Vilken roll spelar dioderna i distribuerade vindkraftssystem?

1, likriktningskrets: uppnå effektiv omvandling från AC till DC
En av kärnfunktionerna för ett distribuerat vindkraftssystem är att omvandla växelströmseffekten från vindturbiner till likström för lagring i batterier eller direktdrivning av likströmslaster. Dioden bildar en okontrollerbar likriktarbrygga i denna process, som uppnår "fullvågslikriktning" av växelström genom enkelriktad ledningsförmåga, och omvandlar de positiva och negativa växelströmssignalerna för halvcykel till enkelriktad pulserande likström.

Tekniska fördelar:

Enkel och pålitlig struktur: Den okontrollerade trefasdiodbryggan kräver bara 6 dioder, utan behov av komplexa styrkretsar, och har en låg felfrekvens. Till exempel, Fujis MUR60120-diod (tål spänning 1200V, märkström 60A) används flitigt i små och medelstora-vindkraftverk, med ett ledningsspänningsfall på endast 0,7V och en likriktningseffektivitet på 98,5% i 10kW-nivåsystem.
Betydande kostnad-effektivitet: Jämfört med kontrollerbara likriktarkretsar som består av IGBT eller MOSFET, reduceras kostnaden för diodlikriktarbryggan med mer än 60 %, och det finns inget behov av drivkrets- och värmeavledningsdesign, vilket avsevärt minskar den initiala investeringen i systemet.
Anpassa sig till tuffa miljöer: Dioden kan fungera stabilt inom temperaturområdet -40 grader till 150 grader, tål höga temperaturer, damm och vibrationer i vindkraftsscenarier och har en livslängd på över 20 år.
Tekniskt fall:
En vindkraftspark till havs använder en diodlikriktarventil för att ersätta den traditionella modulära likriktarventilen med flera-nivåer (MMC). Under samma överföringskapacitet har omvandlarstationen minskat volymen med 80 %, vikten med 65 % och installationstiden med 20 %. Kärnan är att diodlikriktarventilen inte behöver styra varje undermodul oberoende, vilket minskar sannolikheten för fel med 90 % och minskar ledningsförlusten med 20 % jämfört med MMC, vilket resulterar i en 3,2 % ökning av systemets effektivitet.

2, skydd mot omvänd anslutning: bygga den första försvarslinjen för systemsäkerhet
Laddningsgränssnittet för det distribuerade vindkraftsförsörjningssystemet måste vara kompatibelt med flera strömingångar (som nätström, dieselgeneratorer och batterier). Om användaren av misstag ändrar polariteten på strömförsörjningen kan det leda till att de interna kondensatorerna, MOSFET:erna och andra komponenter i styrenheten brinner ut. Genom att seriekoppla dioder vid strömingången kan en låg-kostnad och mycket tillförlitlig krets för skydd mot omvändning konstrueras.

Designpunkter:

Optimering av framåtledningsspänningsfall: Schottky-dioder (som MBR1045CT) har ett framåtspänningsfall på endast 0,3V, och i 5kW-nivåregulatorer står ledningsförlusten för mindre än 0,6%, mycket lägre än traditionella kiseldioder (0,7V).
Omvänd läckströmskontroll: Idealiska diod-IC:er (som LTC4412) kan undertrycka omvänd läckström till under 1 μ A, vilket undviker kapacitetsförsämring av batteriet på grund av läckström i standby-läge.
Överspänningsdämpning: Genom att ansluta NTC-termistorer parallellt med dioder, kan överspänningsströmmen vid strömtillslaget begränsas, vilket skyddar nedströmskondensatorn. Till exempel antar ett visst märke av staplade energilagringssystem ett sammansatt schema av "Schottky-diod+NTC-termistor". I det omvända anslutningstestet är den omvända strömmen begränsad till inom 10mA, och systemet är inte skadat.
Analys av felläge:
I ett underhållsfall av en vindkraftsregulator, på grund av avsaknaden av antireverseringsskydd, kopplade användaren av misstag strömförsörjningen, vilket resulterade i en explosion av ingångskondensatorn. Förbättringsplanen för uppföljning- antar en sammansatt krets av "Schottky diode+self recovering fuse", som bryter dioden och smälter säkringen när den vänds, vilket helt isolerar felet och minskar underhållskostnaderna med 80 %.

3, Energiåtervinningsvägkontroll: Optimering av effekthantering av bromsmotstånd
När vindhastigheten överstiger det nominella värdet måste vindturbinen förbruka överskottsenergi genom pitch-kontroll eller bromsmotstånd. Om bromsmotståndskretsen inte är korrekt konstruerad kan omvänd ström flyta in i styrenheten genom IGBT-kroppsdioden, vilket orsakar överhettning av komponenterna. Dioden kan konstruera en oberoende energiåtervinningsväg, vilket säkerställer att bromsströmmen endast släpps ut genom motståndet.

Typiska applikationer:

Buck-krets frihjulsdiod: I DC/DC buck-kretsar ger frihjulsdioder (som 1N5819WS) en frigöringsväg för induktiv energilagring, vilket undviker generering av hög-elektromotorisk kraft när IGBT är avstängd. Enligt faktiska testdata minskade temperaturökningen för bromsmotståndet med detta schema från 120 grader till 85 grader och systemets effektivitet ökade med 3,2%.
Anti-backflow-diod för förstärkningskrets: I en förstärkningskrets förhindrar en diod (som MBR20100CT) utspänningen från att strömma tillbaka till ingångsterminalen, vilket skyddar komponenterna på låg-sidan. Till exempel, efter att ett visst märke av 5kW vindkraftsomriktare antar detta schema, förlängs livslängden för bromsmotståndet med tre gånger och underhållscykeln förlängs från 6 månader till 18 månader.
4, Ny materialapplikation: Kiselkarbiddiod driver systemuppgradering
Med mognad av kiselkarbid (SiC) dioder, accelererar deras noll återhämtning av omvänd laddning (Qrr ≈ 0) och höga temperaturmotstånd (200 grader) egenskaper ersättningen av kisel-baserade dioder inom området för distribuerad vindkraft. Till exempel minskar Crees C3D10060A SiC Schottky-diod ledningsförlusten med 75 % jämfört med kiseldioder under 100A/600V-förhållanden, med omvänd återställningsförlust som närmar sig noll.

Applikationsscenario:

Högfrekvent DC/DC-omvandlare: SiC-dioder kan öka omkopplingsfrekvensen till över 200 kHz, vilket avsevärt minskar storleken på induktorer och kondensatorer. Efter att ha antagit SiC-dioder i ett visst märkes 10kW vindväxelriktare, minskas volymen med 40%, vikten minskas med 30% och effekttätheten ökas till 5kW/kg.
Mellanspänningsfrekvensomvandlare: I 10kV vindkraftsomvandlare kan SiC-dioder minska antalet kaskader och minska systemets komplexitet. Siemens använder en kaskadkopplad H-bryggtopologi med fem nivåer med SiC-dioder för att uppnå 9-nivåutgångar, tredubbla den ekvivalenta switchfrekvensen, reducera harmonisk distorsion till under 1,5 % och minska filtervolymen med 40 %.