Kā diodes izolē lokālās ķēdes elektrotīkla bojājumu laikā?

一, Diodes defektu izolācijas fiziskais mehānisms
Diodes PN savienojuma struktūra nodrošina to ar dabisko strāvas bloķēšanas spēju. Ja elektrotīklā rodas īssavienojuma kļūme, spriegums bojājuma punktā strauji pazeminās, veidojot apgrieztās novirzes elektrisko lauku. Šajā laikā diode nonāk izslēgšanas stāvoklī, un apgrieztā pretestība var sasniegt megaohm līmeni. Ņemot par piemēru fotoelementu tīklam pievienoto sistēmu, kad līdzstrāvas pusē notiek īssavienojums ar polu pret polu, Šotkija diode (piemēram, SB560, ar tiešā sprieguma kritumu 0,5 V), kas paralēli savienota ar abiem fotoelektriskā moduļa galiem, var izturēt pretējo spriegumu, kas pārsniedz 1000 V, un pilnīgs strāvas bloķēšana ir trīs μs. nekā tradicionālās releju shēmas.

Sakaru sistēmās diožu izolācijas īpašības ir cieši saistītas ar bojājuma veidu. Kad rodas vienas-fāzes zemējuma bojājums, fāzes spriegums, kas nav bojājums, palielinās līdz līnijas sprieguma līmenim. Šobrīd ātrās atkopšanas diode (piemēram, FR307, reversās atkopšanas laiks 100n), kas ir savienota paralēli abiem komutācijas ierīces galiem, var efektīvi novērst kondensatora pārlādēšanu. Saskaņā ar Tennet ± 500kV līdzstrāvas pārvades projekta Vācijā datiem, pēc šīs shēmas pieņemšanas apakšmoduļa kondensatora sprieguma svārstību diapazons samazinājās no ± 15% līdz ± 3%, un sistēmas efektivitāte uzlabojās par 1,2 procentpunktiem.

2. Tipisku kļūdu scenāriju izolācijas pielietojums
1. Līdzstrāvas sadales sistēmas bojājumu zonējums
Diodēs balstītā līdzstrāvas sadales sistēmā, kad līnijā notiek pastāvīgs divu polu īssavienojums, bojātās līnijas sākotnējā strāva ātri palielinās līdz 8,3 kA, savukārt spailes strāva samazinās līdz 0 1 ms laikā diodes reversās nogriešanas raksturlieluma dēļ. Li Bin komandas Tjandzjiņas universitātē veiktais pētījums liecina, ka šī shēma var ierobežot bojājumu diapazonu starp divām pārveidotāju stacijām, samazinot to par 60%, salīdzinot ar tradicionālajām shēmām, un saīsinot sprieguma krituma laiku no 200 ms līdz 20 ms, ievērojami uzlabojot barošanas avota uzticamību.

Konkrētajā izpildījumā katrs līdzstrāvas kopnes segments ir aprīkots ar pretparalēlas diodes moduli. Kad bojājuma strāva pārsniedz slieksni, ātrās pārslēgšanas ierīce 100 μs laikā pārtrauc bojājuma ceļu, un diode automātiski veido izolācijas barjeru. Pēc šīs tehnoloģijas ieviešanas Huawei SUN2000-125KTL fotoelektriskais invertors palielināja savu elektroenerģijas ražošanu par 9,3% daļēji traucētu scenāriju gadījumā ar 98,8% Eiropas efektivitāti.

2. Modulārā daudzlīmeņu pārveidotāja aizsardzība
MMC apakšmodulī diodes un IGBT veido divvirzienu bloķēšanas struktūru. Ja apakšmoduļa kondensatora sprieguma nelīdzsvarotība pārsniedz 10%, sērijveidā pievienotā silīcija karbīda diode (piemēram, C3D06060A) piedzīvo tiešā sprieguma kritumu par 1,3 V@10A. Var novērst kondensatora pārlādēšanu. Pēc šīs shēmas pieņemšanas Siemens SICAM AIS tīkla stabilizators samazināja apakšmoduļa pārslēgšanas zudumus par 40% un saīsināja sistēmas reakcijas laiku no 10 ms līdz 3 ms.

Inženierpraksē jāņem vērā diožu reversās atkopšanas raksturlielumi. Ātrās atkopšanas diožu (piemēram, FR307) izmantošana var samazināt IGBT komutācijas zudumus par 35%, salīdzinot ar parastajiem taisngriežiem. ABB Power Grid sērijas inteliģentās izolācijas diodes reāllaikā uzrauga savienojuma temperatūru, strāvu un citus parametrus, izmantojot iebūvētos -sensorus, brīdinot par iespējamiem bojājumiem 0,5 ms iepriekš un palielinot vidējo laiku starp sistēmas kļūmēm līdz 200 000 stundām.

3. Sadalīto barošanas avotu liekā konstrukcija
Stīgu fotoelementu invertoros vairāki MPPT kanāli nodrošina jaudas dublēšanu, izmantojot diodes vai vārtu ķēdes. Kad noteikta kanāla izejas jauda samazinās ēnu šķēršļu dēļ, Šotkija diode (piemēram, MBR2045CT, ar tiešā sprieguma kritumu 0,32 V) automātiski pārslēdzas uz veselīgu kanālu. Testi ir parādījuši, ka šī shēma var palielināt fotoelektrisko bloku enerģijas ražošanu par 8–12%, īpaši daļēji traucētos scenārijos, kur priekšrocības ir nozīmīgas.

