Bagaimana cara menggunakan diod untuk mencapai penghantaran tenaga satu arah dalam mikrogrid?

1, asas fizikal kekonduksian unidirectional diod
Struktur teras diod adalah persimpangan PN, yang dibentuk oleh gabungan jenis semikonduktor p - (dengan kepekatan lubang tinggi) dan jenis semikonduktor n - (dengan kepekatan elektron yang tinggi). Di antara muka persimpangan PN, elektron meresap dari rantau N ke rantau P, dan lubang meresap dari rantau P ke rantau N, menyebabkan rantau P dikenakan secara negatif berhampiran persimpangan dan rantau N yang akan dikenakan secara positif berhampiran persimpangan, membentuk medan elektrik dalaman (kawasan caj ruang). Medan elektrik ini mempunyai dua ciri utama:

Pengaliran positif: Apabila rantau P disambungkan ke tiang positif bekalan kuasa dan rantau N disambungkan ke tiang negatif, medan elektrik luaran melemahkan binaan - dalam medan elektrik, rantau caj ruang sempit, dan kebanyakan pembawa (elektron dan lubang) dapat menyeberangi rantau junction untuk membentuk arus semasa, mengakibatkan keadaan rintangan yang rendah di dalam keadaan rintangan yang rendah, mengakibatkan keadaan rintangan yang rendah dari keadaan rintangan yang rendah di dalam diode.
Cutoff Reverse: Apabila rantau P disambungkan ke elektrod negatif dan rantau N disambungkan ke elektrod positif, medan elektrik luaran meningkatkan binaan - dalam medan elektrik, rantau caj ruang melebar, kebanyakan pembawa caj disekat, dan hanya beberapa pembawa caj yang membentuk arus terbalik kecil (kebocoran arus).
Ciri ini menjadikan diod sebagai komponen yang ideal untuk mencapai aliran tenaga satu arah. Mengambil diod silikon sebagai contoh, penurunan voltan pengaliran ke hadapan mereka adalah kira-kira 0.6-0.7V, dan voltan kerosakan terbalik mereka boleh mencapai beberapa ratus volt, yang dapat memenuhi keperluan pengasingan DC voltan rendah (seperti 48V) ke voltan sederhana DC (seperti 400V) dalam mikrogrids.

2, Keperluan Teras untuk Penghantaran Tenaga Unidirectional dalam Microgrids
Aliran tenaga microgrids mempunyai ciri -ciri multi - sumber, bidirectional, dan dinamik, dan pengurusan tenaganya perlu menangani tiga isu teras:

Pengasingan antara sumber kuasa: Untuk mencegah sumber kuasa yang berlainan (seperti photovoltaics, penyimpanan tenaga, penjana diesel) daripada mempengaruhi satu sama lain kerana turun naik voltan atau kesalahan.
Kawalan maklum balas tenaga: Untuk mengelakkan tenaga daripada mengalir kembali ke grid yang lemah dan menyebabkan kenaikan voltan semasa brek motor atau fotovoltaik ke atas generasi.
Pengasingan kesalahan cepat: Apabila bekalan kuasa atau beban mengalami litar pintas, laluan kesalahan dipotong untuk mengelakkan kesalahan daripada menyebarkan.
Penyelesaian tradisional bergantung kepada penghubung atau pemutus litar, tetapi mengalami masa tindak balas yang perlahan (dalam milisaat), memakai mekanikal, dan isu -isu lain. Diod, dengan kelajuan tindak balas nanodinya dan tiada ciri hubungan mekanikal, telah menjadi komponen utama untuk mencapai pengasingan tenaga yang cepat dan boleh dipercayai.

