Bagaimanakah diod melindungi output turbin angin dan penjana pada kelajuan rendah?

一, cabaran teras dan logik perlindungan diod di bawah keadaan kelajuan angin yang rendah
1. Ciri -ciri fizikal dan risiko keadaan kelajuan angin yang rendah
Kuasa output turbin angin berkadar terus dengan kuasa ketiga kelajuan angin. Apabila kelajuan angin lebih rendah daripada pemotongan kelajuan angin (biasanya 3-5 m/s), kelajuan penjana tidak mencukupi, dan voltan output mungkin lebih rendah daripada voltan bateri atau grid, mengakibatkan risiko berikut:

Aliran balik semasa: Bateri atau grid kuasa bekalan kuasa terbalik melalui penggulungan motor, menyebabkan motor terlalu panas dan magnet kekal untuk demagnetize;
Perubahan voltan: Voltan output yang tidak stabil membawa kepada operasi abnormal penukar DC/DC berikutnya atau penyongsang;
Kecekapan Kecekapan: Kecekapan penjanaan kuasa jatuh dengan ketara pada kelajuan angin yang rendah, dan jika perlindungan kurang, sistem mungkin terus memakan tenaga dan bukannya menjana elektrik.
2. Mekanisme perlindungan diod
Diod membina halangan pengasingan fizikal melalui kekonduksian satu arah:

Pengaliran ke hadapan: Apabila voltan output penjana lebih tinggi daripada voltan pada terminal beban, diod menjalankan dan aliran semasa dari penjana ke beban;
Cutoff Reverse: Apabila voltan penjana lebih rendah daripada voltan terminal beban, diod secara automatik memotong, menyekat laluan arus terbalik.
Mengambil turbin angin kecil yang bebas sebagai contoh, tiga - fasa litar penerus jambatan yang tidak terkawal menggunakan 6 diod (seperti MUR60120, menahan voltan 1200V, semasa 60a). Apabila kelajuan angin berada di bawah 3m/s, array diod sepenuhnya dapat menyekat bekalan kuasa terbalik dari bateri ke penjana, dengan kecekapan perlindungan melebihi 99.9%.

2, senario aplikasi biasa dan pelaksanaan teknikal
1. Sistem penjanaan kuasa angin kecil -
Dalam senario bekalan kuasa jauh, turbin angin kecil (kuasa 1-10kW) sering mengamalkan seni bina "turbin+bateri+beban". Reka bentuk pelindungnya termasuk dua lapisan diod:

Lapisan pembetulan: Tiga - litar penerus jambatan fasa menukarkan arus bergantian ke arus langsung, dan parameter diod perlu bertemu:
Voltan bertahan terbalik lebih besar daripada atau sama dengan 1.5 kali voltan puncak penjana (misalnya . 100 v diod dipilih untuk sistem 24V);
Arus purata adalah lebih besar daripada atau sama dengan 1.2 kali arus penarafan penjana (jika sistem 5A menggunakan diod 6A).
Lapisan Backflow Anti: Sambungkan diod Schottky (seperti MBR1045CT, V_F =0.4 V) dalam siri antara bateri dan terminal output penerus untuk mengurangkan kerugian konduksi sambil memastikan kebolehpercayaan cutoff terbalik.
Kes: Dalam projek bekalan kuasa luar bandar di Afrika, turbin angin yang direka seperti yang diterangkan di atas masih boleh mengeluarkan stabil pada kelajuan angin 2m/s. Arus terbalik bateri dikurangkan dari 0.5A hingga 0A, dan kehidupan sistem dilanjutkan sebanyak tiga kali.

2. Grid yang disambungkan turbin angin
Di peringkat MW grid yang disambungkan turbin angin, perlindungan diod perlu digabungkan dengan penukar elektronik kuasa untuk mencapai:

Penukar sisi mesin: Menggunakan modul hibrid IGBT+diod (seperti Infineon FF600R12ME4), dengan masa pemulihan terbalik diod kurang daripada atau sama dengan 100Ns, untuk mengelakkan lonjakan semasa terbalik di bawah penukaran kekerapan tinggi -;
Penukar sampingan grid: Pasang diod TVS (seperti 1.5KE33CA) antara bas DC dan bahagian grid untuk menindas overvoltage sementara yang disebabkan oleh serangan kilat atau kesalahan grid;
Litar Memunggah: Apabila kelajuan angin terlalu rendah dan voltan bas DC terlalu tinggi, cawangan pemunggahan diod dan perintang selari secara automatik dimasukkan ke dalam operasi, menukar tenaga berlebihan ke dalam tenaga haba untuk digunakan.
Data: Pengukuran sebenar dari ladang angin luar pesisir tertentu menunjukkan bahawa selepas mengamalkan skim perlindungan ini, kadar kegagalan turbin angin pada kelajuan angin rendah (4m/s) telah menurun dari 12%hingga 2%, dan penjanaan kuasa tahunan telah meningkat sebanyak 8%.

3, Parameter Teknikal Utama dan Prinsip Pemilihan
1. Padanan parameter teras
Penurunan voltan positif (V_F): secara langsung mempengaruhi kecekapan sistem. V - f silikon - diod berasaskan adalah kira-kira 0.6-0.8V, manakala diod Schottky dapat mengurangkannya kepada 0.2-0.4v. Dalam turbin angin 100kW, menggunakan diod Schottky dapat mengurangkan kerugian tahunan sebanyak 12000 kWh.
Masa pemulihan terbalik (TRR): Dalam senario penukaran frekuensi tinggi -, TRR harus kurang daripada atau sama dengan 50Ns untuk mengelakkan kehilangan kerugian. TRR diod pemulihan cepat (seperti FR107) adalah kira -kira 50Ns, manakala diod silikon karbida (sic) boleh dikurangkan ke dalam 10Ns.
Kapasiti Pembawa Semasa Surge (I2FSM): Ia perlu menampung arus tinggi sementara semasa turbin angin bermula - atau kegagalan. Sebagai contoh, turbin angin 2MW perlu memilih diod dengan I2FSM lebih besar daripada atau sama dengan 300A untuk mengatasi kesan litar pintas grid kuasa.
2. Strategi Pengoptimuman Pemilihan
Pampasan suhu: Dalam persekitaran suhu tinggi - (seperti kawasan padang pasir), suhu persimpangan diod boleh melebihi 150 darjah, dan tinggi - model tahan suhu (seperti AEC - Q101 Peranti yang disahkan) harus dipilih;
Reka bentuk yang berlebihan: Mengadopsi N +1 Strategi sandaran, sistem masih boleh mengekalkan lebih daripada 80% kapasiti output apabila satu diod tunggal gagal;
Trend Integrasi: Modul Bersepadu (seperti IPM) menggunakan diod dan MOSFET/IGBTs digunakan untuk mengurangkan induktansi parasit dan meningkatkan kebolehpercayaan sistem.