Как да използваме диодно коригиране в система за генериране на вятърна енергия?

1, Технически принцип: Основна архитектура на диодно коригиране
Основният принцип на диодната ректификация се основава на еднопосочната проводимост на PN прехода. Когато положителният полупериод на променлив ток се приложи към анода на диода, PN преходът е предубеден и токът преминава през него; По време на отрицателния полупериод обратното отклонение се прекъсва и токът се блокира. Чрез разумно конфигуриране на броя и метода на свързване на диодите може да се постигне преобразуване от AC в DC.

Полувълново коригиране: използвайки един диод и използвайки само положителния половин цикъл на променливотоковото захранване, ефективността е относително ниска (теоретичен максимум от 50%), но веригата е проста и цената е ниска, което я прави подходяща за малки системи за генериране на вятърна енергия.
Пълно вълново изправяне: Чрез използване на мостова структура (4 диода) или централен стъпков трансформатор (2 диода), ефективността се увеличава до над 81% чрез използване на положителния и отрицателния полупериод на променлив ток. Сред тях мостовото коригиране се е превърнало в основното решение за генериране на вятърна енергия поради липсата на специални трансформатори и малките колебания на изходното напрежение.
Трифазно коригиране: За три-фазната изходна променлива мощност от вятърни турбини се използва три-фазна мостова токоизправителна верига, състояща се от шест диода, за допълнително намаляване на пулсациите на изхода и подобряване на плътността на мощността. Например в система, свързана с мрежата на синхронен генератор с постоянен магнит с директно задвижване, три-фазен диоден токоизправителен мост преобразува три-фазната променливотокова мощност, изходна от генератора, в постоянен ток, който след това се свързва към мрежата чрез усилваща верига и инвертор.
2, Сценарий на приложение: Пълно покритие от връзка извън мрежата към мрежата
Технологията за диодно коригиране преминава през целия жизнен цикъл на системите за генериране на вятърна енергия и нейните сценарии за приложение обхващат както независими от мрежата системи, така и свързани с мрежата широкомащабни електроцентрали-.

Малка{0}}мащабна система за генериране на вятърна енергия извън мрежата: В отдалечени райони или сценарии без мрежово покритие вятърната турбина зарежда батерията чрез диоден токоизправител и захранва товара към товара чрез инвертор. Например, 5kW система за генериране на вятърна енергия извън мрежата приема три-фазна мостова токоизправителна верига, комбинирана с контрол на проследяването на максимална мощност (MPPT), за постигане на 15% увеличение на ефективността на улавяне на вятърна енергия. В същото време, еднопосочната проводимост на диодите се използва за предотвратяване на обратното зареждане на батериите, гарантирайки безопасността на системата.
Свързана с мрежа широкомащабна{0}}система за генериране на вятърна енергия: В свързаната с мрежата схема на синхронен генератор с постоянен магнит с директно задвижване (PMSG) диоден токоизправител служи като преден-преобразувател за преобразуване на променливата амплитуда и променлива честота на изходната променлива мощност от генератора в постоянна мощност и след това постигане на мрежова връзка с единичен фактор на мощността чрез PWM инвертор. Например, 2MW вятърна турбина с директно задвижване приема диодна ректификация+Boost+PWM инверторна структура с ефективност на системата от 96,5%, което е с 2 процентни пункта по-високо от традиционната схема на индукционен генератор с двойно захранване (DFIG).
3, Оптимизиране на ефективността: пробив в цялата верига от избора на устройство до системната интеграция
Въпреки че технологията за коригиране на диоди е зряла, нейната ефективност все още се влияе от характеристиките на устройството, топологията на веригата и стратегиите за управление. Индустрията постига пробиви в ефективността по следните начини:

Избор на устройство: Итерация от силиций към силициев карбид: Традиционните силициеви-диоди имат проблеми като големи загуби при обратно възстановяване и лоша производителност при високи-температури. Диодите от силициев карбид (SiC) се превърнаха в предпочитан избор за сценарии с висока-честота и високо-напрежение поради предимствата им на възстановяване при нулево обратно зареждане (Qrr ≈ 0) и висока температурна стабилност (температура на свързване до 200 градуса). Например, след замяна на базирани на силиций -устройства с SiC диоди, загубите в токоизправителя на офшорна вятърна турбина с мощност 10 MW бяха намалени с 40%, а ефективността на системата беше подобрена до 97,2%.
Иновация в топологията: Надграждане от неконтролируемо до контролируемо: Въпреки че структурата на неконтролируемото изправяне на диоди е проста, тя има проблеми като високи токови хармоници и нисък фактор на мощността. Технологията за коригиране на PWM постига синусоидален ток от страната на машината чрез напълно контролирани устройства като IGBT, елиминирайки хармоничното замърсяване. Например, вятърна турбина с мощност 3 MW използва обратна --структура на PWM коригиране + PWM инвертор, за да постигне работа в четири квадранта, с фактор на мощността до 0,99 и степен на хармонично изкривяване (THD) по-малко от 3%.
Топлинно управление: Еволюция от естествено охлаждане към течно охлаждане: 70% от диодните загуби се преобразуват в топлина и за всяко 10 градуса увеличение на температурата на прехода, обратният заряд за възстановяване се увеличава с 15% -20%. Технологията за течно охлаждане стабилизира температурата на свързване под 150 градуса чрез директно охлаждане на диодния чип, като по този начин удължава живота на устройството. Например, след като офшорна вятърна турбина с мощност 15 MW прие схема за разсейване на топлината с течно охлаждане, животът на диода беше удължен от 8 години на 15 години, а разходите за експлоатация и поддръжка бяха намалени с 40%.