Kako koristiti diodni ispravljač u sistemu za proizvodnju energije vjetra?

1, Tehnički princip: Osnovna arhitektura diodnog ispravljanja
Osnovni princip diodnog ispravljanja zasniva se na jednosmjernoj vodljivosti PN spoja. Kada se pozitivni poluciklus naizmjenične struje primijeni na anodu diode, PN spoj je nagnut naprijed i struja prolazi kroz njega; Tokom negativnog poluciklusa, reverzna bias se prekida i struja je blokirana. Razumnim konfigurisanjem broja i načina povezivanja dioda može se postići konverzija iz AC u DC.

Poluvalno ispravljanje: korištenjem jedne diode i korištenjem samo pozitivnog poluciklusa izmjenične struje, efikasnost je relativno niska (teoretski maksimum od 50%), ali kolo je jednostavno i cijena je niska, što ga čini pogodnim za male sisteme za proizvodnju energije vjetra.
Punovalno ispravljanje: Korištenjem strukture mosta (4 diode) ili centralnog transformatora (2 diode), efikasnost se povećava na preko 81% korištenjem pozitivnih i negativnih poluciklusa naizmjenične struje. Među njima, ispravljanje mostova je postalo glavno rješenje za proizvodnju energije vjetra zbog nedostatka posebnih transformatora i malih fluktuacija izlaznog napona.
Trofazno ispravljanje: Za trofazni izlaz naizmjenične struje iz vjetroturbina, trofazni mostni ispravljački krug koji se sastoji od šest dioda koristi se za dalje smanjenje izlaznog talasa i poboljšanje gustine snage. Na primjer, u sistemu koji je povezan na mrežu sinhronog generatora sa stalnim magnetom, tro-most ispravljača s tri-faznom diodom pretvara trofazni AC izlaz generatora u istosmjernu struju, koja se zatim povezuje na mrežu preko kola za pojačavanje i invertera.
2, Scenarij aplikacije: Potpuna pokrivenost od van mreže do mrežne veze
Tehnologija diodnog ispravljanja prolazi kroz cijeli životni ciklus sistema za proizvodnju energije vjetra, a scenariji njene primjene pokrivaju i sisteme neovisne o mreži i velike elektrane{0}} povezane s mrežom.

Mali-sistem za proizvodnju energije iz vjetra van mreže: U udaljenim područjima ili scenarijima bez pokrivenosti mreže, vjetroturbina puni bateriju preko diodnog ispravljača i opskrbljuje opterećenje opterećenjem preko invertera. Na primjer, sistem za proizvodnju energije vjetra izvan mreže od 5 kW usvaja trofazni mosni ispravljački krug, u kombinaciji sa kontrolom maksimalne tačke napajanja (MPPT), kako bi se postiglo povećanje efikasnosti hvatanja energije vjetra od 15%. Istovremeno, jednosmjerna provodljivost dioda se koristi za sprječavanje obrnutog punjenja baterija, osiguravajući sigurnost sistema.
Mrežno povezan veliki-sistem za proizvodnju energije vjetra: U mreži povezanoj shemi sinhronog generatora s permanentnim magnetom (PMSG) s direktnim pogonom, diodni ispravljač služi kao prednji-konverter za pretvaranje promjenjive amplitude i promjenjive frekvencije izmjenične snage generatora u istosmjernu snagu, a zatim postizanje konekcije na mrežu faktora snage jedinstva putem PWM invertera. Na primjer, vjetroturbina sa direktnim pogonom od 2MW usvaja strukturu diode ispravljanja+pojačanja+PWM invertera, sa efikasnošću sistema od 96,5%, što je 2 procentna poena više od tradicionalnog dvostruko napajanog indukcionog generatora (DFIG).
3, Optimizacija efikasnosti: proboj u cijelom lancu od odabira uređaja do sistemske integracije
Iako je tehnologija diodnog ispravljanja zrela, na njenu efikasnost i dalje utiču karakteristike uređaja, topologija kola i strategije upravljanja. Industrija postiže napredak u efikasnosti kroz sljedeće puteve:

Odabir uređaja: Iteracija od silicijum-karbida do silicijum karbida: Tradicionalne diode na bazi silicijuma{0}}imaju probleme kao što su visoki gubici povratnog povrata i loše performanse pri visokim{1}}temperaturama. Silicijum karbidne (SiC) diode su postale poželjan izbor za scenarije visoke-i visokog-napona zbog svojih prednosti povrata nulte obrnutog punjenja (Qrr ≈ 0) i stabilnosti visoke temperature (temperatura spoja do 200 stepeni). Na primjer, nakon zamjene uređaja baziranih na siliciju- sa SiC diodama, gubici ispravljača 10MW vjetroturbine na moru smanjeni su za 40%, a efikasnost sistema je poboljšana na 97,2%.
Topološka inovacija: Nadogradnja od nekontrolisanog do kontrolisanog: Iako je struktura nekontrolisanog ispravljanja dioda jednostavna, ima problema kao što su visoki strujni harmonici i nizak faktor snage. Tehnologija PWM ispravljanja postiže sinusoidnu struju na strani mašine kroz potpuno kontrolisane uređaje kao što je IGBT, eliminišući harmonsko zagađenje. Na primjer, vjetroturbina od 3MW usvaja stražnju-to-strukturu PWM ispravljanja+PWM invertera kako bi postigla rad u četiri kvadranta, sa faktorom snage do 0,99 i stopom harmonijskog izobličenja (THD) manjom od 3%.
Upravljanje toplotom: Evolucija od prirodnog hlađenja do tečnog hlađenja: 70% gubitaka dioda se pretvara u toplotu, a za svakih 10 stepeni povećanja temperature spoja, reverzno punjenje se povećava za 15% -20%. Tehnologija hlađenja tekućinom stabilizira temperaturu spoja ispod 150 stupnjeva direktnim hlađenjem diodnog čipa, čime se produžava vijek trajanja uređaja. Na primjer, nakon što je vjetroturbina na moru od 15 MW usvojila shemu odvođenja topline hlađenja tekućinom, vijek trajanja diode je produžen sa 8 na 15 godina, a troškovi rada i održavanja smanjeni su za 40%.