كيفية استخدام تصحيح الصمام الثنائي في نظام توليد طاقة الرياح؟

1، المبدأ التقني: البنية الأساسية لتصحيح الصمام الثنائي
يعتمد المبدأ الأساسي لتصحيح الصمام الثنائي على التوصيل أحادي الاتجاه لوصلة PN. عندما يتم تطبيق نصف دورة إيجابية من التيار المتردد على أنود الصمام الثنائي، يكون تقاطع PN متحيزًا للأمام ويمر التيار من خلاله؛ خلال نصف الدورة السالبة، يتم قطع الانحياز العكسي ويتم حظر التيار. من خلال تكوين عدد وطريقة توصيل الثنائيات بشكل معقول، يمكن تحقيق التحويل من التيار المتردد إلى التيار المستمر.

تصحيح نصف الموجة: باستخدام صمام ثنائي واحد واستخدام نصف دورة إيجابية فقط لطاقة التيار المتردد، تكون الكفاءة منخفضة نسبيًا (الحد الأقصى النظري 50%)، لكن الدائرة بسيطة والتكلفة منخفضة، مما يجعلها مناسبة لأنظمة توليد طاقة الرياح الصغيرة.
تصحيح الموجة بالكامل: باستخدام هيكل الجسر (4 صمامات ثنائية) أو محول الصنبور المركزي (2 صمامات ثنائية)، يتم زيادة الكفاءة إلى أكثر من 81% من خلال استخدام نصف الدورات الموجبة والسالبة للتيار المتردد. من بينها، أصبح تصحيح الجسور هو الحل السائد لتوليد طاقة الرياح بسبب عدم وجود محولات خاصة وتقلبات جهد الخرج الصغيرة.
تصحيح ثلاثي الطور: بالنسبة لإخراج طاقة التيار المتردد ثلاثي الطور-من توربينات الرياح، يتم استخدام دائرة مقوم جسر ثلاثي الطور-تتكون من ستة صمامات ثنائية لتقليل تموج الخرج بشكل أكبر وتحسين كثافة الطاقة. على سبيل المثال، في نظام متصل بشبكة المولدات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم المباشر، يقوم جسر مقوم الصمام الثنائي ثلاثي الطور- بتحويل خرج طاقة التيار المتردد ثلاثي الطور- بواسطة المولد إلى طاقة تيار مستمر، والتي يتم بعد ذلك توصيلها بالشبكة من خلال دائرة تعزيز وعاكس.
2، سيناريو التطبيق: التغطية الكاملة من خارج الشبكة إلى اتصال الشبكة
تعمل تقنية تصحيح الصمام الثنائي خلال دورة الحياة الكاملة لأنظمة توليد طاقة الرياح، وتغطي سيناريوهات تطبيقها كلاً من الأنظمة المستقلة خارج الشبكة ومحطات الطاقة الكبيرة{0}المتصلة بالشبكة.

