Kā diodes var novērst vēja enerģijas atpakaļplūsmu, lai sabojātu kontrolierus?

1, nekontrolējama taisngrieža ķēde: dabiska barjera, kas bloķē reverso barošanu no baterijām
Vēja enerģijas sistēmās nekontrolēta taisngrieža ķēde ir atslēga, kas savieno ģeneratoru un akumulatoru. Tās galvenā funkcija ir pārveidot ģeneratora izvadīto maiņstrāvas jaudu līdzstrāvā, vienlaikus izmantojot diožu vienvirziena vadītspēju, lai neļautu akumulatoram piegādāt enerģiju ģeneratoram pretējā virzienā zema vēja ātruma vai izslēgšanas stāvokļos. Piemēram, trīs-fāzu diožu nekontrolējamā taisnošanas shēmā sešas diodes veido tilta struktūru. Kad ģeneratora izejas spriegums ir zemāks par akumulatora spriegumu, diodes automātiski atslēdzas, bloķējot reversās strāvas ceļu.

Tehniskās priekšrocības:

Vienkārša un uzticama struktūra: ir nepieciešamas tikai diodes, lai panāktu dubultās taisnošanas un pretplūsmas funkcijas, bez papildu vadības ķēdēm, kā rezultātā ir zems atteices līmenis.
Zems enerģijas patēriņš: diožu vadītspējas sprieguma kritums parasti ir 0,3–0,7 V, un augstsprieguma un lielas strāvas scenārijos jaudas zudumi ir ievērojami mazāki nekā aktīvajiem komponentiem, piemēram, IGBT.
Ātrs reakcijas ātrums: Diodes pārslēgšanās laiks ir nanosekunžu diapazonā, kas var uzreiz reaģēt uz sprieguma izmaiņām un izvairīties no apgrieztās strāvas pārsprieguma.
Inženiertehniskais gadījums:
Jūras vēja parkā tiek izmantots diodes taisngrieža vārsts, lai aizstātu tradicionālo modulāro daudzlīmeņu taisngrieža vārstu (MMC). Ar tādu pašu pārraides jaudu pārveidotāja stacija ir samazinājusi tilpumu par 80%, svaru par 65% un uzstādīšanas laiku par 20%. Galvenais iemesls ir tas, ka diodes taisngrieža vārstam nav nepieciešami sarežģīti vadības algoritmi, un diodes vadītspējas zudums ir par vairāk nekā 20% mazāks nekā IGBT, ievērojami uzlabojot sistēmas stabilitāti un ekonomiju.

2, pretapgrieztās polaritātes aizsardzība: lai izvairītos no katastrofāliem traucējumiem, ko izraisa barošanas avota apgrieztā polaritāte
Vēja enerģijas regulatoram ir jābūt saderīgam ar vairākām barošanas ieejām (piemēram, tīkla strāvu, dīzeļģeneratoriem un akumulatoriem). Ja lietotājs nejauši maina barošanas avota polaritāti, tas var izraisīt iekšējo kondensatoru, MOSFET un citu kontroliera sastāvdaļu izdegšanu. Savienojot diodes virknē pie strāvas ievades, var izveidot zemu-izmaksu un ļoti uzticamu pretreversas aizsardzības ķēdi.

Dizaina punkti:

Tiešās vadīšanas sprieguma krituma optimizācija: Šotkija diodēm (piemēram, MBR1045CT) tiešā sprieguma kritums ir tikai 0,3 V, un 5 kW līmeņa kontrolieros vadītspējas zudums ir mazāks par 0,6%, daudz mazāks nekā tradicionālajām silīcija diodēm (0,7 V).
Reversās noplūdes strāvas kontrole: ideālie diožu IC (piemēram, LTC4412) var nomākt reversās noplūdes strāvu līdz zem 1 μA, izvairoties no akumulatora jaudas samazināšanās noplūdes strāvas dēļ gaidstāves režīmā.
Pārsprieguma strāvas slāpēšana: pievienojot NTC termistorus paralēli diodēm, var ierobežot pārsprieguma strāvu ieslēgšanas brīdī, aizsargājot pakārtoto kondensatoru.
Kļūmes režīma analīze:
Vēja enerģijas regulatora apkopes gadījumā pretreversās aizsardzības trūkuma dēļ lietotājs kļūdaini pieslēdza strāvas padevi, izraisot ieejas kondensatora eksploziju. Turpmākajā uzlabošanas plānā ir izmantota salikta shēma "Schottky diode + self-atcoves drošinātājs", kas nogriež diodi, kad to apgriež otrādi, un izkausē drošinātāju, pilnībā izolējot kļūdu.

