Cum se configurează diodele în sistemele de cuplare de stocare a energiei eoliene?

一, Selecția tipului de diodă: potrivire precisă pe baza scenariilor de aplicație
Sistemul de cuplare de stocare a energiei eoliene acoperă mai multe aspecte, cum ar fi generarea de energie eoliană, conversia energiei și încărcarea și descărcarea de stocare a energiei. Există diferențe semnificative în cerințele de performanță ale diodelor în diferite scenarii și trebuie selectate tipurile de dispozitive vizate.

1. Proces de rectificare: diodele cu carbură de siliciu îmbunătățesc eficiența conversiei
În modulul de redresare AC/DC al turbinelor eoliene, diodele tradiționale pe bază de siliciu{0}}au pierderi mari de comutare datorită timpului lor lung de recuperare inversă (50-100ns), în timp ce diodele cu carbură de siliciu (SiC) pot reduce semnificativ pierderile de rectificare datorită caracteristicilor lor ultrarapide de recuperare inversă (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. Legătura de stocare a energiei: dioda TVS îmbunătățește protecția la supratensiune
În sistemele de stocare a energiei bateriei cu litiu, diodele TVS limitează supratensiunea la o gamă sigură cu viteza de răspuns în milisecunde. Luând ca exemplu modulul de baterie CTP3.0 al CATL, dioda Dongwo Electronics SMBJ15CA TVS (Pppm=600W, Vc{=18V) utilizată în acesta a redus creșterea temperaturii la suprafață a modulului bateriei cu 42% în testul de evaporare termică UL9540A și a obținut un timp de răspuns mai mare de 10 ori mai mare decât sistemul de protecție împotriva incendiilor. Pentru sistemele de stocare a energiei cu celule de combustie, senzorii de ardere catalitică și diodele TVS trebuie configurați pentru a întrerupe rapid circuitul în cazul unei scurgeri de hidrogen. Presiunea de deschidere a dispozitivului de reducere a exploziei trebuie controlată în intervalul de 0,01 MPa.

3. Legătură auxiliară fotovoltaică: toleranță la umbră optimizată cu diodă de bypass
În sistemele de cuplare de stocare a energiei solare eoliene, modulele fotovoltaice experimentează adesea o scădere bruscă a puterii de ieșire din cauza umbrelor locale. Prin conectarea unei diode de bypass în serie cu fiecare 18-20 de componente, curentul componentelor ecranate poate fi transferat, reducând pierderea de putere. De exemplu, atunci când o singură celulă este complet obstrucționată, puterea de ieșire a unui modul de siliciu monocristalin poate scădea cu 75%, în timp ce cu configurarea diodelor de bypass, pierderea de putere poate fi controlată cu 10%. În plus, tehnologia de detectare în infraroșu ar trebui utilizată pentru a scana în mod regulat componentele și pentru a rezolva cu promptitudine problemele punctelor fierbinți atunci când diferența de temperatură depășește 10 grade.

2, Optimizarea topologiei: Construirea de rețele electronice de putere eficiente și fiabile
Metoda de conectare topologică a diodelor afectează în mod direct eficiența fluxului de energie și capacitatea de izolare a defecțiunilor sistemului, iar proiectarea țintită este necesară pe baza traseului de conversie a energiei a sistemului cuplat.

1. Circuit anti-încărcare inversă: design compozit de diodă de blocare și MOSFET
Schema tradițională anti-invers P-MOS are probleme precum rezistența ridicată și incapacitatea de a bloca curentul invers. Controlerul de diodă ideal LM74700-Q1 de la TI atinge 0,01 Ω la rezistență și viteza de oprire inversă la nivel de nanosecundă prin integrarea N-MOS și circuitul de control. În sistemul de joasă tensiune de 48V al mașinii ideale L9, această soluție reduce pierderea conexiunii anti-reverse de la 8W la 0,2W, iar temperatura sistemului crește de la 15 grade la 2 grade, rezolvând complet riscul de defecțiune termică în timpul pornirii la rece.

