Sut mae deuodau yn amddiffyn allbwn tyrbinau gwynt a generaduron ar gyflymder isel?

一, Heriau craidd a rhesymeg amddiffyn deuod o dan amodau cyflymder gwynt isel
1. Nodweddion ffisegol a risgiau amodau cyflymder gwynt isel
Mae pŵer allbwn tyrbin gwynt mewn cyfrannedd union â thrydydd pŵer cyflymder y gwynt. Pan fydd cyflymder y gwynt yn is na'r toriad mewn cyflymder gwynt (3-5 m / s fel arfer), mae cyflymder y generadur yn annigonol, a gall y foltedd allbwn fod yn is na foltedd y batri neu'r grid, gan arwain at y risgiau canlynol:

Ôl-lif cyfredol: Mae'r batri neu'r grid pŵer yn cyflenwi pŵer i'r gwrthwyneb trwy'r modur dirwyn i ben, gan achosi'r modur i orboethi a'r magnet parhaol i ddadfagneteiddio;
Amrywiad foltedd: Mae foltedd allbwn ansefydlog yn arwain at weithrediad annormal o drawsnewidwyr neu wrthdroyddion DC/DC dilynol;
Cwymp effeithlonrwydd: Mae effeithlonrwydd cynhyrchu pŵer yn gostwng yn sydyn ar gyflymder gwynt isel, ac os oes diffyg amddiffyniad, gall y system barhau i ddefnyddio ynni yn lle cynhyrchu trydan.
2. mecanwaith amddiffyn deuodau
Mae deuodau yn adeiladu rhwystrau ynysu corfforol trwy ddargludedd un cyfeiriad:

Dargludiad ymlaen: Pan fydd foltedd allbwn y generadur yn uwch na'r foltedd yn y derfynell llwyth, mae'r deuod yn dargludo ac mae'r cerrynt yn llifo o'r generadur i'r llwyth;
Toriad gwrthdro: Pan fydd foltedd y generadur yn is na'r foltedd terfynell llwyth, mae'r deuod yn torri i ffwrdd yn awtomatig, gan rwystro'r llwybr cerrynt gwrthdro.
Gan gymryd tyrbin gwynt bach annibynnol fel enghraifft, mae ei gylched unionydd pont afreolus tri cham yn defnyddio 6 deuod (fel MUR60120, gwrthsefyll foltedd 1200V, cerrynt 60A). Pan fo cyflymder y gwynt yn is na 3m/s, gall yr arae deuod rwystro'r cyflenwad pŵer gwrthdro o'r batri i'r generadur yn llwyr, gydag effeithlonrwydd amddiffyn o dros 99.9%.

2, Senarios cais nodweddiadol a gweithredu technegol
1. System cynhyrchu ynni gwynt annibynnol ar raddfa fach
Mewn senarios cyflenwad pŵer anghysbell, mae tyrbinau gwynt bach (pŵer 1-10kW) yn aml yn mabwysiadu pensaernïaeth "tyrbin gwynt + batri + llwyth". Mae ei ddyluniad amddiffynnol yn cynnwys dwy haen o ddeuodau:

Haen unioni: Mae'r gylched unionydd pont tri cham yn trosi cerrynt eiledol yn gerrynt uniongyrchol, ac mae angen i baramedrau'r deuod fodloni:
Foltedd gwrth-wrthsefyll Yn fwy na neu'n hafal i 1.5 gwaith foltedd brig y generadur (ee. 100Deuod V yn cael ei ddewis ar gyfer system 24V);
Mae'r cerrynt cyfartalog yn fwy na neu'n hafal i 1.2 gwaith cerrynt graddedig y generadur (os yw system 5A yn defnyddio deuod 6A).
Haen gwrth-ôl-lif: Cysylltwch deuodau Schottky (fel MBR1045CT, V_F=0.4V) mewn cyfres rhwng y batri a therfynell allbwn yr unionydd i leihau colledion dargludiad tra'n sicrhau dibynadwyedd gwrthdroi'r toriad.
Achos: Mewn prosiect cyflenwad pŵer gwledig yn Affrica, gall y tyrbin gwynt a ddyluniwyd fel y disgrifir uchod barhau i gynhyrchu allbwn sefydlog ar gyflymder gwynt o 2m/s. Mae cerrynt cefn y batri yn cael ei leihau o 0.5A i 0A, ac mae bywyd y system yn cael ei ymestyn dair gwaith.

