چگونه از یکسوسازی دیود در سیستم تولید برق بادی استفاده کنیم؟

1، اصل فنی: معماری اساسی اصلاح دیود
اصل اصلی یکسوسازی دیود مبتنی بر رسانایی یک طرفه اتصال PN است. هنگامی که نیم سیکل مثبت جریان متناوب به آند دیود اعمال می شود، اتصال PN بایاس رو به جلو است و جریان از آن عبور می کند. در طول نیم سیکل منفی، بایاس معکوس قطع شده و جریان مسدود می شود. با پیکربندی معقول تعداد و روش اتصال دیودها می توان به تبدیل AC به DC دست یافت.

یکسوسازی نیم موج: با استفاده از یک دیود و تنها با استفاده از نیم سیکل مثبت برق AC، راندمان نسبتاً پایین است (حداکثر نظری 50٪)، اما مدار ساده و هزینه کم است که آن را برای سیستم های تولید برق کوچک بادی مناسب می کند.
یکسوسازی موج کامل: با استفاده از ساختار پل (4 دیود) یا ترانسفورماتور شیر مرکزی (2 دیود)، با استفاده از نیم سیکل مثبت و منفی جریان متناوب، راندمان به بیش از 81 درصد افزایش می یابد. در میان آنها، یکسوسازی پل به دلیل عدم وجود ترانسفورماتورهای خاص و نوسانات ولتاژ خروجی کوچک به راه حل اصلی برای تولید برق بادی تبدیل شده است.
یکسوسازی سه فاز: برای -خروجی برق متناوب سه فاز از توربین‌های بادی، از مدار یکسوکننده پل سه فاز متشکل از شش دیود برای کاهش بیشتر امواج خروجی و بهبود چگالی توان استفاده می‌شود. به عنوان مثال، در یک سیستم متصل به شبکه ژنراتور سنکرون آهنربای دائم درایو مستقیم، یک پل یکسوکننده دیود سه فاز، خروجی برق متناوب سه فاز توسط ژنراتور را به برق DC تبدیل می کند، که سپس از طریق یک مدار تقویت کننده و اینورتر به شبکه متصل می شود.
2، سناریوی کاربردی: پوشش کامل از اتصال خارج از شبکه به شبکه
فناوری یکسوسازی دیود در کل چرخه حیات سیستم‌های تولید برق بادی اجرا می‌شود و سناریوهای کاربردی آن هم سیستم‌های مستقل خارج از شبکه و هم نیروگاه‌های مقیاس بزرگ متصل به شبکه را پوشش می‌دهند.

سیستم تولید برق بادی در مقیاس کوچک-خارج از شبکه: در مناطق دورافتاده یا سناریوهای بدون پوشش شبکه، توربین بادی باتری را از طریق یکسوکننده دیود شارژ می‌کند و برق را از طریق یک اینورتر به بار می‌رساند. به عنوان مثال، یک سیستم تولید برق بادی با 5 کیلووات خاموش از شبکه، از مدار یکسو کننده پل سه فاز، همراه با کنترل ردیابی نقطه حداکثر توان (MPPT) استفاده می کند تا به افزایش 15 درصدی راندمان جذب انرژی بادی دست یابد. در عین حال، رسانایی یک طرفه دیودها برای جلوگیری از شارژ معکوس باتری ها استفاده می شود و ایمنی سیستم را تضمین می کند.
سیستم تولید برق بادی در مقیاس بزرگ-متصل به شبکه: در طرح متصل به شبکه ژنراتور سنکرون آهنربای دائم درایو مستقیم (PMSG)، یکسو کننده دیود به عنوان مبدل جلویی{1}}برای تبدیل دامنه متغیر و فرکانس متغیر برق AC توسط ژنراتور به توان DC و سپس دستیابی به اتصال از طریق ضریب توان واحد در شبکه PWM عمل می‌کند. به عنوان مثال، یک توربین بادی مستقیم 2 مگاواتی از ساختار اینورتر یکسوسازی دیود + تقویت + PWM با بازده سیستم 96.5٪ استفاده می کند که 2 درصد بیشتر از طرح سنتی ژنراتور القایی با تغذیه دوگانه (DFIG) است.
3، بهینه سازی کارایی: پیشرفت در کل زنجیره از انتخاب دستگاه تا یکپارچه سازی سیستم
اگرچه فناوری یکسوسازی دیود به بلوغ رسیده است، اما کارایی آن هنوز تحت تأثیر ویژگی‌های دستگاه، توپولوژی مدار و استراتژی‌های کنترل است. این صنعت از طریق مسیرهای زیر به پیشرفت های بهره وری دست می یابد:

انتخاب دستگاه: تکرار از سیلیکون به کاربید سیلیکون: دیودهای مبتنی بر سیلیکون سنتی-مشکلاتی مانند تلفات بازیابی معکوس بالا و عملکرد ضعیف{1} درجه حرارت بالا دارند. دیودهای کاربید سیلیکون (SiC) به دلیل مزایای بازیابی شارژ معکوس صفر (Qrr ≈ 0) و پایداری دمای بالا (دمای محل اتصال تا 200 درجه) به انتخاب ترجیحی برای سناریوهای-فرکانس بالا و{{4} ولتاژ بالا تبدیل شده‌اند. به عنوان مثال، پس از جایگزینی دستگاه‌های مبتنی بر سیلیکون با دیودهای SiC، تلفات یکسو کننده یک توربین بادی دریایی 10 مگاواتی تا 40% کاهش یافت و راندمان سیستم به 97.2% افزایش یافت.
نوآوری توپولوژی: ارتقا از غیر قابل کنترل به قابل کنترل: اگرچه ساختار یکسوسازی دیود کنترل نشده ساده است، اما مشکلاتی مانند هارمونیک جریان بالا و ضریب توان پایین دارد. فناوری یکسوسازی PWM از طریق دستگاه‌های کاملاً کنترل‌شده مانند IGBT، جریان سینوسی را در سمت دستگاه ایجاد می‌کند و آلودگی هارمونیک را از بین می‌برد. به عنوان مثال، یک توربین بادی 3 مگاواتی برای دستیابی به عملکرد چهار ربعی، با ضریب توان تا 0.99 و نرخ اعوجاج هارمونیک (THD) کمتر از 3٪، ساختار پشت-به-پشت به{4} PWM یکسوسازی + اینورتر PWM را اتخاذ می‌کند.
مدیریت حرارتی: تکامل از خنک کننده طبیعی به خنک کننده مایع: 70٪ از تلفات دیود به گرما تبدیل می شود و به ازای هر 10 درجه افزایش در دمای اتصال، شارژ بازیابی معکوس 15٪ -20٪ افزایش می یابد. فناوری خنک کننده مایع با خنک کردن مستقیم تراشه دیود، دمای اتصال را زیر 150 درجه تثبیت می کند و در نتیجه طول عمر دستگاه را افزایش می دهد. به عنوان مثال، پس از اینکه یک توربین بادی 15 مگاواتی فراساحلی طرح اتلاف حرارت خنک کننده مایع را اتخاذ کرد، عمر دیود از 8 سال به 15 سال افزایش یافت و هزینه های بهره برداری و نگهداری تا 40 درصد کاهش یافت.