Come configurare i diodi nei sistemi di accoppiamento per lo stoccaggio dell'energia eolica?

一, Selezione del tipo di diodo: corrispondenza precisa in base agli scenari applicativi
Il sistema di accoppiamento per lo stoccaggio dell’energia eolica copre molteplici aspetti come la generazione di energia eolica, la conversione dell’energia e la carica e scarica per lo stoccaggio dell’energia. Esistono differenze significative nei requisiti prestazionali dei diodi in diversi scenari ed è necessario selezionare i tipi di dispositivi mirati.

1. Processo di rettifica: i diodi al carburo di silicio migliorano l'efficienza di conversione
Nel modulo raddrizzatore CA/CC delle turbine eoliche, i tradizionali diodi a base di silicio- presentano elevate perdite di commutazione a causa del lungo tempo di recupero inverso (50-100 ns), mentre i diodi al carburo di silicio (SiC) possono ridurre significativamente le perdite di rettifica grazie alle loro caratteristiche di recupero inverso ultraveloce (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. Collegamento per l'accumulo di energia: il diodo TVS migliora la protezione da sovratensione
Nei sistemi di accumulo dell'energia con batterie al litio, i diodi TVS limitano la sovratensione a un intervallo sicuro con una velocità di risposta dell'ordine dei millisecondi. Prendendo come esempio il modulo batteria CTP3.0 di CATL, il diodo Dongwo Electronics SMBJ15CA TVS (Pppm=600W, Vc=18V) utilizzato al suo interno ha ridotto l'aumento della temperatura superficiale del modulo batteria del 42% nel test di fuga termica UL9540A e ha ottenuto più di 10 volte il tempo di risposta per il sistema di protezione antincendio. Per i sistemi di accumulo dell’energia con celle a combustibile, i sensori di combustione catalitica e i diodi TVS devono essere configurati per interrompere rapidamente il circuito in caso di perdita di idrogeno. La pressione di apertura del dispositivo antideflagrante deve essere controllata entro 0,01 MPa.

3. Collegamento ausiliario fotovoltaico: tolleranza all'ombra ottimizzata del diodo di bypass
Nei sistemi di accoppiamento di accumulo di energia eolica e solare, i moduli fotovoltaici spesso subiscono un improvviso calo della potenza in uscita a causa delle ombre locali. Collegando un diodo di bypass in serie ogni 18-20 componenti, è possibile trasferire la corrente dei componenti schermati, riducendo la perdita di potenza. Ad esempio, quando una singola cella è completamente ostruita, la potenza in uscita di un modulo in silicio monocristallino può diminuire del 75%, mentre con la configurazione dei diodi di bypass la perdita di potenza può essere controllata entro il 10%. Inoltre, la tecnologia di rilevamento a infrarossi dovrebbe essere utilizzata per scansionare regolarmente i componenti e risolvere tempestivamente i problemi dei punti caldi quando la differenza di temperatura supera i 10 gradi.

2, Ottimizzazione della topologia: costruzione di reti elettroniche di potenza efficienti e affidabili
Il metodo di connessione topologica dei diodi influisce direttamente sull'efficienza del flusso di energia e sulla capacità di isolamento dei guasti del sistema ed è necessaria una progettazione mirata in base al percorso di conversione dell'energia del sistema accoppiato.

1. Circuito di carica antiinversa: design composito di diodo di blocco e MOSFET
Il tradizionale schema anti-inversione P-MOS presenta problemi quali elevata resistenza e incapacità di bloccare la corrente inversa. Il controller a diodo ideale LM74700-Q1 di TI raggiunge una resistenza di 0,01 Ω e una velocità di spegnimento inverso a livello di nanosecondi integrando N-MOS e circuito di controllo. Nel sistema a bassa tensione da 48 V dell'auto ideale L9, questa soluzione riduce la perdita di connessione anti-inversione da 8 W a 0,2 W e l'aumento della temperatura del sistema da 15 gradi a 2 gradi, risolvendo completamente il rischio di guasto termico durante l'avviamento a freddo.