2. Tyrbinau gwynt wedi'u cysylltu â'r grid
Mewn tyrbinau gwynt sy'n gysylltiedig â grid lefel MW, mae angen cyfuno amddiffyniad deuod â thrawsnewidwyr electronig pŵer i gyflawni:

Trawsnewidydd ochr peiriant: defnyddio modiwl hybrid deuod IGBT+ (fel Infineon FF600R12ME4), gydag amser adfer deuod yn ôl Llai na neu'n hafal i 100ns, er mwyn osgoi ymchwydd cerrynt gwrthdro o dan -newid amledd uchel;
Trawsnewidydd ochr grid: Gosod deuodau TVS (fel 1.5KE33CA) rhwng y bws DC ac ochr y grid i atal gorfoltedd dros dro a achosir gan ergydion mellt neu ddiffygion grid;
Cylched dadlwytho: Pan fo cyflymder y gwynt yn rhy isel a foltedd y bws DC yn rhy uchel, mae cangen dadlwytho deuodau a gwrthyddion cyfochrog yn cael ei gweithredu'n awtomatig, gan drosi gormod o egni yn ynni thermol i'w fwyta.
Data: Mae mesuriadau gwirioneddol o fferm wynt alltraeth benodol yn dangos, ar ôl mabwysiadu'r cynllun amddiffyn hwn, bod cyfradd methiant tyrbinau gwynt ar gyflymder gwynt isel (4m/s) wedi gostwng o 12% i 2%, a bod y cynhyrchiad pŵer blynyddol wedi cynyddu 8%.

3, Paramedrau technegol allweddol ac egwyddorion dethol
1. Paramedr craidd paru
Gostyngiad foltedd cadarnhaol (V_F): yn effeithio'n uniongyrchol ar effeithlonrwydd y system. Mae V{2}}F deuodau silicon- tua 0.6-0.8V, tra gall deuodau Schottky ei leihau i 0.2-0.4V. Mewn tyrbin gwynt 100kW, gall defnyddio deuodau Schottky leihau colledion blynyddol 12000 kWh.
Amser adfer gwrthdroi (Trr): Mewn senarios newid amledd uchel, dylai Trr fod yn Llai na neu'n hafal i 50ns i osgoi colledion newid. Mae Trr deuodau adfer cyflym (fel FR107) tua 50ns, tra gellir lleihau deuodau silicon carbid (SiC) i fewn 10ns.
Cynhwysedd cario cerrynt ymchwydd (I2FSM): Mae angen iddo orchuddio'r cerrynt uchel dros dro wrth i'r tyrbin gwynt ddechrau neu pan fydd yn methu. Er enghraifft, mae angen i dyrbin gwynt 2MW ddewis deuod ag I2FSM Mwy na neu'n hafal i 300A i ymdopi ag effaith cylchedau byr grid pŵer.
2. Strategaeth Optimeiddio Dethol
Iawndal tymheredd: Mewn -amgylcheddau tymheredd uchel (fel ardaloedd anialwch), gall tymheredd cyffordd deuodau fod yn uwch na 150 gradd, a dylid dewis modelau sy'n gwrthsefyll tymheredd uchel (fel dyfeisiau ardystiedig AEC-Q101);
Dyluniad diangen: mabwysiadu strategaeth wrth gefn N+1, gall y system barhau i gynnal mwy nag 80% o gapasiti allbwn pan fydd deuod sengl yn methu;
Tuedd integreiddio: Mabwysiadir modiwlau integredig (fel IPM) sy'n defnyddio deuodau a MOSFETs / IGBTs i leihau anwythiad parasitig a gwella dibynadwyedd system.