3, senario aplikasi biasa diod dalam mikrogrid
(1) Penghantaran Unidirectional Tenaga Bas DC
Dalam mikrogrida DC, diod biasanya digunakan untuk membina pautan konduktif unidirectional, yang membolehkan kawalan aliran tenaga antara busbar tahap voltan yang berbeza. Contohnya:

Sistem Penyimpanan Tenaga Photovoltaic: Arahan fotovoltaik membekalkan kuasa ke bas 48V DC melalui diod, dan bateri penyimpanan tenaga disambungkan ke bas yang sama melalui penukar DC/DC. Apabila kuasa output fotovoltaik melebihi permintaan beban, diod menghalang tenaga dari mengalir kembali ke panel fotovoltaik, mengelakkan kerosakan pada panel disebabkan pemanasan bias terbalik; Sementara itu, sistem penyimpanan tenaga menyerap tenaga yang berlebihan melalui penukar DC/DC dua arah.
Sambungan selari pelbagai sumber kuasa: Dalam penyimpanan tenaga solar angin mikrogrid pelengkap, sumber kuasa yang berbeza disambungkan selari dengan bas DC melalui diod. Apabila bekalan kuasa ditutup kerana kesalahan, diod secara automatik memotong sambungannya ke bas untuk mengelakkan voltan kesalahan daripada menjejaskan sumber kuasa lain.
(2) Penindasan maklum balas tenaga di bahagian komunikasi
Dalam komunikasi microgrid, gabungan diod dengan thyristors atau IGBT boleh membina litar penindasan maklum balas tenaga. Contohnya:

Sistem pemacu motor: Apabila motor berada dalam keadaan brek, tenaga yang diperbaharui diberi makan kembali ke bas DC melalui diod selari terbalik. Jika voltan bas terlalu tinggi, diod disambungkan secara siri dengan perintang brek untuk menukar tenaga berlebihan ke dalam penggunaan tenaga terma, menghalang overvoltage bas DC.
Sambungan grid generasi yang diedarkan: Pada hujung output penyongsang, diod dapat menghalang tenaga dari mengalir kembali ke penyongsang sekiranya berlaku kesalahan grid (seperti lonjakan voltan), melindungi peranti kuasa dari kerosakan overcurrent.
(3) pengasingan dan perlindungan kesalahan cepat
Diod mempunyai kelebihan yang unik dalam perlindungan kesalahan mikrogrid. Contohnya:

DC Short - Perlindungan litar: Dalam mikrogrid DC, jika litar pintas berlaku di cawangan, arus litar pendek - akan membentuk litar impedans yang rendah melalui diod. Pada masa ini, fius cepat atau pemutus litar dapat mengesan isyarat overcurrent dan memotong cawangan yang rosak, sementara diod dapat menghalang arus litar pendek - dari mengalir kembali ke cawangan yang sihat.
Pengasingan Kesalahan Grounding: Di dalam sistem asas, diod boleh digunakan untuk membina litar pemantauan penebat. Apabila kesalahan asas berlaku dalam fasa tertentu, diod menjalankan untuk membentuk arus kecil, dan peranti pemantauan menempatkan titik kesalahan dengan mengesan arus ini. Pada masa yang sama, diod mengehadkan amplitud arus kesalahan untuk mengelakkan kerosakan peralatan.
4, titik teknikal utama dalam amalan kejuruteraan
(1) Pemilihan diod dan padanan parameter
Dalam aplikasi mikrogrid, pemilihan diod harus mengambil kira parameter berikut:

Voltan Rated: Ia harus lebih besar daripada voltan operasi maksimum sistem dan meninggalkan margin 20% -50%. Sebagai contoh, dalam bas DC 400V, diod dengan voltan bertahan 600V atau lebih tinggi harus dipilih.
Arus Rated: Ia perlu dipilih berdasarkan kapasiti semasa beban dan beban maksimum. Sebagai contoh, dalam sistem photovoltaic, arus diod yang diberi nilai harus lebih besar daripada arus litar pendek - dari array fotovoltaik.
Masa pemulihan terbalik: dalam aplikasi penukaran kekerapan - tinggi (seperti modulasi PWM), diod pemulihan cepat dengan masa pemulihan terbalik pendek (<50ns) should be selected to reduce switching losses.
Rintangan haba dan pelesapan haba: Suhu persimpangan diod harus dikawal di bawah 150 darjah, dan kaedah pelesapan haba yang sesuai (seperti penyejukan semulajadi, penyejukan udara, atau penyejukan cecair) harus dipilih mengikut penggunaan kuasa.
(2) Pengoptimuman Topologi Sistem
Struktur topologi diod dalam mikrogrid perlu direka mengikut keperluan tertentu. Contohnya:

