¿Cómo mejorar la eficiencia de rectificación de los sistemas de energía eólica mediante diodos?

一, Innovación de materiales: transición del rendimiento de diodos semiconductores de banda ancha
1. Diodos de carburo de silicio (SiC): una revolución de eficiencia en escenarios de alta-frecuencia
En los convertidores de energía eólica marina, los diodos tradicionales basados ​​en -silicio tienen un tiempo de recuperación inversa de hasta 50-100 ns, lo que genera pérdidas de conmutación que representan más del 30 %. Diodo GaN HEMT de Cree, con su característica de recuperación inversa ultrarrápida (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. Diodo Schottky: una poderosa herramienta para reducir el consumo en escenarios de baja tensión y alta corriente
Para los sistemas de paso de turbinas eólicas terrestres, los diodos Schottky se han convertido en la opción preferida para optimizar la eficiencia de la rectificación debido a su caída de voltaje de conducción ultra-baja de 0,15-0,3 V. En la transformación de la fuente de alimentación de paso unitario de 2,5 MW de Goldwind Technology, se utiliza el diodo Schottky (Vf) SB580= 0.2V@5A) Reemplace el tradicional 1N5408 (Vf)= 0.8V@3A) La pérdida de rectificación se redujo de 24 W a 6 W, el aumento de temperatura del sistema se redujo de 45 grados a 28 grados y la tasa de falla anual se redujo en 76%.

2. Innovación en topología: la estructura multi-nivel resuelve el problema del alto voltaje y la alta corriente
1. Diodo fijado con rectificador de tres-niveles
En un sistema de energía eólica de imán permanente de accionamiento directo, un diodo rectificador de tres-niveles logra una salida de CA de tres-niveles (Udc/2, 0, - Udc/2) a través de 27 combinaciones de estados de conmutación de 12 dispositivos de conmutación de energía. Tomando como ejemplo la unidad de 5MW de Yuanjing Energy, esta topología reduce el THD de la corriente del lado de la red del 15% al ​​3%, amplía el rango ajustable del factor de potencia a ± 0,99 y aumenta la capacidad del sistema en un 40%. Sin embargo, es necesario resolver el problema del voltaje desigual de los diodos de sujeción. Al utilizar un diseño paralelo de condensadores divisores de voltaje y resistencias de ecualización de voltaje, la desviación de voltaje se puede controlar dentro del 5%.

2. Convertidor multinivel de puente H-en cascada
Para el escenario de transmisión de energía eólica de voltaje ultra-alto, la topología del puente H-en cascada logra una salida de nivel M=2N+1 conectando unidades NH en serie. En el proyecto de corriente continua de alto voltaje-de Wudongdet de ± 800 kV, el uso de convertidores de siete niveles en cascada reduce el voltaje soportado de un solo dispositivo de 1600 V a 650 V, aumenta la frecuencia de conmutación equivalente a 10 kHz, reduce la tasa de distorsión armónica (THDu) del 25 % al 1,5 % y mejora la eficiencia de la transmisión en 1,8 puntos porcentuales.

3, Colaboración en la gestión térmica: control de temperatura desde el nivel de componente hasta el nivel del sistema
1. 3Tecnología de envasado D: superar el cuello de botella de la disipación de calor
El módulo de SiC de cuarta generación de ROHM adopta un diseño de disipación de calor de doble cara, lo que reduce la resistencia térmica de 10 K/W a 2 K/W y logra una densidad de potencia de más de 100 kW/L. En el sistema de almacenamiento de energía BYD Cube, la tecnología de refrigeración líquida estabiliza la temperatura de funcionamiento del diodo por debajo de los 45 grados, lo que reduce la corriente de fuga inversa en un 78 % en comparación con la solución-enfriada por aire y extiende la vida útil del sistema a 15 años.

2. Predicción y mantenimiento de gemelos digitales
La plataforma Siemens MindSphere puede predecir el riesgo de falla térmica del diodo con 48 horas de anticipación a través de un sistema de duplicación en tiempo real-. En una central eléctrica de almacenamiento de energía compartida en Qinghai, la plataforma mejoró la precisión de la predicción de fallas al 92 % y redujo el tiempo de inactividad no planificado en un 85 % mediante el análisis de datos de más de 2000 sensores de temperatura.

4. Optimización a nivel del sistema: colaboración inteligente entre almacenamiento de energía híbrido y distribución de energía.
1. Almacenamiento de energía híbrido con supercondensador de batería de litio
En el caso de suprimir las fluctuaciones de la energía eólica, un sistema híbrido de almacenamiento de energía con aislamiento de diodos puede lograr una asignación de energía precisa. Cuando la tasa de fluctuación de energía excede el 5%, el supercondensador se carga y descarga rápidamente a través del diodo, suprimiendo la tasa de fluctuación dentro del 2%; Las baterías de litio se regulan lentamente a una velocidad de 0,1 °C para garantizar que el SOC se mantenga dentro del rango seguro del 20 % al 80 %. Según datos de la plataforma Huawei Digital Power, esta solución ha aumentado la tasa de cumplimiento de la evaluación de la conexión a la red de los parques eólicos del 78% al 99%.

2. Acoplamiento térmico integrado de almacenamiento de energía solar eólica
En el Proyecto de Energía Térmica Fotovoltaica de Gonghe en Qinghai, la batería de litio se calienta con el calor residual de la celda electrolítica, lo que reduce la tasa de degradación de la capacidad de la batería del 30 % al 5 % en condiciones de baja temperatura en invierno. Al mismo tiempo, la tubería de refrigeración líquida del módulo fotovoltaico comparte líquido de refrigeración con el circuito de aceite de la caja de engranajes de la turbina eólica, logrando una utilización de energía en cascada y mejorando la eficiencia general del sistema en un 8,2%.