Hvert er hlutverk díóða í dreifðum vindorkukerfum?

1, leiðréttingarrás: ná skilvirkri umbreytingu frá AC í DC
Eitt af kjarnahlutverkum dreifðs vindorkukerfis er að umbreyta riðstraumsafli frá vindmyllum í jafnstraumsafl til geymslu í rafhlöðum eða beint drif á DC álagi. Díóðan myndar óviðráðanlega afriðunarbrú í þessu ferli, sem nær „fullbylgjuleiðréttingu“ á riðstraumsafli með einstefnuleiðni, og breytir jákvæðu og neikvæðu hálfhrings riðstraumsmerkinu í einátta púlsandi jafnstraumsafl.

Tæknilegir kostir:

Einföld og áreiðanleg uppbygging: Þriggja-díóða óstýrða afriðlarbrúin þarf aðeins 6 díóða, án þess að þörf sé á flóknum stjórnrásum, og hefur lága bilunartíðni. Til dæmis er MUR60120 díóða Fuji (þolir 1200V spennu, málstraumur 60A) mikið notaður í litlum og meðalstórum vindmyllum, með leiðnispennufall upp á aðeins 0,7V og leiðréttingarnýtni upp á 98,5% í 10kW stigkerfum.
Veruleg kostnaður-hagkvæmni: Í samanburði við stýranlegar afriðlarrásir sem eru samsettar úr IGBT eða MOSFET, minnkar kostnaður við díóða afriðunarbrú um meira en 60% og engin þörf er á hönnun á drifrásum og hitaleiðni, sem dregur verulega úr upphafsfjárfestingu kerfisins.
Aðlagast erfiðu umhverfi: Díóðan getur starfað stöðugt á hitabilinu -40 gráður til 150 gráður, þolir háan hita, ryk og titring í vindorkuframleiðslu og hefur líftíma yfir 20 ár.
Verkfræðimál:
Vindorkugarður á hafi úti notar díóða afriðunarventil til að koma í stað hefðbundinna eininga fjöl- afriðunarventils (MMC). Með sömu flutningsgetu hefur breytistöðin minnkað rúmmál um 80%, þyngd um 65% og uppsetningartími um 20%. Kjarnaástæðan er sú að díóða afriðlarventillinn þarf ekki að stjórna hverri undireiningu sjálfstætt, sem dregur úr líkum á bilun um 90% og dregur úr leiðnartapi um 20% samanborið við MMC, sem leiðir til 3,2% aukningar á skilvirkni kerfisins.

2, Vörn gegn öfugri tengingu: byggja upp fyrstu varnarlínuna fyrir öryggi kerfisins
Hleðsluviðmót dreifða vindorkukerfisins þarf að vera samhæft við mörg aflinntak (svo sem rafmagn, dísilrafstöðvar og rafhlöður). Ef notandinn snýr óvart pólun aflgjafans getur það valdið því að innri þéttar, MOSFET og aðrir íhlutir stjórnandans brenni út. Með því að tengja díóða í röð við aflinntakið er hægt að smíða ódýra-kostnað og mjög áreiðanlega öfugvörn.

Hönnunarpunktar:

Hagræðing á framleiðnispennufalli: Schottky díóður (eins og MBR1045CT) hafa aðeins 0,3V framspennufall og í 5kW stigstýringum er leiðnartap minna en 0,6%, mun lægra en hefðbundnar kísildíóðir (0,7V).
Öfug lekstraumstýring: Tilvalin díóða IC (eins og LTC4412) getur bælt öfugan lekstraum niður fyrir 1 μ A, og forðast afkastagetu rafhlöðunnar vegna lekastraums í biðham.
Bæling bylgjastraums: Með því að tengja NTC hitamæli samhliða díóðum er hægt að takmarka bylstrauminn á því augnabliki sem kveikt er á og vernda niðurstreymisþéttann. Til dæmis notar ákveðin tegund af staflaðri orkugeymslukerfi samsett kerfi „Schottky díóða+NTC hitastillir“. Í öfutengingarprófinu er öfugstraumurinn takmarkaður við innan við 10mA og kerfið er ekki skemmt.
Greining á bilunarham:
Í viðhaldstilviki vindorkustýringar, vegna skorts á bakvörn, tengdi notandinn ranglega aflgjafann, sem leiddi til sprengingar á inntaksþéttinum. Eftirfylgni umbótaáætlunarinnar tekur upp samsetta hringrás af „Schottky diode+self recovering fuse“ sem slítur díóðuna af og bræðir öryggið þegar því er snúið við, einangrar bilunina algjörlega og lækkar viðhaldskostnað um 80%.