Diod Siri: Digunakan untuk meningkatkan tahap voltan bertahan, tetapi perhatian harus dibayar kepada penyamaan voltan untuk mencegah pecahan overvoltage diod disebabkan oleh pengagihan voltan yang tidak rata.
Diod selari: Digunakan untuk meningkatkan kapasiti bawaan semasa, tetapi perhatian harus dibayar kepada perkongsian semasa untuk mencegah terlalu panas dan kerosakan diod disebabkan oleh pengedaran semasa yang tidak sekata.
Diode MOSFET/IGBT Topologi Hibrid: Dalam senario di mana aliran tenaga dua arah diperlukan, topologi hibrid diod dan MOSFET/IGBT boleh digunakan. Sebagai contoh, dalam penukar DC/DC bidirectional, diod digunakan untuk pengaliran unidirectional dan MOSFET digunakan untuk konduksi terbalik, mencapai kawalan aliran dua arah tenaga.
(3) Strategi Kawalan Kerjasama
Pengurusan tenaga diod dalam mikrogrid perlu diselaraskan dengan strategi kawalan. Contohnya:

Algoritma Pengurusan Tenaga Berdasarkan diod: Dengan memantau voltan bas DC dan kuasa output pelbagai sumber kuasa, secara dinamik menyesuaikan keadaan konduksi diod untuk mencapai peruntukan tenaga yang optimum.
Strategi Perlindungan Kesalahan: Reka bentuk algoritma pengesanan dan pengasingan yang cepat dan boleh dipercayai berdasarkan ciri -ciri pengaliran diod. Sebagai contoh, apabila arus yang tidak normal dikesan dalam cawangan tertentu, diod cawangan itu segera dipotong untuk mengelakkan kesalahan daripada menyebarkan.
5, Kajian Kes: Penggunaan Diod di Pulau Mikrogrid
Projek mikrogrid di pulau tertentu mengamalkan seni bina bas DC, mengintegrasikan fotovoltaik, penyimpanan tenaga, penjana diesel, dan beban. Rancangan Pengurusan Tenaga adalah seperti berikut:

Sistem Photovoltaic: Arahan fotovoltaik membekalkan kuasa ke bas 48V DC melalui diod, yang menghalang tenaga dari mengalir kembali ke panel fotovoltaik pada waktu malam atau semasa kesalahan.
Sistem Penyimpanan Tenaga: Bateri lithium disambungkan ke bas melalui penukar DC/DC bidirectional untuk mencapai pengisian tenaga dan kawalan pelepasan.
Generator Diesel: Sebagai sumber kuasa sandaran, ia disambungkan ke bar melalui diod untuk mengelakkan aliran balik tenaga dari bas apabila penjana ditutup.
Pengurusan Beban: Beban DC disambungkan secara langsung ke bas, manakala beban AC disambungkan melalui penyongsang. Terminal output penyongsang dilengkapi dengan diod untuk mengelakkan tenaga daripada mengalir kembali ke penyongsang sekiranya berlaku kesalahan grid.
Skim ini mencapai pengasingan yang selamat dan aliran tenaga unidirectional antara fotovoltaik, penyimpanan tenaga, dan penjana diesel melalui diod, meningkatkan kecekapan sistem hingga 92% dan memendekkan masa tindak balas kesalahan ke dalam 10 μ s.