چگونه دیودها را در سیستم های کوپلینگ ذخیره انرژی بادی پیکربندی کنیم؟

一، انتخاب نوع دیود: تطبیق دقیق بر اساس سناریوهای کاربردی
سیستم کوپلینگ ذخیره انرژی بادی جنبه های مختلفی مانند تولید برق بادی، تبدیل توان و شارژ و دشارژ ذخیره انرژی را پوشش می دهد. تفاوت های قابل توجهی در الزامات عملکرد دیودها در سناریوهای مختلف وجود دارد و انواع دستگاه های هدفمند باید انتخاب شوند.

1. فرآیند اصلاح: دیودهای کاربید سیلیکون راندمان تبدیل را بهبود می بخشند
در ماژول یکسو کننده AC/DC توربین‌های بادی، دیودهای مبتنی بر سیلیکون سنتی به دلیل زمان بازیابی معکوس طولانی (50 تا 100 ثانیه)، تلفات سوئیچینگ بالایی دارند، در حالی که دیودهای کاربید سیلیکون (SiC) می‌توانند تلفات یکسوسازی را به دلیل ویژگی‌های بازیابی معکوس فوق سریع (Trr) کاهش دهند.<10ns) and low forward voltage drop (Vf<0.3V). For example, Cree's GaN HEMT diode reduces reverse recovery loss by 90% compared to silicon-based devices at a switching frequency of 1MHz, resulting in rectifier module efficiency exceeding 98%. In the offshore wind power scenario, Siemens uses a diode flexible rectifier valve instead of a modular multi-level rectifier valve, and reduces the converter station's volume by 80%, weight by 65%, and transmission loss by 20% under the same transmission capacity through the bridge arm series integrated pulse control strategy.

2. پیوند ذخیره انرژی: دیود TVS حفاظت از اضافه ولتاژ را افزایش می دهد
در سیستم های ذخیره انرژی باتری لیتیومی، دیودهای TVS ولتاژ اضافی را با سرعت پاسخ میلی ثانیه به محدوده ایمن می بندند. با در نظر گرفتن ماژول باتری CTP3.0 CATL، دیود Dongwo Electronics SMBJ15CA TVS (Pppm=600W, Vc=18V) مورد استفاده در آن، افزایش دمای سطحی ماژول باتری را در تست حفاظت حرارتی UL9540A تا 42% کاهش داد و بیش از 1 بار زمان پاسخ سیستم را برای 10 برابر آتش نشان داد. برای سیستم های ذخیره انرژی پیل سوختی، سنسورهای احتراق کاتالیزوری و دیودهای TVS باید پیکربندی شوند تا در صورت نشت هیدروژن مدار را به سرعت قطع کنند. فشار باز شدن دستگاه امداد انفجار باید در 0.01 مگاپاسکال کنترل شود.

3. پیوند کمکی فتوولتائیک: تحمل سایه بهینه شده دیود دور زدن
در سیستم های کوپلینگ ذخیره انرژی خورشیدی بادی، ماژول های فتوولتائیک اغلب به دلیل سایه های محلی افت ناگهانی توان خروجی را تجربه می کنند. با اتصال یک دیود بای پس به صورت سری با هر 18-20 جزء، می توان جریان اجزای محافظ را انتقال داد و اتلاف برق را کاهش داد. به عنوان مثال، هنگامی که یک سلول به طور کامل مسدود می شود، توان خروجی یک ماژول سیلیکونی تک کریستالی می تواند 75٪ کاهش یابد، در حالی که با پیکربندی دیودهای بای پس، اتلاف توان را می توان تا 10٪ کنترل کرد. علاوه بر این، باید از فناوری تشخیص مادون قرمز برای اسکن منظم اجزا و رفع سریع مشکلات نقاط داغ زمانی که اختلاف دما از 10 درجه بیشتر شد استفاده کرد.

2، بهینه سازی توپولوژی: ساخت شبکه های الکترونیکی قدرت کارآمد و قابل اعتماد
روش اتصال توپولوژی دیودها مستقیماً بر راندمان جریان انرژی و قابلیت جداسازی خطای سیستم تأثیر می گذارد و طراحی هدفمند بر اساس مسیر تبدیل انرژی سیستم جفت شده مورد نیاز است.

1. مدار ضد شارژ معکوس: طراحی ترکیبی دیود مسدود کننده و ماسفت
طرح سنتی ضد معکوس P{0}MOS مشکلاتی مانند مقاومت بالا و ناتوانی در مسدود کردن جریان معکوس دارد. کنترلر دیود ایده آل Q1 LM74700 TI با یکپارچه سازی N{8}MOS و مدار کنترل، 0.01 Ω در مقاومت و سرعت خاموشی معکوس در سطح نانوثانیه به دست می آورد. در سیستم ولتاژ پایین 48 ولت خودروی ایده آل L9، این راه حل تلفات اتصال ضد معکوس را از 8 وات به 0.2 وات کاهش می دهد و دمای سیستم را از 15 درجه به 2 درجه افزایش می دهد و خطر خرابی حرارتی در هنگام شروع سرد را کاملاً برطرف می کند.

