Rüzgar enerjisi üretim sisteminde diyot doğrultma nasıl kullanılır?

1, Teknik prensip: Diyot düzeltmenin temel mimarisi
Diyot doğrultma işleminin temel prensibi, PN bağlantısının tek yönlü iletkenliğine dayanmaktadır. Diyotun anotuna alternatif akımın pozitif yarı döngüsü uygulandığında, PN bağlantısı ileri yönde kutuplanır ve akım geçer; Negatif yarı döngü sırasında ters öngerilim kesilir ve akım bloke edilir. Diyotların sayısını ve bağlantı yöntemini makul şekilde yapılandırarak AC'den DC'ye dönüşüm sağlanabilir.

Yarım dalga doğrultma: Tek bir diyot kullanarak ve yalnızca AC gücünün pozitif yarım döngüsünü kullanarak, verimlilik nispeten düşüktür (teorik olarak maksimum %50), ancak devre basittir ve maliyeti düşüktür, bu da onu küçük rüzgar enerjisi üretim sistemleri için uygun kılar.
Tam dalga doğrultma: Bir köprü yapısı (4 diyot) veya bir merkez kademe transformatörü (2 diyot) kullanılarak, alternatif akımın pozitif ve negatif yarı döngülerinden yararlanılarak verimlilik %81'in üzerine çıkarılır. Bunlar arasında köprü düzeltmesi, özel transformatörlerin bulunmaması ve küçük çıkış voltajı dalgalanmaları nedeniyle rüzgar enerjisi üretimi için ana çözüm haline geldi.
Üç fazlı doğrultma: Rüzgar türbinlerinden gelen üç-fazlı AC güç çıkışı için, çıkış dalgalanmasını daha da azaltmak ve güç yoğunluğunu iyileştirmek amacıyla altı diyottan oluşan üç-fazlı bir köprü doğrultucu devresi kullanılır. Örneğin, doğrudan tahrikli sabit mıknatıslı senkron jeneratörün şebekeye bağlı sisteminde, üç-fazlı bir diyot doğrultucu köprü, jeneratörün üç-fazlı AC güç çıkışını DC gücüne dönüştürür ve bu daha sonra bir yükseltme devresi ve invertör aracılığıyla şebekeye bağlanır.
2, Uygulama senaryosu: Şebekeden şebeke bağlantısına kadar tam kapsama alanı
Diyot doğrultma teknolojisi, rüzgar enerjisi üretim sistemlerinin tüm yaşam döngüsü boyunca çalışır ve uygulama senaryoları, hem şebekeden bağımsız sistemleri hem de şebekeye bağlı büyük-ölçekli enerji santrallerini kapsar.

Şebekeden bağımsız küçük-ölçekli rüzgar enerjisi üretim sistemi: Uzak bölgelerde veya şebeke kapsama alanı olmayan senaryolarda, rüzgar türbini aküyü bir diyot doğrultucu aracılığıyla şarj eder ve bir invertör aracılığıyla yüke güç sağlar. Örneğin, 5kW'lık şebekeden bağımsız bir rüzgar enerjisi üretim sistemi, rüzgar enerjisi yakalama verimliliğinde %15'lik bir artış elde etmek için maksimum güç noktası izleme (MPPT) kontrolüyle birleştirilmiş üç-fazlı bir köprü doğrultucu devresini kullanır. Aynı zamanda diyotların tek yönlü iletkenliği kullanılarak akülerin ters şarjı engellenir ve sistem güvenliği sağlanır.
Şebekeye bağlı büyük-ölçekli rüzgar enerjisi üretim sistemi: Doğrudan tahrikli sabit mıknatıslı senkron jeneratörün (PMSG) şebekeye bağlı şemasında, bir diyot doğrultucu, jeneratörün değişken genlik ve değişken frekanslı AC güç çıkışını DC gücüne dönüştürmek ve ardından PWM invertör aracılığıyla birlik güç faktörlü şebeke bağlantısını sağlamak için ön-dönüştürücü görevi görür. Örneğin, 2MW'lık bir doğrudan tahrikli rüzgar türbini, geleneksel çift beslemeli endüksiyon jeneratörü (DFIG) şemasından yüzde 2 puan daha yüksek olan %96,5'lik bir sistem verimliliğine sahip bir diyot doğrultma+Boost+PWM invertör yapısını benimser.
3, Verimlilik optimizasyonu: cihaz seçiminden sistem entegrasyonuna kadar tüm zincirde bir atılım
Diyot doğrultma teknolojisi olgunlaşmış olmasına rağmen verimliliği hala cihaz özelliklerinden, devre topolojisinden ve kontrol stratejilerinden etkilenmektedir. Endüstri aşağıdaki yollarla verimlilik atılımlarına ulaşıyor:

Cihaz seçimi: Silisyumdan silisyum karbüre geçiş: Geleneksel silisyum-bazlı diyotların yüksek ters geri kazanım kayıpları ve zayıf yüksek-sıcaklık performansı gibi sorunları vardır. Silisyum karbür (SiC) diyotlar, sıfır ters yük geri kazanımı (Qrr ≈ 0) ve yüksek sıcaklık kararlılığı (200 dereceye kadar bağlantı sıcaklığı) avantajları nedeniyle yüksek-frekans ve yüksek-voltaj senaryoları için tercih edilen seçenek haline geldi. Örneğin, silikon-bazlı cihazların SiC diyotlarla değiştirilmesinin ardından, 10 MW'lık bir açık deniz rüzgar türbininin doğrultucu kayıpları %40 oranında azaltıldı ve sistem verimliliği %97,2'ye çıkarıldı.
Topoloji Yeniliği: Kontrol Edilemezden Kontrol Edilebilire Yükseltme: Kontrolsüz diyot doğrultucunun yapısı basit olmasına rağmen yüksek akım harmonikleri ve düşük güç faktörü gibi sorunları vardır. PWM düzeltme teknolojisi, IGBT gibi tam kontrollü cihazlar aracılığıyla makine tarafında sinüzoidal akım elde ederek harmonik kirliliği ortadan kaldırır. Örneğin, 3 MW'lık bir rüzgar türbini, 0,99'a kadar güç faktörü ve %3'ten az harmonik distorsiyon oranı (THD) ile dört kadranlı çalışmayı gerçekleştirmek için PWM doğrultma+PWM invertörünün arka-sıraya-yapısını benimser.
Termal yönetim: Doğal soğutmadan sıvı soğutmaya geçiş: Diyot kayıplarının %70'i ısıya dönüştürülür ve bağlantı sıcaklığındaki her 10 derecelik artış için ters geri kazanım yükü %15 - %20 oranında artar. Sıvı soğutma teknolojisi, diyot çipini doğrudan soğutarak bağlantı sıcaklığını 150 derecenin altında sabitler ve böylece cihazın ömrünü uzatır. Örneğin, 15 MW'lık bir açık deniz rüzgar türbininin sıvı soğutmalı ısı dağıtım şemasını benimsemesinin ardından diyot ömrü 8 yıldan 15 yıla çıkarıldı ve işletme ve bakım maliyetleri %40 oranında azaldı.