كيفية تحسين كفاءة تصحيح أنظمة طاقة الرياح من خلال الثنائيات؟

一, الابتكار المادي: انتقال أداء الثنائيات أشباه الموصلات واسعة النطاق
1. ثنائيات كربيد السيليكون (SiC): ثورة في الكفاءة في سيناريوهات الترددات العالية-
في محولات طاقة الرياح البحرية، تتمتع الثنائيات التقليدية-المعتمدة على السيليكون بوقت استرداد عكسي يصل إلى 50-100 نانو ثانية، مما يؤدي إلى خسائر في التبديل تزيد عن 30%. الصمام الثنائي GaN HEMT من Cree، مع خاصية الاسترداد العكسي فائقة السرعة (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. صمام ثنائي شوتكي: أداة قوية لتقليل الاستهلاك في سيناريوهات الجهد المنخفض والتيار العالي
بالنسبة لأنظمة ميل توربينات الرياح البرية، أصبحت صمامات شوتكي الثنائية هي الخيار المفضل لتحسين كفاءة التصحيح نظرًا لانخفاض جهد التوصيل المنخفض للغاية الذي يبلغ 0.15-0.3 فولت. في تحويل وحدة إمداد الطاقة بقدرة 2.5 ميجاوات لتقنية Goldwind، يتم استخدام صمام ثنائي شوتكي SB580 (Vf)= 0.2V@5A )استبدال 1N5408 (Vf) التقليدي= 0.8V@3A )تم تقليل فقد التصحيح من 24 وات إلى 6 وات، كما انخفض ارتفاع درجة حرارة النظام من 45 درجة إلى 28 درجة، كما انخفض معدل الفشل السنوي بمقدار 76%.

2، ابتكار الطوبولوجيا: هيكل متعدد-يحل مشكلة الجهد العالي والتيار العالي
1. تم تثبيت الصمام الثنائي على ثلاثة مقومات -من المستوى
في نظام طاقة الرياح ذات المغناطيس الدائم ذو الدفع المباشر، يحقق مقوم الصمام الثنائي المثبت على ثلاثة مستويات-إخراج تيار متردد ثلاثي-مستويات (Udc/2, 0, - Udc/2) من خلال 27 مجموعة حالة تبديل مكونة من 12 جهازًا لتبديل الطاقة. بأخذ وحدة 5MW التابعة لشركة Yuanjing Energy كمثال، تقلل هذه الهيكلية من THD لتيار جانب الشبكة من 15% إلى 3%، وتوسع النطاق القابل للتعديل لعامل الطاقة إلى ± 0.99، وتزيد من قدرة النظام بنسبة 40%. ومع ذلك، يجب حل مشكلة الجهد غير المتكافئ لثنائيات التثبيت. باستخدام التصميم المتوازي لمكثفات مقسم الجهد ومقاومات معادلة الجهد، يمكن التحكم في انحراف الجهد في حدود 5%.

2. Cascade H-محول متعدد المستويات للجسر
بالنسبة لسيناريو نقل طاقة الرياح ذات الجهد العالي للغاية-، تحقق طوبولوجيا الجسر المتتالي H- خرج مستوى M=2N+1 من خلال توصيل وحدات NH في سلسلة. في مشروع التيار المباشر ذو الجهد العالي ± 800 كيلو فولت Wudongdet-، يؤدي استخدام المحولات المتتالية ذات المستويات السبعة إلى تقليل جهد التحمل لجهاز واحد من 1600 فولت إلى 650 فولت، وزيادة تردد التحويل المكافئ إلى 10 كيلو هرتز، وتقليل معدل التشوه التوافقي (THDu) من 25% إلى 1.5%، وتحسين كفاءة النقل بنسبة 1.8 نقطة مئوية.

3، التعاون في الإدارة الحرارية: التحكم في درجة الحرارة من مستوى المكونات إلى مستوى النظام
1. 3تقنية التغليف ثلاثية الأبعاد: اختراق عنق الزجاجة لتبديد الحرارة
تعتمد وحدة SiC من الجيل الرابع من ROHM تصميمًا مزدوجًا لتبديد الحرارة، مما يقلل المقاومة الحرارية من 10 كيلو وات إلى 2 كيلو وات ويحقق كثافة طاقة تزيد عن 100 كيلو وات / لتر. في نظام تخزين الطاقة BYD Cube، تعمل تقنية التبريد السائل على تثبيت درجة حرارة تشغيل الصمام الثنائي أقل من 45 درجة، مما يقلل من تيار التسرب العكسي بنسبة 78% مقارنة بالمحلول المبرد بالهواء، ويطيل عمر النظام إلى 15 عامًا.

2. التنبؤ بالتوائم الرقمية وصيانتها
يمكن لمنصة Siemens MindSphere التنبؤ بخطر الفشل الحراري للدايود قبل 48 ساعة من خلال نظام النسخ المتطابق في الوقت الحقيقي-. وفي محطة طاقة مشتركة لتخزين الطاقة في تشينغهاي، قامت المنصة بتحسين دقة التنبؤ بالأخطاء إلى 92% وتقليل وقت التوقف غير المخطط له بنسبة 85% من خلال تحليل البيانات من أكثر من 2000 جهاز استشعار لدرجة الحرارة.

4، تحسين مستوى النظام: تعاون ذكي لتخزين الطاقة الهجينة وتوزيع الطاقة
1. بطارية الليثيوم ذات المكثف الفائق لتخزين الطاقة الهجينة
في سيناريو قمع تقلبات طاقة الرياح، يمكن لنظام تخزين الطاقة الهجين مع عزل الصمام الثنائي تحقيق تخصيص دقيق للطاقة. عندما يتجاوز معدل تقلب الطاقة 5%، يقوم المكثف الفائق بالشحن والتفريغ بسرعة من خلال الصمام الثنائي، مما يؤدي إلى قمع معدل التقلب في حدود 2%؛ يتم تنظيم بطاريات الليثيوم ببطء بمعدل 0.1 درجة مئوية لضمان الحفاظ على SOC ضمن النطاق الآمن الذي يتراوح بين 20% إلى 80%. وفقًا للبيانات الواردة من منصة Huawei Digital Power، أدى هذا الحل إلى زيادة معدل الامتثال لتقييم اتصال شبكة مزرعة الرياح من 78% إلى 99%.

2. اقتران حراري متكامل لتخزين طاقة الرياح الشمسية
في مشروع Gonghe للطاقة الحرارية الضوئية في تشينغهاي، يتم تسخين بطارية الليثيوم بواسطة الحرارة المتبقية للخلية الإلكتروليتية، مما يقلل معدل تدهور قدرة البطارية من 30% إلى 5% في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة في الشتاء. في الوقت نفسه، يتشارك خط أنابيب التبريد السائل للوحدة الكهروضوئية سائل التبريد مع دائرة الزيت لعلبة تروس توربينات الرياح، مما يحقق الاستفادة من سلسلة الطاقة ويحسن الكفاءة الإجمالية للنظام بنسبة 8.2%.