Как да интегрирам байпасни диоди в контролери за вятърна енергия?

一, Основната функция на байпасния диод: активна защита срещу ефекта на гореща точка
Основната функция на байпасните диоди в системите за генериране на вятърна енергия е да предотвратяват ефектите на горещи точки. Когато лопатките на вятърна турбина са запушени (като сняг, птичи изпражнения или локални повреди), клетките на батерията в запушената зона не могат да генерират електричество и вместо това се превръщат в товар, който консумира тока, генериран от други нормални клетки на батерията, което води до рязко повишаване на местната температура (до 200 градуса или повече) и образуването на горещи точки. Горещите точки не само увреждат трайно клетките на батерията, намаляват ефективността на генерирането на електроенергия, но дори могат да причинят пожари.

Байпасният диод е свързан обратно паралелно в двата края на батерията и е в състояние на обратно прекъсване при нормални работни условия, без да се засяга работата на веригата; Когато определена клетка на батерията е запушена, напрежението в двата края се повишава до прага на предната проводимост на диода и токът заобикаля зоната на повреда, за да се избегне образуването на горещи точки. Например, офшорна вятърна турбина с мощност 5 MW приема схема на паралелно свързване на байпасен диод за всяка серия батерийни клетки. При теста за локално засенчване температурата на горещата точка намаля от 185 градуса на 45 градуса и животът на компонентите беше удължен повече от три пъти.

2, Интегриран сценарий: технологично разширение от фотоволтаични модули към контролери за вятърна енергия
Въпреки че байпасните диоди са използвани за първи път във фотоволтаични системи, техните технически принципи имат висока адаптивност при генериране на вятърна енергия. В контролерите за вятърна енергия интегрирането на байпасни диоди се отразява главно в следните сценарии:

1. Странична защита на ротора на вятърни турбини с двойно захранване
Когато индукционен генератор с двойно захранване претърпи спад на напрежението в електрическата мрежа, може да възникне свръхток от страната на ротора, което може да повреди инвертора. Активната защитна верига на Crowbar освобождава роторна енергия към байпасния резистор чрез диоден токоизправителен мост, където всяко мостово рамо на токоизправителния мост е съставено от два диода, свързани последователно, осигурявайки освобождаване на енергия в рамките на 10 ms. Например, 10MW офшорно устройство с двойно захранване приема IGBT тип Crowbar верига, комбинирана с бързи диоди, за да поддържа стабилна работа на системата дори когато напрежението падне до 20%.

2. Оптимизиране на процеса на коригиране за модул с постоянен магнит с директно задвижване
Вятърната турбина с постоянен магнит с директно задвижване приема неконтролируема диодна токоизправителна верига за преобразуване на три-фазно променливотоково захранване в постоянен ток. Въпреки че структурата е проста, загубата на проводимост на диода влияе пряко върху ефективността на системата. Чрез замяната на традиционните силициеви диоди с диоди на Шотки от силициев карбид (SiC), спадът на напрежението на проводимост може да бъде намален от 0,7 V на 0,3 V. При ток от 1000A, едно устройство може да спести до 200 000 kWh електроенергия годишно.

3. Управление на батерията на контролери за вятърна енергия извън мрежата
При системи извън мрежата, контролерът трябва да предотврати разреждането на батерията обратно на вятърната турбина през нощта или при облачно време. Чрез последователно свързване на байпасни диоди в зарядната верига се образува еднопосочен път на тока. Например, проект за микромрежа в отдалечен район използва контролер с антиреверсни диоди, което удължава живота на батерията от 3 години на 6 години и намалява общата цена на системата с 40%.

3, Критерии за избор: от съвпадение на параметри до проверка на надеждността
Ефективността на байпасните диоди пряко влияе върху стабилността на контролерите за вятърна енергия и при избора им трябва да се вземат предвид следните основни параметри:

1. Работен ток и обратно напрежение на пробив
Работен ток: Трябва да е по-голям от тока на късо- съединение на клетъчната верига на батерията. Например, ако токът на късо- съединение на акумулаторна клетка с размер 210 mm е 18 A, номиналният ток на байпасния диод трябва да бъде по-голям или равен на 20 A.
Обратно напрежение на пробив: То трябва да бъде 1,2 пъти по-високо от напрежението на отворена верига на клетката на батерията. Вземайки системата от 1500 V като пример, обратното издържащо напрежение на диода трябва да бъде по-голямо или равно на 1800 V.
2. Топлинна производителност и дизайн на разсейване на топлината
Температура на свързване: Трябва да отговаря на изискванията за максимална работна температура на системата. Температурата на морската среда може да достигне 55 градуса, а температурата на диодния преход трябва да бъде по-малка или равна на 175 градуса.
Термична устойчивост: Ниската термична устойчивост може да ускори топлопроводимостта. Например диодите, опаковани върху медни субстрати, могат да имат термично съпротивление до 0,5 K/W, което е с 60% по-ниско от традиционните пластмасови опаковки.
3. Тестване на динамична реакция и надеждност
Скорост на превключване: Трябва да се адаптира към внезапни промени в скоростта на вятъра. Например, определено наземно устройство изисква диоди за завършване на превключване на проводимост/прекъсване в рамките на 10 μs.
Тест за издръжливост: Изисква се да се премине тестът за термично изпускане в стандарт IEC 62979, което означава, че повърхностната температура се повишава с по-малко или равно на 15 градуса, когато номиналният ток се прилага за 1 час в среда от 75 градуса.