Как повысить эффективность выпрямления ветроэнергетических систем с помощью диодов?

一, Инновации в материалах: изменение характеристик широкозонных полупроводниковых диодов
1. Диоды из карбида кремния (SiC): революция в эффективности в высокочастотных-сценариях.
В морских ветроэнергетических преобразователях традиционные кремниевые-диоды имеют время обратного восстановления до 50–100 нс, в результате чего потери на переключении составляют более 30 %. GaN HEMT-диод Cree со сверхбыстрой характеристикой обратного восстановления (Trr<10ns), reduces reverse recovery loss by 90% at a switching frequency of 1MHz, resulting in rectifier module efficiency exceeding 98%. Taking Siemens Gamesa 8MW offshore wind turbine as an example, after replacing traditional modular multilevel rectifier valves with SiC diode flexible rectifier valves, the volume of the converter station is reduced by 80%, the weight is reduced by 65%, the transmission loss is reduced by 20%, and the annual power generation is increased by 1.2%.

2. Диод Шоттки: мощный инструмент для снижения потребления в сценариях низкого напряжения и высокого тока.
Для береговых ветряных турбин диоды Шоттки стали предпочтительным выбором для оптимизации эффективности выпрямления благодаря их сверх-низкому падению напряжения проводимости 0,15–0,3 В. При преобразовании блока питания мощностью 2,5 МВт компании Goldwind Technology используется диод Шоттки SB580 (Vf)=0.2V@5A) Заменяет традиционный 1N5408 (Vf)= 0.8V@3A). Потери на выпрямление были снижены с 24 Вт до 6 Вт, повышение температуры системы было снижено с 45 до 28 градусов, а годовая частота отказов была снижена на 76%.

2. Инновационная топология: многоуровневая структура решает проблему высокого напряжения и сильного тока.
1. Трехуровневый выпрямитель с диодным зажимом.-
В ветроэнергетической системе с прямым приводом и постоянными магнитами трехуровневый выпрямитель с диодным зажимом обеспечивает трехуровневую выходную мощность переменного тока (Udc/2, 0, - Udc/2) посредством 27 комбинаций состояний переключения 12 силовых переключающих устройств. На примере блока Yuanjing Energy мощностью 5 МВт эта топология снижает коэффициент нелинейных искажений тока на стороне сети с 15% до 3%, расширяет регулируемый диапазон коэффициента мощности до ± 0,99 и увеличивает мощность системы на 40%. Однако проблема неравномерности напряжения фиксирующих диодов требует решения. Используя параллельную конструкцию конденсаторов делителя напряжения и резисторов выравнивания напряжения, отклонение напряжения можно контролировать в пределах 5%.

2. Каскадный многоуровневый преобразователь H-моста.
В сценарии передачи ветровой энергии сверх-высокого напряжения топология каскадного моста H- обеспечивает выходную мощность уровня M=2N+1 за счет последовательного соединения блоков NH. В проекте постоянного тока высокого напряжения ±800 кВ в Удунгдете использование каскадных семиуровневых преобразователей снижает выдерживаемое напряжение одного устройства с 1600 В до 650 В, увеличивает эквивалентную частоту переключения до 10 кГц, снижает коэффициент гармонических искажений (THDu) с 25 % до 1,5 % и повышает эффективность передачи на 1,8 процентных пункта.

3. Сотрудничество в области управления температурным режимом: контроль температуры от уровня компонентов до уровня системы.
1. 3Технология упаковки D: преодоление узкого места рассеивания тепла
Карбид-кремниевый модуль четвертого поколения компании ROHM использует двустороннюю-конструкцию отвода тепла, снижающую тепловое сопротивление с 10 К/Вт до 2 К/Вт и достигающую удельную мощность более 100 кВт/л. В системе хранения энергии BYD Cube технология жидкостного охлаждения стабилизирует рабочую температуру диода ниже 45 градусов, снижая обратный ток утечки на 78 % по сравнению с решением с воздушным-охлаждением и продлевая срок службы системы до 15 лет.

2. Прогнозирование и обслуживание цифровых двойников
Платформа Siemens MindSphere может прогнозировать риск теплового отказа диода за 48 часов с помощью системы зеркалирования-в реальном времени. На электростанции совместного хранения энергии в Цинхае платформа повысила точность прогнозирования неисправностей до 92% и сократила время незапланированных простоев на 85% за счет анализа данных с более чем 2000 датчиков температуры.

4. Оптимизация уровня системы: интеллектуальное сотрудничество гибридного хранения и распределения энергии.
1. Гибридный аккумулятор энергии на основе суперконденсатора литиевой батареи.
В сценарии подавления колебаний мощности ветра гибридная система хранения энергии с диодной изоляцией может обеспечить точное распределение мощности. Когда скорость колебаний мощности превышает 5%, суперконденсатор быстро заряжается и разряжается через диод, подавляя скорость колебаний с точностью до 2%; Литиевые батареи медленно регулируются со скоростью 0,1°C, чтобы гарантировать поддержание SOC в безопасном диапазоне 20–80%. Согласно данным платформы Huawei Digital Power, это решение позволило повысить степень соответствия требованиям при оценке подключения к сети ветряных электростанций с 78% до 99%.

2. Интегрированная термомуфта для хранения солнечной энергии ветра.
В проекте фотоэлектрической тепловой электростанции Гунхэ в Цинхае литиевая батарея нагревается за счет остаточного тепла электролитической ячейки, что снижает скорость снижения емкости батареи с 30% до 5% в условиях низких температур зимой. В то же время трубопровод жидкостного охлаждения фотоэлектрического модуля разделяет охлаждающую жидкость с масляным контуром редуктора ветряной турбины, обеспечивая каскадное использование энергии и повышая общий КПД системы на 8,2%.