3, Enerģijas atgūšanas ceļa kontrole: galvenais posms bremzēšanas rezistoru pārslodzes novēršanā
Vēja enerģijas sistēmās, kad vēja ātrums pārsniedz nominālo vērtību, liekā enerģija ir jāpatērē, izmantojot piķa regulēšanu vai bremzēšanas rezistorus. Ja bremžu rezistoru ķēde nav pareizi konstruēta, reversā strāva var ieplūst kontrollerī caur IGBT korpusa diodi, izraisot komponentu pārkaršanu. Diode var izveidot neatkarīgu enerģijas atgūšanas ceļu, nodrošinot, ka bremzēšanas strāva tiek atbrīvota tikai caur rezistoru.

Tipiski lietojumi:

Strāvas ķēdes brīvgaitas diode: līdzstrāvas/līdzstrāvas ķēdēs brīvgaitas diodes (piemēram, 1N5819WS) nodrošina atbrīvošanas ceļu induktīvās enerģijas uzkrāšanai, izvairoties no augsta-sprieguma atpakaļgaitas elektromotora spēka rašanās, kad IGBT ir izslēgts.
Pastiprināšanas ķēdes pretplūsmas diode: pastiprināšanas ķēdē diode (piemēram, MBR20100CT) neļauj izejas spriegumam plūst atpakaļ uz ievades spaili, aizsargājot zemsprieguma puses komponentus.
Datu atbalsts:
Vēja enerģijas pārveidotāja testa dati liecina, ka pēc parasto taisngriežu diožu nomaiņas pret Šotki diodēm bremzēšanas rezistora temperatūras paaugstināšanās samazinājās no 120 grādiem līdz 85 grādiem, un sistēmas efektivitāte palielinājās par 3,2%.

4, Saspiedes diode daudzlīmeņu topoloģijā: galvenā sastāvdaļa invertora uzticamības uzlabošanai
Diodes iespīlētā piecu līmeņu kaskādes H-tilta topoloģijā iespīlēšanas diode var līdzsvarot katra tilta sviras spriegumu un novērst komponentu bojājumus, ko izraisa nevienmērīgs spriegums. Piemēram, pastāvīgā magnēta tiešās piedziņas vēja enerģijas sistēmā šī topoloģija nodrošina vidēja sprieguma tiešo tīkla savienojumu, izmantojot 12 impulsu taisngriezi un piecu līmeņu invertoru. Saspiedes diode samazina komutācijas ierīču sprieguma spriegumu līdz pusei no līdzstrāvas kopnes sprieguma, ievērojami uzlabojot sistēmas uzticamību.

Tehnoloģiskais sasniegums:
Siemens izmanto diodes iespīlētu topoloģiju jūras vēja enerģijas pārveidotāju stacijām, panākot 9 līmeņu izvadi, trīskāršojot ekvivalento pārslēgšanas frekvenci, samazinot harmoniskos kropļojumus līdz 1,5% un samazinot filtra tilpumu par 40%.

5, visprogresīvākā tehnoloģija: platas joslas diode veicina vēja enerģijas sistēmas jaunināšanu
Līdz ar silīcija karbīda (SiC) diožu briedumu to nulles reversās uzlādes atgūšana (Qrr ≈ 0) un augstas temperatūras izturības (200 grādi) raksturlielumi paātrina silīcija -diožu nomaiņu vēja enerģijas jomā. Piemēram, Cree C3D10060A SiC Schottky diode samazina vadītspējas zudumus par 75%, salīdzinot ar silīcija diodēm 100A/600V apstākļos, un reversās atkopšanas zudumi tuvojas nullei.

Pieteikšanās scenārijs:

Augstas frekvences līdzstrāvas/līdzstrāvas pārveidotājs: SiC diodes var palielināt pārslēgšanas frekvenci līdz vairāk nekā 200 kHz, ievērojami samazinot induktoru un kondensatoru izmēru.
Vidēja sprieguma frekvences pārveidotājs: 10kV vēja enerģijas pārveidotājos SiC diodes var samazināt kaskāžu skaitu un samazināt sistēmas sarežģītību.