Як налаштувати діоди в сполучних системах зберігання енергії вітру?

一 Вибір типу діода: точна відповідність на основі сценаріїв застосування
Система сполучення для зберігання енергії вітру охоплює кілька аспектів, таких як виробництво енергії вітру, перетворення електроенергії та заряджання та розряджання накопичувачів енергії. Існують суттєві відмінності у вимогах до продуктивності діодів у різних сценаріях, і потрібно вибрати цільові типи пристроїв.

1. Процес випрямлення: діоди з карбіду кремнію покращують ефективність перетворення
У модулі випрямляча змінного/постійного струму вітрових турбін традиційні кремнієві -діоди мають високі втрати на перемикання через тривалий час зворотного відновлення (50-100 нс), тоді як діоди з карбіду кремнію (SiC) можуть значно зменшити втрати на випрямлення завдяки своїм надшвидким характеристикам зворотного відновлення (Trr<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. З’єднання накопичення енергії: діод TVS покращує захист від перенапруги
У системах накопичення енергії літієвої батареї діоди TVS фіксують перенапругу до безпечного діапазону зі швидкістю відгуку в мілісекундах. Візьмемо як приклад модуль батареї CTP3.0 компанії CATL. Діод Dongwo Electronics SMBJ15CA TVS (Pppm=600W, Vc=18V), використаний у ньому, зменшив підвищення температури поверхні модуля батареї на 42% у випробуванні теплового розгону UL9540A та отримав більше ніж у 10 разів час відгуку для системи протипожежного захисту. Для систем накопичення енергії на паливних елементах необхідно налаштувати каталітичні датчики згоряння та діоди TVS, щоб швидко відключати ланцюг у разі витоку водню. Тиск відкриття вибухозахисного пристрою повинен контролюватися в межах 0,01 МПа.

3. Фотоелектрична допоміжна ланка: обхідний діод, оптимізований тіньовий допуск
У системах накопичення сонячної енергії вітру фотоелектричні модулі часто відчувають раптове падіння вихідної потужності через локальні тіні. Підключивши один обхідний діод послідовно з кожними 18-20 компонентами, можна передавати струм екранованих компонентів, зменшуючи втрати потужності. Наприклад, коли одна комірка повністю закупорена, вихідна потужність монокристалічного кремнієвого модуля може зменшитися на 75%, тоді як при конфігурації обхідних діодів втрату потужності можна контролювати в межах 10%. Крім того, слід використовувати технологію інфрачервоного виявлення для регулярного сканування компонентів і оперативного вирішення проблем із гарячими точками, коли різниця температур перевищує 10 градусів.

2, Оптимізація топології: побудова ефективних і надійних силових електронних мереж
Топологічний метод з’єднання діодів безпосередньо впливає на ефективність потоку енергії та здатність ізоляції несправностей системи, і необхідна цільова конструкція на основі шляху перетворення енергії з’єднаної системи.

1. Схема проти зворотного заряджання: композитний дизайн блокуючого діода та MOSFET
Традиційна схема P-MOS проти реверсу має такі проблеми, як високий опір і нездатність блокувати зворотний струм. Ідеальний діодний контролер LM74700-Q1 від TI досягає опору 0,01 Ом і швидкості зворотного вимкнення на наносекундному рівні завдяки інтеграції N-MOS і схеми керування. У низьковольтній системі 48 В ідеального автомобіля L9 це рішення зменшує втрати антиреверсного з’єднання з 8 Вт до 0,2 Вт, а також підвищення температури системи з 15 градусів до 2 градусів, повністю усуваючи ризик перегріву під час холодного запуску.

2. Багаторівневе випрямлення: топологія затискача діода
У -сценаріях передачі постійного струму під високою напругою багаторівневі випрямлячі (NPC) з діодними затискачами досягають балансу напруги, з’єднуючи конденсатори та діоди послідовно, зменшуючи вимоги до опору напруги комутаційних пристроїв. У проекті передачі постійного струму надвисокої напруги ± 800 кВ топологія NPC знижує витримувану напругу окремих пристроїв з 1600 В до 650 В, одночасно зменшуючи коефіцієнт гармонійних спотворень (THDu) з 15% до 3%, значно покращуючи якість електроенергії.

3. Координація гібридного накопичення енергії: діодна ізоляція та розподіл потужності
У гібридній системі зберігання енергії, що складається з літієвих батарей і суперконденсаторів, розподіл електроенергії має здійснюватися за допомогою діодів. Літієві батареї компенсують тривалі-низькі-коливання напруги, тоді як суперконденсатори справляються з короткочасними-високими-ударами напруги. Наприклад, у стратегії керування підключенням вітрової електромережі, коли швидкість коливань потужності перевищує 5%, суперконденсатор швидко заряджається та розряджається через діоди, щоб придушити швидкість коливань до 2%; І літієві батареї повільно регулюються зі швидкістю 0,1C, щоб гарантувати, що SOC (стан заряду) підтримується в межах безпечного діапазону 20% -80%.

3, Співпраця з управління температурою: контроль температури від рівня компонентів до рівня системи
Теплова несправність діодів є однією з основних причин збоїв системи накопичення енергії, і контроль температури протягом усього життєвого циклу повинен бути досягнутий за допомогою інноваційних матеріалів, структурної оптимізації та теплового проектування на рівні системи.

1. Оновлення матеріалу: широкозонний напівпровідник зменшує втрати тепла
SiC-діоди можуть витримувати температуру до 600 градусів, що втричі вище, ніж кремнієві-діоди; GaN-діоди можуть стабільно працювати при 200 градусах і забезпечувати теплове резервування для платформ високої-напруги 800 В. Модуль SiC четвертого покоління від ROHM має двосторонню -конструкцію розсіювання тепла, знижуючи термічний опір з 10 К/Вт до 2 К/Вт і досягаючи питомої потужності понад 100 кВт/л. У системі зберігання енергії BYD Cube технологія рідинного охолодження стабілізує робочу температуру діода нижче 45 градусів, зменшуючи зворотний струм витоку на 78% порівняно з рішенням із повітряним -охолодженням.

2. Структурні інновації: 3D-упаковка та вбудоване розсіювання тепла
Укладаючи чіпи та вбудовуючи структури розсіювання тепла, термічний опір діодів можна значно зменшити. Наприклад, серія Smart Diode від Infineon об’єднує датчики температури всередині мікросхеми, щоб забезпечити-моніторинг кривих VF Tj у реальному часі. Коли температура досягає порогового значення, за 10 секунд до порогового значення видається попередження, що забезпечує час активного втручання для управління температурою системи.

3. Тепловий зв'язок на системному рівні: вітер сонячна температура зберігання синергія
У системі сполучення вітрової сонячної енергії необхідно створити уніфіковану платформу управління теплом. Наприклад, спільна електростанція накопичення енергії в Цинхаї використовує систему виробництва водню з морської води, яка використовує відпрацьоване тепло електролітичної комірки для нагріву літієвої батареї, знижуючи швидкість деградації ємності батареї з 30% до 5% в умовах низьких температур взимку. У той же час трубопровід рідинного охолодження фотоелектричного модуля поділяє охолоджуючу рідину з масляним контуром редуктора вітрової турбіни, досягаючи каскадного використання енергії.