energie a její aplikační scénáře pokrývají jak systémy nezávislé na síti, tak velké{0}}elektrárny připojené k síti.

Malý{0}}systém výroby větrné energie mimo síť: V odlehlých oblastech nebo scénářích bez pokrytí sítě větrná turbína nabíjí baterii pomocí diodového usměrňovače a dodává energii do zátěže přes střídač. Například 5kW systém výroby větrné energie mimo síť využívá třífázový můstkový usměrňovací obvod v kombinaci s řízením maximálního výkonu bodu sledování (MPPT), aby bylo dosaženo 15% zvýšení účinnosti zachycování větrné energie. Zároveň je využita jednosměrná vodivost diod, aby se zabránilo zpětnému nabíjení baterií, což zajišťuje bezpečnost systému.
Velký{0}}systém výroby větrné energie připojený k síti: Ve schématu zapojení do sítě synchronního generátoru s permanentním magnetem (PMSG) s přímým pohonem slouží diodový usměrňovač jako přední-převodník, který převádí střídavý výkon s proměnnou amplitudou a proměnnou frekvencí generátoru na stejnosměrný výkon a poté dosahuje jednotkového účiníku připojení k síti prostřednictvím invertoru PWM. Například 2MW větrná turbína s přímým pohonem využívá strukturu diodového usměrňovače + Boost + PWM invertoru s účinností systému 96,5 %, což je o 2 procentní body více než u tradičního schématu indukčního generátoru s dvojitým napájením (DFIG).
3, Optimalizace účinnosti: průlom v celém řetězci od výběru zařízení po systémovou integraci
Přestože je technologie usměrňování diod vyspělá, její účinnost je stále ovlivněna charakteristikami zařízení, topologií obvodů a strategiemi řízení. Průmysl dosahuje průlomů v efektivitě prostřednictvím následujících cest:

Výběr zařízení: Iterace z křemíku na karbid křemíku: Tradiční diody na bázi křemíku -mají problémy, jako jsou vysoké ztráty při zpětném zotavení a špatný výkon při vysokých-teplotách. Diody z karbidu křemíku (SiC) se staly preferovanou volbou pro vysoko-frekvenční a vysokonapěťové scénáře kvůli jejich výhodám nulového zpětného nabíjení (Qrr ≈ 0) a vysoké teplotní stabilitě (teplota přechodu až 200 stupňů ). Například po výměně zařízení na bázi křemíku-za SiC diody se ztráty v usměrňovači 10MW pobřežní větrné turbíny snížily o 40 % a účinnost systému se zlepšila na 97,2 %.
Topology Innovation: Upgrade from Uncontrollable to Controllable: I když je struktura neřízeného diodového usměrnění jednoduchá, má problémy, jako jsou vysoké proudové harmonické a nízký účiník. Technologie PWM usměrnění dosahuje sinusového proudu na straně stroje prostřednictvím plně řízených zařízení, jako je IGBT, čímž se eliminuje harmonické znečištění. Například 3MW větrná turbína využívá „back{3}}to-back“ strukturu PWM usměrnění + PWM invertor pro dosažení čtyřkvadrantového provozu s účiníkem až 0,99 a mírou harmonického zkreslení (THD) menší než 3 %.
Tepelný management: Vývoj od přirozeného chlazení k chlazení kapalinou: 70 % ztrát diody se přemění na teplo a s každým zvýšením teploty přechodu o 10 stupňů se náboj zpětného získávání zvýší o 15 % -20 %. Technologie chlazení kapalinou stabilizuje teplotu přechodu pod 150 stupňů přímým chlazením diodového čipu, čímž prodlužuje životnost zařízení. Například poté, co 15MW pobřežní větrná turbína přijala schéma odvodu tepla z kapalného chlazení, byla životnost diod prodloužena z 8 let na 15 let a náklady na provoz a údržbu byly sníženy o 40 %.