2. Rettifica multi livello: topologia diode clamp
Per gli scenari di trasmissione di corrente continua ad alta- tensione, i raddrizzatori multilivello (NPC) con morsetto a diodi raggiungono il bilanciamento della tensione collegando condensatori e diodi in serie, riducendo i requisiti di resistenza di tensione dei dispositivi di commutazione. Nel progetto di trasmissione in corrente continua ad altissima tensione- da ± 800 kV, la topologia NPC riduce la tensione di tenuta dei singoli dispositivi da 1.600 V a 650 V, riducendo al contempo il tasso di distorsione armonica (THDu) dal 15% al ​​3%, migliorando significativamente la qualità dell'alimentazione.

3. Coordinamento dello stoccaggio ibrido dell'energia: isolamento con diodi e distribuzione dell'energia
In un sistema ibrido di accumulo dell’energia composto da batterie al litio e supercondensatori, la distribuzione dell’energia deve essere ottenuta tramite diodi. Le batterie al litio compensano le fluttuazioni di bassa-potenza a lungo-termine, mentre i supercondensatori sopportano gli shock di alta-potenza a breve-termine. Ad esempio, nella strategia di controllo della connessione alla rete dell'energia eolica, quando il tasso di fluttuazione di potenza supera il 5%, il supercondensatore si carica e scarica rapidamente attraverso diodi per sopprimere il tasso di fluttuazione entro il 2%; E le batterie al litio vengono regolate lentamente a una velocità di 0,1°C per garantire che il SOC (stato di carica) sia mantenuto entro un intervallo di sicurezza compreso tra il 20% e l'80%.

3, Collaborazione nella gestione termica: controllo della temperatura dal livello del componente al livello del sistema
Il guasto termico dei diodi è una delle principali cause di guasto dei sistemi di accumulo dell'energia e il controllo della temperatura durante l'intero ciclo di vita deve essere raggiunto attraverso l'innovazione dei materiali, l'ottimizzazione strutturale e la progettazione termica a livello di sistema.

1. Aggiornamento del materiale: il semiconduttore con ampio gap di banda riduce la perdita di calore
I diodi SiC possono resistere a temperature fino a 600 gradi, ovvero tre volte superiori rispetto ai dispositivi basati su silicio-; I diodi GaN possono funzionare stabilmente a 200 gradi e fornire ridondanza termica per piattaforme ad alta-tensione da 800 V. Il modulo SiC di quarta generazione di ROHM adotta un design di dissipazione del calore su entrambi i lati, riducendo la resistenza termica da 10 K/W a 2 K/W e raggiungendo una densità di potenza di oltre 100 kW/L. Nel sistema di accumulo di energia BYD Cube, la tecnologia di raffreddamento a liquido stabilizza la temperatura operativa del diodo al di sotto di 45 gradi, riducendo la corrente di dispersione inversa del 78% rispetto alla soluzione raffreddata ad aria-.

2. Innovazione strutturale: packaging 3D e dissipazione del calore incorporata
Impilando i chip e incorporando strutture di dissipazione del calore, la resistenza termica dei diodi può essere ridotta in modo significativo. Ad esempio, la serie Smart Diode di Infineon integra sensori di temperatura all'interno del chip per ottenere il monitoraggio in tempo reale-delle curve VF Tj. Quando la temperatura raggiunge la soglia, 10 secondi prima della soglia viene emesso un avviso che fornisce il tempo di intervento attivo per la gestione termica del sistema.

3. Accoppiamento termico a livello di sistema: sinergia della temperatura di accumulo eolico-solare
Nel sistema di accoppiamento dell’accumulo di energia eolica e solare, è necessario istituire una piattaforma unificata di gestione termica. Ad esempio, una centrale elettrica di stoccaggio energetico condiviso nel Qinghai adotta un sistema di produzione di idrogeno da acqua di mare, che utilizza il calore di scarto della cella elettrolitica per riscaldare la batteria al litio, riducendo il tasso di degrado della capacità della batteria dal 30% al 5% in condizioni di bassa temperatura in inverno. Allo stesso tempo, la tubazione di raffreddamento a liquido del modulo fotovoltaico condivide il liquido di raffreddamento con il circuito dell'olio del riduttore della turbina eolica, ottenendo un utilizzo dell'energia a cascata.