Cum se utilizează redresarea cu diode în sistemul de generare a energiei eoliene?

1, Principiu tehnic: Arhitectura de bază a redresării diodei
Principiul de bază al redresării diodei se bazează pe conductivitatea unidirecțională a joncțiunii PN. Când semiciclul pozitiv al curentului alternativ este aplicat anodului diodei, joncțiunea PN este polarizată direct și curentul trece prin; În timpul semiciclului negativ, polarizarea inversă este întreruptă și curentul este blocat. Prin configurarea rezonabilă a numărului și a metodei de conectare a diodelor, se poate realiza conversia de la AC la DC.

Rectificare pe jumătate de undă: folosind o singură diodă și utilizând doar jumătate de ciclu pozitiv al puterii de curent alternativ, eficiența este relativ scăzută (maximum teoretic de 50%), dar circuitul este simplu și costul este scăzut, făcându-l potrivit pentru sistemele mici de generare a energiei eoliene.
Redresare cu undă completă: Prin utilizarea unei structuri de punte (4 diode) sau a unui transformator central (2 diode), eficiența este crescută la peste 81% prin utilizarea semiciclurilor pozitive și negative ale curentului alternativ. Printre acestea, rectificarea podurilor a devenit soluția principală pentru generarea de energie eoliană din cauza lipsei transformatoarelor speciale și a fluctuațiilor mici ale tensiunii de ieșire.
Redresare trifazată: pentru puterea trifazată de ieșire de curent alternativ de la turbinele eoliene, se folosește un circuit redresor în punte trifazat format din șase diode pentru a reduce și mai mult ondulația de ieșire și pentru a îmbunătăți densitatea puterii. De exemplu, într-un sistem conectat la rețea de generator sincron cu magnet permanenți cu acționare directă, o punte de redresor cu diode trifazice convertește puterea trifazată AC ieșită de generator în curent continuu, care este apoi conectată la rețea printr-un circuit de amplificare și un invertor.
2, Scenariul de aplicare: Acoperire completă de la off grid la conexiune la rețea
Tehnologia de rectificare cu diode se desfășoară pe întreg ciclul de viață al sistemelor de generare a energiei eoliene, iar scenariile de aplicare a acesteia acoperă atât sistemele independente de rețea, cât și centralele electrice la scară mare-conectate la rețea.

Sistemul de generare a energiei eoliene la scară mică-în afara rețelei: în zonele îndepărtate sau în scenarii fără acoperire la rețea, turbina eoliană încarcă bateria printr-un redresor cu diodă și furnizează energie sarcinii printr-un invertor. De exemplu, un sistem de generare a energiei eoliene în afara rețelei de 5 kW adoptă un circuit redresor în punte trifazat, combinat cu controlul de urmărire a punctului de putere maximă (MPPT), pentru a obține o creștere cu 15% a eficienței captării energiei eoliene. În același timp, conductivitatea unidirecțională a diodelor este utilizată pentru a preveni încărcarea inversă a bateriilor, asigurând siguranța sistemului.
Sistem de generare a energiei eoliene la scară mare-conectat la rețea: în schema de conectare la rețea a generatorului sincron cu magnet permanenți cu acționare directă (PMSG), un redresor cu diodă servește ca convertor frontal-pentru a converti puterea de curent alternativ cu amplitudine variabilă și frecvență variabilă de ieșire de generator în curent continuu și apoi obține o conexiune la rețea cu factor de putere unitar prin invertorul PWM. De exemplu, o turbină eoliană cu acționare directă de 2 MW adoptă o structură de invertor de rectificare cu diodă + Boost + PWM, cu o eficiență a sistemului de 96,5%, care este cu 2 puncte procentuale mai mare decât schema tradițională a generatorului de inducție cu alimentare dublă (DFIG).
3, Optimizarea eficienței: o descoperire în întregul lanț de la selecția dispozitivelor până la integrarea sistemului
Deși tehnologia de rectificare a diodelor este matură, eficiența sa este încă afectată de caracteristicile dispozitivului, topologia circuitului și strategiile de control. Industria realizează progrese în eficiență prin următoarele căi:

Selectarea dispozitivului: Iterație de la siliciu la carbură de siliciu: diodele tradiționale pe bază de siliciu-au probleme precum pierderi mari de recuperare inversă și performanță slabă la temperatură-înaltă. Diodele cu carbură de siliciu (SiC) au devenit alegerea preferată pentru scenariile de-frecvență înaltă și de-tensiune înaltă datorită avantajelor lor de recuperare a încărcăturii inverse zero (Qrr ≈ 0) și stabilitate la temperatură ridicată (temperatura joncțiunii de până la 200 de grade). De exemplu, după înlocuirea dispozitivelor pe bază de siliciu-cu diode SiC, pierderile de redresor ale unei turbine eoliene offshore de 10 MW au fost reduse cu 40%, iar eficiența sistemului a fost îmbunătățită la 97,2%.
Inovație în topologie: Upgrade de la necontrolabil la controlabil: Deși structura redresării necontrolate a diodei este simplă, are probleme precum armonici de curent ridicat și factor de putere scăzut. Tehnologia de rectificare PWM realizează curent sinusoidal pe partea mașinii prin dispozitive complet controlate, cum ar fi IGBT, eliminând poluarea armonică. De exemplu, o turbină eoliană de 3MW adoptă o structură spate-la-de rectificare PWM+invertor PWM pentru a obține o funcționare în patru cadrane, cu un factor de putere de până la 0,99 și o rată de distorsiune armonică (THD) mai mică de 3%.
Managementul termic: Evoluția de la răcirea naturală la răcirea lichidă: 70% din pierderile de diode sunt transformate în căldură, iar pentru fiecare creștere cu 10 grade a temperaturii joncțiunii, sarcina de recuperare inversă crește cu 15% -20%. Tehnologia de răcire cu lichid stabilizează temperatura joncțiunii sub 150 de grade prin răcirea directă a cipul diodei, prelungind astfel durata de viață a dispozitivului. De exemplu, după ce o turbină eoliană offshore de 15 MW a adoptat o schemă de disipare a căldurii cu răcire cu lichid, durata de viață a diodei a fost extinsă de la 8 ani la 15 ani, iar costurile de operare și întreținere au fost reduse cu 40%.