Hur använder man diodlikriktning i vindkraftsystem?

1, Teknisk princip: Grundläggande arkitektur för diodlikriktning
Kärnprincipen för diodlikriktning är baserad på den enkelriktade konduktiviteten hos PN-övergången. När den positiva halvcykeln av växelström appliceras på diodens anod, är PN-övergången framåtspänd och ström passerar genom; Under den negativa halvcykeln avbryts den omvända förspänningen och strömmen blockeras. Genom att rimligt konfigurera antalet och anslutningsmetoden för dioder kan omvandlingen från AC till DC uppnås.

Halvvågslikriktning: med en enda diod och endast använda den positiva halvcykeln av växelström, är effektiviteten relativt låg (teoretiskt maximalt 50%), men kretsen är enkel och kostnaden låg, vilket gör den lämplig för små vindkraftsgenereringssystem.
Helvågslikriktning: Genom att använda en bryggstruktur (4 dioder) eller en mittuttagstransformator (2 dioder) höjs verkningsgraden till över 81 % genom att utnyttja de positiva och negativa halvcyklerna av växelström. Bland dem har brolikriktning blivit den vanliga lösningen för vindkraftproduktion på grund av bristen på speciella transformatorer och små utspänningsfluktuationer.
Trefaslikriktning: För den trefasiga växelströmseffekten från vindturbiner används en trefas brygglikriktarkrets bestående av sex dioder för att ytterligare minska uteffekten och förbättra effekttätheten. Till exempel, i ett direktdrivet permanentmagnet synkrongeneratornätanslutet system, omvandlar en trefas diodlikriktarbrygga den trefasiga växelströmseffekten från generatorn till likström, som sedan ansluts till nätet via en förstärkningskrets och växelriktare.
2, Applikationsscenario: Full täckning från off-grid till grid-anslutning
Diodlikriktartekniken löper genom hela livscykeln för vindkraftsgenereringssystem, och dess tillämpningsscenarier täcker både off-grid-oberoende system och nätanslutna storskaliga-kraftverk.

Småskaligt vindkraftsgenereringssystem utanför nätet: I avlägsna områden eller scenarier utan nättäckning laddar vindturbinen batteriet genom en diodlikriktare och levererar ström till lasten via en växelriktare. Till exempel använder ett 5 kW off-grid vindkraftsgenereringssystem en trefas brygglikriktarkrets, kombinerat med maximal power point tracking (MPPT)-kontroll, för att uppnå en 15 % ökning av vindenergifångsteffektiviteten. Samtidigt används diodernas enkelriktade ledningsförmåga för att förhindra omvänd laddning av batterier, vilket säkerställer systemsäkerheten.
Nätanslutet storskaligt vindkraftsgenereringssystem: I det nätanslutna systemet för direktdriven permanentmagnet synkron generator (PMSG) fungerar en diodlikriktare som front-omvandlare för att omvandla den variabla amplituden och den variabla frekvensen växelström från generatorn till likström, och sedan uppnå enhetlig effektfaktornätanslutning via PWM-växelriktare. Till exempel antar en 2MW direktdriven vindturbin en diodlikriktning+Boost+PWM-inverterstruktur, med en systemeffektivitet på 96,5 %, vilket är 2 procentenheter högre än det traditionella systemet med dubbelmatad induktionsgenerator (DFIG).
3, Effektivitetsoptimering: ett genombrott i hela kedjan från val av enhet till systemintegration
Även om diodlikriktartekniken är mogen, påverkas dess effektivitet fortfarande av enhetens egenskaper, kretstopologi och styrstrategier. Branschen uppnår effektivitetsgenombrott genom följande vägar:

Val av enhet: Iteration från kisel till kiselkarbid: Traditionella-kiselbaserade dioder har problem som höga omvända återhämtningsförluster och dålig prestanda vid hög-temperatur. Kiselkarbid (SiC) dioder har blivit det föredragna valet för scenarier med hög-frekvens och hög-spänning på grund av deras fördelar med noll omvänd laddningsåtervinning (Qrr ≈ 0) och hög temperaturstabilitet (övergångstemperatur upp till 200 grader). Till exempel, efter att ha ersatt kiselbaserade-enheter med SiC-dioder, minskade likriktarförlusterna för ett 10MW havsvindkraftverk med 40 % och systemets effektivitet förbättrades till 97,2 %.
Topologiinnovation: Uppgradera från okontrollerbar till kontrollerbar: Även om strukturen för okontrollerad diodlikriktning är enkel, har den problem som höga strömövertoner och låg effektfaktor. PWM-likriktarteknik uppnår sinusformad ström på maskinsidan genom fullt kontrollerade enheter som IGBT, vilket eliminerar harmonisk förorening. Till exempel antar en 3MW vindturbin en back-to-back-struktur av PWM rectification+PWM-inverter för att uppnå fyra kvadrantdrift, med en effektfaktor på upp till 0,99 och en harmonisk distorsionshastighet (THD) på mindre än 3 %.
Termisk hantering: Utveckling från naturlig kylning till vätskekylning: 70 % av diodförlusterna omvandlas till värme, och för varje 10 graders ökning av korsningstemperaturen ökar den omvända återvinningsladdningen med 15 % -20 %. Vätskekylningstekniken stabiliserar korsningstemperaturen under 150 grader genom att direkt kyla diodchipset, vilket förlänger enhetens livslängd. Till exempel, efter att ett 15 MW havsvindkraftverk antog ett system för vätskekylning av värme, förlängdes diodens livslängd från 8 år till 15 år, och drift- och underhållskostnaderna minskade med 40 %.