Kako integrirati bypass diode u kontrolere snage vjetra?

一, Osnovna funkcija bypass diode: aktivna odbrana od efekta vruće tačke
Osnovna funkcija bypass dioda u sistemima za proizvodnju energije vjetra je sprječavanje efekata vrućih tačaka. Kada su lopatice vjetroturbine začepljene (kao što je snijeg, ptičji izmet ili lokalni kvarovi), ćelije baterije u opstruiranom području ne mogu proizvesti električnu energiju i umjesto toga postaju opterećenje koje troši struju koju generiraju druge normalne baterije, što rezultira naglim povećanjem lokalne temperature (do 200 stupnjeva ili više) i stvaranjem vrućih tačaka. Vruće tačke ne samo da trajno oštećuju ćelije baterije, smanjuju efikasnost proizvodnje energije, već mogu čak uzrokovati i požare.

Bypass dioda je spojena obrnuto paralelno na oba kraja baterije i u normalnom je stanju isključenja u normalnim radnim uvjetima, bez utjecaja na rad kola; Kada je određena ćelija baterije začepljena, napon na oba kraja raste do praga provođenja naprijed diode, a struja zaobilazi područje kvara kako bi se izbjeglo stvaranje vrućih tačaka. Na primjer, 5MW vjetroturbina na moru usvaja shemu paralelnog povezivanja bajpas diode za svaku seriju baterijskih ćelija. U lokalnom testu senčenja, temperatura vruće tačke je smanjena sa 185 stepeni na 45 stepeni, a životni vek komponente je produžen za više od tri puta.

2, Integrirani scenario: tehnološko proširenje od fotonaponskih modula do regulatora energije vjetra
Iako su bypass diode prvi put primijenjene u fotonaponskim sistemima, njihovi tehnički principi imaju visoku prilagodljivost u proizvodnji energije vjetra. U regulatorima energije vjetra, integracija bypass dioda uglavnom se ogleda u sljedećim scenarijima:

1. Zaštita sa strane rotora vetroturbina sa dvostrukim napajanjem
Kada indukcijski generator s dvostrukim napajanjem doživi pad napona u električnoj mreži, može doći do prekomjerne struje na strani rotora, što može oštetiti pretvarač. Aktivno zaštitno kolo Crowbar oslobađa energiju rotora u bypass otpornik preko diodnog ispravljačkog mosta, gdje se svaki krak mosta ispravljačkog mosta sastoji od dvije diode povezane u seriju, osiguravajući oslobađanje energije unutar 10ms. Na primjer, 10MW offshore jedinica s dvostrukim napajanjem koristi IGBT tip Crowbar sklop, u kombinaciji sa brzim diodama, kako bi održao stabilan rad sistema čak i kada napon padne na 20%.

2. Optimizacija procesa ispravljanja za jedinicu permanentnih magneta sa direktnim pogonom
Vjetroturbina s trajnim magnetom s direktnim pogonom usvaja nekontrolisano diodno ispravljačko kolo za pretvaranje trofazne struje izmjenične struje u istosmjernu struju. Iako je struktura jednostavna, gubitak provodljivosti diode direktno utiče na efikasnost sistema. Zamjenom tradicionalnih silicijumskih dioda sa silicijum-karbidnim (SiC) Schottky diodama, pad napona provodljivosti može se smanjiti sa 0,7V na 0,3V. Pri struji od 1000A, jedna jedinica može uštedjeti do 200000 kWh električne energije godišnje.

3. Upravljanje baterijama van mreže kontrolera energije vjetra
U sistemima van mreže, kontroler treba da spriječi pražnjenje baterije u obrnutom smjeru prema vjetroturbini tokom noći ili oblačnog vremena. Serijskim povezivanjem premosnih dioda u krug punjenja formira se jednosmjerna strujna putanja. Na primjer, mikromrežni projekat u udaljenom području koristi kontroler sa diodama protiv obrnutog kretanja, što produžava vijek trajanja baterije sa 3 godine na 6 godina i smanjuje ukupne troškove sistema za 40%.

3, Kriteriji odabira: od podudaranja parametara do provjere pouzdanosti
Performanse bypass dioda direktno utječu na stabilnost regulatora snage vjetra, a njihov odabir treba sveobuhvatno razmotriti sljedeće osnovne parametre:

1. Radna struja i obrnuti probojni napon
Radna struja: treba da bude veća od struje kratkog-spoja niza baterijskih ćelija. Na primjer, ako je struja kratkog-spoja baterije veličine 210 mm 18 A, nazivna struja bypass diode mora biti veća ili jednaka 20 A.
Napon povratnog proboja: trebao bi biti 1,2 puta veći od napona otvorenog kruga ćelije baterije. Uzimajući sistem od 1500V kao primjer, obrnuti otporni napon diode mora biti veći ili jednak 1800V.
2. Toplotne performanse i dizajn odvođenja topline
Temperatura spoja: Mora zadovoljiti zahtjeve maksimalne radne temperature sistema. Temperatura okoline mora može doseći 55 stepeni, a temperatura diodnog spoja mora biti manja ili jednaka 175 stepeni.
Toplinska otpornost: Niska toplotna otpornost može ubrzati provođenje toplote. Na primjer, diode pakirane na bakrenim podlogama mogu imati toplinsku otpornost do 0,5K/W, što je 60% niže od tradicionalne plastične ambalaže.
3. Dinamički odgovor i testiranje pouzdanosti
Brzina prebacivanja: Mora se prilagoditi naglim promjenama brzine vjetra. Na primjer, određena kopnena jedinica zahtijeva diode da dovrše prebacivanje provodljivosti/prekidanja unutar 10 μs.
Test životnog vijeka: Potrebno je proći test termičkog bijega prema standardu IEC 62979, što znači da se temperatura površine povećava za manje od ili jednaku 15 stepeni kada se nazivna struja primjenjuje 1 sat u okruženju od 75 stepeni.