نظام توليد طاقة الرياح على نطاق صغير- خارج الشبكة: في المناطق النائية أو السيناريوهات التي لا توجد بها تغطية للشبكة، تقوم توربينات الرياح بشحن البطارية من خلال مقوم الصمام الثنائي وتوفر الطاقة للحمل من خلال عاكس. على سبيل المثال، يستخدم نظام توليد طاقة الرياح بقدرة 5 كيلو وات خارج الشبكة دائرة مقوم جسر ثلاثية الطور، مقترنة بأقصى تحكم في تتبع نقطة الطاقة (MPPT)، لتحقيق زيادة بنسبة 15% في كفاءة التقاط طاقة الرياح. وفي الوقت نفسه، يتم استخدام الموصلية أحادية الاتجاه للثنائيات لمنع الشحن العكسي للبطاريات، مما يضمن سلامة النظام.
نظام توليد طاقة الرياح على نطاق واسع- متصل بالشبكة: في المخطط المتصل بالشبكة للمولد المتزامن للمغناطيس الدائم (PMSG) ذو المحرك المباشر، يعمل مقوم الصمام الثنائي كمحول أمامي- لتحويل خرج طاقة التيار المتردد ذات السعة المتغيرة والتردد المتغير بواسطة المولد إلى طاقة تيار مستمر، ثم تحقيق اتصال الشبكة بعامل طاقة الوحدة من خلال عاكس PWM. على سبيل المثال، تعتمد توربينات الرياح ذات الدفع المباشر بقدرة 2MW على هيكل عاكس ثنائي الصمام + Boost + PWM، مع كفاءة نظام تبلغ 96.5%، وهو أعلى بنسبة 2 بالمائة من مخطط المولد التعريفي التقليدي ذو التغذية المزدوجة (DFIG).
3، تحسين الكفاءة: اختراق في السلسلة بأكملها بدءًا من اختيار الجهاز وحتى تكامل النظام
على الرغم من أن تكنولوجيا تصحيح الصمام الثنائي ناضجة، إلا أن كفاءتها لا تزال تتأثر بخصائص الجهاز، وطوبولوجيا الدائرة، واستراتيجيات التحكم. تحقق الصناعة اختراقات في الكفاءة من خلال المسارات التالية:

اختيار الجهاز: التكرار من السيليكون إلى كربيد السيليكون: تواجه الثنائيات التقليدية المعتمدة على السيليكون -مشاكل مثل خسائر الاسترداد العكسي العالية وضعف الأداء في درجات الحرارة العالية-. أصبحت ثنائيات كربيد السيليكون (SiC) الخيار المفضل لسيناريوهات التردد العالي والجهد العالي- نظرًا لمزاياها المتمثلة في عدم استرداد الشحنة العكسية (Qrr ≈ 0) واستقرار درجة الحرارة العالية (درجة حرارة الوصلة تصل إلى 200 درجة). على سبيل المثال، بعد استبدال الأجهزة المعتمدة على السيليكون- بثنائيات SiC، تم تقليل خسائر المقوم لتوربينات الرياح البحرية بقدرة 10 ميجاوات بنسبة 40%، وتم تحسين كفاءة النظام إلى 97.2%.
ابتكار الطوبولوجيا: الترقية من غير قابل للتحكم إلى قابل للتحكم: على الرغم من أن هيكل تصحيح الصمام الثنائي غير المتحكم فيه بسيط، إلا أنه يعاني من مشاكل مثل التوافقيات الحالية العالية وعامل الطاقة المنخفض. تحقق تقنية تصحيح PWM تيارًا جيبيًا على جانب الماكينة من خلال أجهزة يتم التحكم فيها بالكامل مثل IGBT، مما يزيل التلوث التوافقي. على سبيل المثال، تستخدم توربينات الرياح بقدرة 3 ميجاوات هيكلًا خلفيًا-إلى-خلفيًا لتصحيح PWM + عاكس PWM لتحقيق التشغيل الرباعي، مع عامل طاقة يصل إلى 0.99 ومعدل تشويه توافقي (THD) أقل من 3%.
الإدارة الحرارية: التطور من التبريد الطبيعي إلى التبريد السائل: يتم تحويل 70% من خسائر الصمام الثنائي إلى حرارة، ولكل زيادة بمقدار 10 درجات في درجة حرارة الوصلة، تزيد رسوم الاسترداد العكسي بنسبة 15% -20%. تعمل تقنية التبريد السائل على تثبيت درجة حرارة الوصلة أقل من 150 درجة عن طريق تبريد شريحة الصمام الثنائي مباشرة، وبالتالي إطالة عمر الجهاز. على سبيل المثال، بعد أن اعتمدت توربينات الرياح البحرية بقدرة 15 ميجاوات نظام تبديد حرارة التبريد السائل، تم تمديد عمر الصمام الثنائي من 8 سنوات إلى 15 عامًا، وتم تخفيض تكاليف التشغيل والصيانة بنسبة 40%.