Tesla Megapack enerģijas uzglabāšanas sistēma izmanto integrētu izolācijas shēmu, un ideāls diodes kontrolleris, kura pamatā ir MOSFET (piemēram, LM5050), nodrošina nulles reversās atkopšanas laiku. Šī shēma samazina izolācijas zudumu starp akumulatoru klasteriem no 2,5 W līdz 0,3 W, uzlabo sistēmas cikla efektivitāti par 0,2 procentpunktiem un samazina vadīšanas sprieguma kritumu par 0,05 V par 90%, salīdzinot ar tradicionālajām diodēm.

3. Inženiertehniskās optimizācijas un veiktspējas uzlabošanas stratēģijas
1. Zema zuduma komponentu izvēle
Tradicionālo silīcija diožu vadītspējas zudums ir kļuvis par sašaurinājumu augstfrekvences{0}}lietotnēs. Silīcija karbīda Schottky diožu izmantošana var samazināt vadītspējas zudumus par 60%. 100kW fotoelektriskajā invertorā šī shēma samazina diodes zudumus no 120W līdz 48W un uzlabo sistēmas efektivitāti par 0,05 procentpunktiem. EPC uzņēmuma EPC2054 GaN diodei tiešā sprieguma kritums ir tikai 0,2 V pie 10 A strāvas, kas ir par 85% zemāks nekā SiC ierīcēm.

2. Siltumvadības optimizācija
Lieljaudas{0}}lietotnēs diodes savienojuma temperatūras kontrole ir ļoti svarīga. Saliktā siltuma izkliedes shēma, izmantojot siltumvadītspējīgu silikona smērvielu (termiskā pretestība 0,5 grādi / W) un alumīnija substrātu (termiskā pretestība 1 grāds / W), var samazināt savienojuma temperatūru no 125 grādiem līdz 85 grādiem zem 100 A strāvas, pagarinot ierīces kalpošanas laiku vairāk nekā trīs reizes. Huawei invertori izmanto šķidruma dzesēšanas tehnoloģiju, lai kontrolētu diodes savienojuma temperatūru 105 grādu robežās un palielinātu jaudas blīvumu līdz 1,2 kW/kg.

3. Elektromagnētiskās saderības dizains
Diožu slēdžu radītais di/dt troksnis ir jānomāc ar RC bufera ķēdi. 10 kW invertorā bufera ķēde, kurā tiek izmantoti 0,1 μF plēves kondensatori un 10 Ω rezistori, var samazināt sprieguma pārsniegumu no 50 V līdz 5 V, atbilstot IEC 61000-4-5 elektromagnētiskās saderības standartam. Siemens SIRIUS sērijas inteliģentā izolācijas diode nomāc slēdžu troksni zem 20 dB, izmantojot iebūvēto RC tīklu.

4, Frontier tehnoloģiju tendences
1. Platas joslas pusvadītāju lietojumi
Gallium nitride diodes, with their ultra-low on resistance (0.1m Ω· cm ²) and high-frequency characteristics (fT>1 GHz), pakāpeniski aizstāj silīcija ierīces augstākās klases jomās, piemēram, 5G bāzes staciju barošanas avotos un kosmosa barošanas avotos. EPC uzņēmuma EPC2054 GaN diodei tiešā sprieguma kritums ir tikai 0,2 V pie 10 A strāvas, kas ir par 85% zemāks nekā SiC ierīcēm.

2. Inteliģentas izolācijas tehnoloģijas integrācija
Viedais diodes modulis apvienojumā ar digitālās vadības tehnoloģiju var sasniegt dinamisku sprieguma krituma kompensāciju un kļūdu prognozēšanu. Uzņēmuma ABB ieviestās Power Grid sērijas viedās izolācijas diodes reāllaikā uzrauga krustojuma temperatūru, strāvu un citus parametrus, izmantojot iebūvētos -sensorus, un brīdina par iespējamiem bojājumiem 0,5 ms iepriekš, palielinot sistēmas vidējo laiku bez defektiem līdz 200 000 stundām.

5, Rūpniecības pieteikumu lietas
1. Tennet līdzstrāvas pārvades projekts Vācijā
± 500kV līdzstrāvas pārvades projektā MMC apakšmodulis, izmantojot silīcija karbīda diodes moduļus, samazina apakšmoduļa kondensatora sprieguma svārstību diapazonu no ± 15% līdz ± 3%, un uzlabo sistēmas efektivitāti par 1,2 procentpunktiem. Šī projekta gada pārvades jauda sasniedz 12 miljardus kilovatstundu, kas ir līdzvērtīga standarta ogļu patēriņa samazināšanai par 3,6 miljoniem tonnu.

2. Tesla Megapack enerģijas uzkrāšanas sistēma
Akumulatoru klasteru izolācijas shēma, kuras pamatā ir GaN diodes, uzlabo sistēmas cikla efektivitāti par 0,2 procentpunktiem, vienlaikus samazinot vadīšanas sprieguma kritumu par 90%, salīdzinot ar tradicionālajām diodēm pie 0,05 V. Sistēma ir ieviesta visā pasaulē vairāk nekā 10 GWh, tādējādi atbalstot atjaunojamās enerģijas patēriņu.