Hur integrerar man bypass-dioder i vindkraftsregulatorer?

一, Bypass-diodens kärnfunktion: aktivt försvar mot hot spot-effekt
Kärnfunktionen hos bypass-dioder i vindkraftsgenereringssystem är att förhindra hot spot-effekter. När bladen på ett vindturbin blockeras (som snö, fågelspillning eller lokala fel) kan battericellerna i det blockerade området inte generera elektricitet och istället blir en belastning som förbrukar den ström som genereras av andra normala battericeller, vilket resulterar i en kraftig ökning av lokal temperatur (upp till 200 grader eller högre) och bildandet av heta fläckar. Hot spots skadar inte bara battericeller permanent, minskar kraftgenereringseffektiviteten, utan kan till och med orsaka bränder.

Bypass-dioden är kopplad omvänt parallellt i båda ändarna av batteripaketet och är i ett omvänt avstängningstillstånd under normala driftsförhållanden, utan att påverka kretsens funktion; När en viss battericell är blockerad stiger spänningen i båda ändarna till diodens framledningströskel, och strömmen går förbi felområdet för att undvika bildning av heta fläckar. Till exempel använder en 5MW havsvindkraftsenhet ett schema för parallellkoppling av en bypass-diod för varje serie av battericeller. I det lokala skuggningstestet sjönk temperaturen på hot spot från 185 grader till 45 grader och komponentens livslängd förlängdes med mer än tre gånger.

2, Integrerat scenario: teknisk utbyggnad från solcellsmoduler till vindkraftskontroller
Även om bypass-dioder först användes i solcellssystem, har deras tekniska principer hög anpassningsförmåga vid vindkraftsproduktion. I vindkraftsregulatorer återspeglas integreringen av bypass-dioder huvudsakligen i följande scenarier:

1. Rotorsidans skydd av dubbelmatade vindkraftverk
När en dubbelmatad induktionsgenerator upplever ett spänningsfall i elnätet kan överström uppstå på rotorsidan, vilket kan skada växelriktaren. Den aktiva kofotsskyddskretsen frigör rotorenergi till bypass-motståndet genom en diodlikriktarbrygga, där varje bryggarm på likriktarbryggan är sammansatt av två dioder kopplade i serie, vilket säkerställer energiutlösning inom 10ms. Till exempel använder en 10MW offshore dubbelmatad enhet IGBT-typ kofotskrets, kombinerat med snabba dioder, för att upprätthålla stabil systemdrift även när spänningen sjunker till 20 %.

2. Optimering av likriktningsprocessen för direktdriven permanentmagnetenhet
Den direktdrivna permanentmagnetiska vindturbinen använder en okontrollerbar diodlikriktarkrets för att omvandla trefas växelström till likström. Även om strukturen är enkel, påverkar diodens ledningsförlust direkt systemets effektivitet. Genom att ersätta traditionella kiseldioder med kiselkarbid (SiC) Schottky-dioder kan ledningsspänningsfallet minskas från 0,7V till 0,3V. Vid en ström på 1000A kan en enda enhet spara upp till 200000 kWh el per år.

3. Batterihantering av off-grid vindkraftsregulatorer
I off grid-system måste regulatorn förhindra att batteriet laddas ur omvänt till vindkraftverket under nattetid eller molnigt väder. Genom att seriekoppla bypass-dioder i laddningskretsen bildas en enkelriktad strömbana. Till exempel använder ett mikronätprojekt i ett avlägset område en styrenhet med antireverseringsdioder, vilket förlänger batteritiden från 3 år till 6 år och minskar den totala systemkostnaden med 40 %.

3, Urvalskriterier: från parametermatchning till tillförlitlighetsverifiering
Prestandan hos bypass-dioder påverkar direkt stabiliteten hos vindkraftskontroller, och deras val måste överväga följande kärnparametrar:

1. Arbetsström och omvänd genombrottsspänning
Arbetsström: Den måste vara större än kortslutningsströmmen- i battericellsträngen. Till exempel, om kortslutningsströmmen för en 210 mm stor battericell är 18A, måste bypassdiodens märkström vara större än eller lika med 20A.
Omvänd genombrottsspänning: Den bör vara 1,2 gånger högre än battericellens öppen kretsspänning. Om man tar 1500V-systemet som ett exempel, måste den omvända mothållsspänningen för dioden vara större än eller lika med 1800V.
2. Termisk prestanda och värmeavledningsdesign
Kopplingstemperatur: Den måste uppfylla systemets maximala driftstemperaturkrav. Havsmiljötemperaturen kan nå 55 grader, och diodövergångstemperaturen måste vara mindre än eller lika med 175 grader.
Termiskt motstånd: Lågt termiskt motstånd kan påskynda värmeledning. Till exempel kan dioder förpackade på kopparsubstrat ha en termisk resistans så låg som 0,5K/W, vilket är 60 % lägre än traditionella plastförpackningar.
3. Dynamisk respons och tillförlitlighetstestning
Växlingshastighet: Den måste anpassa sig till plötsliga förändringar i vindhastighet. Till exempel kräver en viss landbaserad enhet dioder för att slutföra lednings-/avstängningsväxling inom 10 μs.
Livslängdstest: Det krävs att man klarar det termiska runaway-testet i IEC 62979-standarden, vilket innebär att yttemperaturen stiger med Mindre än eller lika med 15 grader när märkströmmen appliceras under 1 timme i en 75 graders miljö.