2. یکسوسازی چند سطحی: توپولوژی گیره دیود
برای سناریوهای انتقال جریان مستقیم با ولتاژ بالا، یکسو کننده‌های چند سطحی (NPC) با ولتاژ بالا با اتصال خازن‌ها و دیودها به صورت سری، تعادل ولتاژ را به دست می‌آورند و مقاومت ولتاژ مورد نیاز دستگاه‌های سوئیچینگ را کاهش می‌دهند. در پروژه انتقال جریان مستقیم با ولتاژ بالا ± 800 کیلوولت، توپولوژی NPC ولتاژ مقاومت دستگاه‌های جداگانه را از 1600 ولت به 650 ولت کاهش می‌دهد، در حالی که نرخ اعوجاج هارمونیک (THDu) را از 15٪ به 3٪ کاهش می‌دهد، به طور قابل توجهی کیفیت توان را بهبود می‌بخشد.

3. هماهنگی ذخیره انرژی هیبریدی: جداسازی دیود و توزیع توان
در یک سیستم ذخیره انرژی هیبریدی متشکل از باتری‌های لیتیومی و ابرخازن‌ها، توزیع نیرو باید از طریق دیودها انجام شود. باتری‌های لیتیومی نوسانات درازمدت کم-قدرت را جبران می‌کنند، در حالی که ابرخازن‌ها با ضربه‌های کوتاه‌مدت-بالا- توان مقابله می‌کنند. به عنوان مثال، در استراتژی کنترل اتصال به شبکه برق بادی، زمانی که نرخ نوسان برق از 5% بیشتر شود، ابرخازن به سرعت شارژ و از طریق دیودها تخلیه می شود تا نرخ نوسان را تا 2% کاهش دهد. و باتری های لیتیومی به آرامی با نرخ 0.1 درجه سانتیگراد تنظیم می شوند تا اطمینان حاصل شود که SOC (وضعیت شارژ) در محدوده ایمن 20٪ -80٪ ​​حفظ می شود.

3، همکاری مدیریت حرارتی: کنترل دما از سطح جزء به سطح سیستم
شکست حرارتی دیودها یکی از دلایل اصلی خرابی سیستم ذخیره انرژی است و کنترل دما در کل چرخه عمر باید از طریق نوآوری مواد، بهینه سازی ساختاری و طراحی حرارتی سطح سیستم انجام شود.

1. ارتقاء مواد: نیمه هادی باندگپ گسترده اتلاف حرارت را کاهش می دهد
دیودهای SiC می توانند تا دمای 600 درجه را تحمل کنند که سه برابر بیشتر از دستگاه های مبتنی بر سیلیکون است. دیودهای GaN می توانند به طور پایدار در 200 درجه کار کنند و افزونگی حرارتی را برای پلت فرم های ولتاژ بالا 800 ولت فراهم کنند. ماژول SiC نسل چهارم از ROHM از طراحی اتلاف حرارت دو طرفه استفاده می‌کند که مقاومت حرارتی را از 10K/W به 2K/W کاهش می‌دهد و به چگالی توان بیش از 100 کیلووات در لیتر دست می‌یابد. در سیستم ذخیره انرژی BYD Cube، فناوری خنک‌کننده مایع دمای کار دیود را زیر 45 درجه تثبیت می‌کند و جریان نشتی معکوس را تا 78 درصد در مقایسه با محلول خنک‌شده با هوا کاهش می‌دهد.

2. نوآوری ساختاری: بسته بندی سه بعدی و اتلاف حرارت تعبیه شده
با انباشتن تراشه ها و تعبیه سازه های اتلاف حرارت می توان مقاومت حرارتی دیودها را به میزان قابل توجهی کاهش داد. به عنوان مثال، سری دیود هوشمند Infineon حسگرهای دما را در داخل تراشه ادغام می‌کند تا-به نظارت زمان واقعی منحنی‌های VF Tj دست یابد. هنگامی که دما به آستانه می رسد، یک هشدار 10 ثانیه قبل از آستانه صادر می شود که زمان مداخله فعال را برای مدیریت حرارتی سیستم فراهم می کند.

3. جفت حرارتی سطح سیستم: هم افزایی دمای ذخیره سازی خورشیدی باد
در سیستم کوپلینگ ذخیره انرژی خورشیدی بادی، یک پلت فرم مدیریت حرارتی یکپارچه باید ایجاد شود. به عنوان مثال، یک نیروگاه ذخیره انرژی مشترک در چینگهای از سیستم تولید هیدروژن آب دریا استفاده می کند که از گرمای اتلاف سلول الکترولیتی برای گرم کردن باتری لیتیومی استفاده می کند و نرخ تخریب ظرفیت باتری را از 30٪ به 5٪ در شرایط دمای پایین در زمستان کاهش می دهد. در همان زمان، خط لوله خنک کننده مایع ماژول فتوولتائیک مایع خنک کننده را با مدار روغن گیربکس توربین بادی به اشتراک می گذارد و به استفاده از آبشار انرژی دست می یابد.