3, Energy Recovery Path Control: Hagræðing aflstjórnunar hemlunarviðnáms
Þegar vindhraðinn fer yfir nafngildið þarf vindmyllan að neyta umframorku í gegnum hallastýringu eða hemlunarviðnám. Ef bremsuviðnámsrásin er ekki hönnuð á réttan hátt, getur öfugstraumur flætt inn í stjórnandann í gegnum IGBT díóðuna, sem veldur ofhitnun íhluta. Díóðan getur byggt upp sjálfstæða orkuendurheimtunarleið og tryggt að hemlunarstraumurinn losni aðeins í gegnum viðnámið.

Dæmigert forrit:

Buck circuit freewheeling díóða: Í DC/DC buck hringrásum, gefa fríhjól díóða (eins og 1N5819WS) losunarleið fyrir inductive orkugeymslu, forðast myndun háspennu aftur rafkrafts þegar slökkt er á IGBT. Samkvæmt raunverulegum prófunargögnum minnkaði hitastig bremsuviðnámsins með þessu kerfi úr 120 gráður í 85 gráður og skilvirkni kerfisins jókst um 3,2%.
Bakflæðisvarnardíóða fyrir aukahringrás: Í aukahringrás kemur díóða (eins og MBR20100CT) í veg fyrir að úttaksspennan flæði aftur til inntaksstöðvarinnar og verndar lágspennuhliðarhlutana. Til dæmis, eftir að ákveðin tegund af 5kW vindorkuinverter hefur samþykkt þetta kerfi, er endingartími bremsuviðnáms framlengdur um þrisvar sinnum og viðhaldslotan er framlengd úr 6 mánuðum í 18 mánuði.
4, Ný efnisumsókn: Kísilkarbíðdíóða knýr uppfærslu kerfisins
Með þroska kísilkarbíðdíóða (SiC) díóða, eru núll endurheimt öfughleðslu þeirra (Qrr ≈ 0) og háhitaþol (200 gráður) eiginleikar að flýta fyrir endurnýjun kísildíóða- á sviði dreifðrar vindorku. Til dæmis dregur Cree's C3D10060A SiC Schottky díóða úr leiðnartapi um 75% samanborið við kísildíóða við 100A/600V aðstæður, þar sem öfugt endurheimtartap nálgast núll.

Umsóknarsvið:

Hátíðni DC/DC breytir: SiC díóður geta aukið skiptitíðnina í yfir 200kHz, sem dregur verulega úr stærð spóla og þétta. Eftir að hafa tekið upp SiC díóða í 10kW vindspenni ákveðins vörumerkis minnkar rúmmálið um 40%, þyngdin minnkar um 30% og aflþéttleiki er aukinn í 5kW/kg.
Miðspennu tíðnibreytir: Í 10kV vindorkubreytum geta SiC díóðir dregið úr fjölda straumfalla og lægra flókið kerfi. Siemens notar fimm stiga H-brúaruppbyggingu með SiC díóðum til að ná fram 9 þrepa úttaki, þrefalda samsvarandi skiptitíðni, draga úr harmoniskri röskun niður fyrir 1,5% og minnka síurúmmál um 40%.