2. Rectificare pe mai multe niveluri: topologie cu clemă de diodă
Pentru scenariile de transmisie cu curent continuu cu tensiune înaltă-, redresoarele multinivel cu diode (NPC) realizează echilibrul de tensiune prin conectarea condensatoarelor și diodelor în serie, reducând cerințele de rezistență la tensiune ale dispozitivelor de comutare. În proiectul de transmisie cu curent continuu de ultra-tensiune de ± 800 kV, topologia NPC reduce tensiunea de rezistență a dispozitivelor individuale de la 1600 V la 650 V, în timp ce reduce rata de distorsiune armonică (THDu) de la 15% la 3%, îmbunătățind semnificativ calitatea energiei.

3. Coordonarea stocării de energie hibridă: izolarea diodelor și distribuția puterii
Într-un sistem hibrid de stocare a energiei compus din baterii cu litiu și supercondensatori, distribuția energiei trebuie realizată prin diode. Bateriile cu litiu compensează fluctuațiile de-putere redusă-pe termen lung, în timp ce supercondensatorii fac față șocurilor de-înaltă-putere pe termen scurt. De exemplu, în strategia de control al conexiunii la rețeaua eoliană, atunci când rata de fluctuație a puterii depășește 5%, supercondensatorul se încarcă și se descarcă rapid prin diode pentru a suprima rata de fluctuație cu 2%; Iar bateriile cu litiu sunt reglate lent la o rată de 0,1C pentru a se asigura că SOC (Starea de încărcare) este menținută în intervalul de siguranță de 20% -80%.

3, Colaborare pentru managementul termic: Controlul temperaturii de la nivel de componentă la nivel de sistem
Defecțiunea termică a diodelor este una dintre principalele cauze ale defecțiunilor sistemului de stocare a energiei, iar controlul temperaturii de-a lungul întregului ciclu de viață trebuie realizat prin inovarea materialelor, optimizarea structurală și proiectarea termică la nivel de sistem.

1. Upgrade material: semiconductorul cu bandgap larg reduce pierderea de căldură
Diodele SiC pot rezista la temperaturi de până la 600 de grade , ceea ce este de trei ori mai mare decât dispozitivele pe bază de siliciu-; Diodele GaN pot funcționa stabil la 200 de grade și pot oferi redundanță termică pentru platformele de-înaltă tensiune de 800V. Modulul SiC de generația a patra de la ROHM adoptă un design de disipare a căldurii dublu-, reducând rezistența termică de la 10K/W la 2K/W și atingând o densitate de putere de peste 100kW/L. În sistemul de stocare a energiei BYD Cube, tehnologia de răcire cu lichid stabilizează temperatura de funcționare a diodei sub 45 de grade , reducând curentul de scurgere inversă cu 78% în comparație cu soluția-răcită cu aer.

2. Inovație structurală: ambalare 3D și disipare a căldurii încorporate
Prin stivuirea așchiilor și încorporarea structurilor de disipare a căldurii, rezistența termică a diodelor poate fi redusă semnificativ. De exemplu, seria Infineon Smart Diode integrează senzori de temperatură în interiorul cipului pentru a realiza-monitorizarea în timp real a curbelor VF Tj. Când temperatura atinge pragul, se emite un avertisment cu 10 secunde înainte de prag, care oferă timp de intervenție activ pentru managementul termic al sistemului.

3. Cuplaj termic la nivel de sistem: sinergia temperaturii de stocare solară eoliană
În sistemul de cuplare de stocare a energiei solare eoliene, trebuie stabilită o platformă unificată de management termic. De exemplu, o centrală electrică de stocare a energiei în comun din Qinghai adoptă un sistem de producere a hidrogenului cu apă de mare, care utilizează căldura reziduală a celulei electrolitice pentru a încălzi bateria cu litiu, reducând rata de degradare a capacității bateriei de la 30% la 5% în condiții de temperatură scăzută în timpul iernii. În același timp, conducta de răcire cu lichid a modulului fotovoltaic împarte lichidul de răcire cu circuitul de ulei al cutiei de viteze a turbinei eoliene, realizând utilizarea în cascadă de energie.