จะรวมไดโอดบายพาสเข้ากับตัวควบคุมพลังงานลมได้อย่างไร

一 ฟังก์ชั่นหลักของบายพาสไดโอด: การป้องกันแบบแอคทีฟต่อเอฟเฟกต์ฮอตสปอต
หน้าที่หลักของบายพาสไดโอดในระบบผลิตพลังงานลมคือการป้องกันผลกระทบจากฮอตสปอต เมื่อใบพัดของกังหันลมถูกกีดขวาง (เช่น หิมะ มูลนก หรือความผิดปกติของท้องถิ่น) เซลล์แบตเตอรี่ในพื้นที่ที่ถูกกีดขวางจะไม่สามารถผลิตไฟฟ้าได้ และกลายเป็นโหลดที่ใช้กระแสไฟฟ้าที่สร้างโดยเซลล์แบตเตอรี่ปกติอื่นๆ แทน ส่งผลให้อุณหภูมิในพื้นที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว (สูงถึง 200 องศาหรือสูงกว่า) และการก่อตัวของจุดร้อน ฮอตสปอตไม่เพียงแต่ทำลายเซลล์แบตเตอรี่อย่างถาวร ลดประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้า แต่ยังอาจทำให้เกิดไฟไหม้ได้อีกด้วย

ไดโอดบายพาสเชื่อมต่อแบบขนานย้อนกลับที่ปลายทั้งสองด้านของก้อนแบตเตอรี่ และอยู่ในสถานะตัดกลับด้านภายใต้สภาวะการทำงานปกติ โดยไม่ส่งผลกระทบต่อการทำงานของวงจร เมื่อเซลล์แบตเตอรี่บางเซลล์ถูกกีดขวาง แรงดันไฟฟ้าที่ปลายทั้งสองข้างจะเพิ่มขึ้นถึงเกณฑ์การนำไฟฟ้าไปข้างหน้าของไดโอด และกระแสไฟฟ้าจะผ่านบริเวณรอยเลื่อนเพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดจุดร้อน ตัวอย่างเช่น หน่วยกังหันลมนอกชายฝั่งขนาด 5MW ใช้รูปแบบการเชื่อมต่อแบบขนานของบายพาสไดโอดสำหรับเซลล์แบตเตอรี่แต่ละชุด ในการทดสอบการแรเงาในท้องถิ่น อุณหภูมิจุดร้อนลดลงจาก 185 องศาเป็น 45 องศา และอายุการใช้งานของส่วนประกอบเพิ่มขึ้นมากกว่าสามครั้ง

2 สถานการณ์บูรณาการ: การขยายเทคโนโลยีจากโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ไปจนถึงตัวควบคุมพลังงานลม
แม้ว่าไดโอดบายพาสจะถูกนำไปใช้ครั้งแรกในระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ แต่หลักการทางเทคนิคของไดโอดเหล่านี้มีความสามารถในการปรับตัวสูงในการผลิตพลังงานลม ในตัวควบคุมพลังงานลม การรวมไดโอดบายพาสส่วนใหญ่จะสะท้อนให้เห็นในสถานการณ์ต่อไปนี้:

1. การป้องกันด้านโรเตอร์ของกังหันลมที่ป้อนสองเท่า
เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเหนี่ยวนำแบบป้อนสองเท่าประสบกับแรงดันไฟฟ้าตกในระบบส่งไฟฟ้า กระแสไฟเกินอาจเกิดขึ้นที่ฝั่งโรเตอร์ ซึ่งอาจทำให้อินเวอร์เตอร์เสียหายได้ วงจรป้องกัน Crowbar ที่ใช้งานอยู่จะปล่อยพลังงานของโรเตอร์ไปยังตัวต้านทานบายพาสผ่านสะพานไดโอดเรกติไฟเออร์ โดยที่แต่ละแขนของสะพานของสะพานเรกติไฟเออร์ประกอบด้วยไดโอดสองตัวที่เชื่อมต่อกันแบบอนุกรม เพื่อให้แน่ใจว่าจะปล่อยพลังงานภายใน 10 มิลลิวินาที ตัวอย่างเช่น หน่วยป้อนจ่ายสองเท่านอกชายฝั่งขนาด 10MW ใช้วงจรชะแลงประเภท IGBT รวมกับไดโอดเร็ว เพื่อรักษาการทำงานของระบบให้เสถียรแม้ว่าแรงดันไฟฟ้าจะลดลงเหลือ 20%

2. การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการแก้ไขสำหรับชุดแม่เหล็กถาวรแบบขับเคลื่อนโดยตรง
กังหันลมแม่เหล็กถาวรแบบขับเคลื่อนโดยตรงใช้วงจรเรียงกระแสไดโอดที่ไม่สามารถควบคุมได้เพื่อแปลงไฟ AC สามเฟส{0}} เป็นไฟ DC แม้ว่าโครงสร้างจะเรียบง่าย แต่การสูญเสียการนำไฟฟ้าของไดโอดส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของระบบ ด้วยการแทนที่ไดโอดซิลิคอนแบบเดิมด้วยไดโอดชอตกีซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) แรงดันไฟฟ้าการนำไฟฟ้าจะลดลงจาก 0.7V เป็น 0.3V ที่กระแสไฟฟ้า 1,000A หน่วยเดียวสามารถประหยัดไฟฟ้าได้มากถึง 200,000 kWh ต่อปี

3. การจัดการแบตเตอรี่ของตัวควบคุมพลังงานลมนอกกริด
ในระบบนอกกริด ตัวควบคุมจำเป็นต้องป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่คายประจุย้อนกลับไปยังกังหันลมในช่วงกลางคืนหรือในสภาพอากาศที่มีเมฆมาก โดยการเชื่อมต่อไดโอดบายพาสแบบอนุกรมในวงจรชาร์จ จะทำให้เกิดเส้นทางกระแสในทิศทางเดียว ตัวอย่างเช่น โครงการไมโครกริดในพื้นที่ห่างไกลใช้ตัวควบคุมที่มีไดโอดป้องกันการถอยหลัง ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่จาก 3 ปีเป็น 6 ปี และลดต้นทุนระบบโดยรวมลง 40%

3 เกณฑ์การคัดเลือก: ตั้งแต่การจับคู่พารามิเตอร์ไปจนถึงการตรวจสอบความน่าเชื่อถือ
ประสิทธิภาพของบายพาสไดโอดส่งผลโดยตรงต่อความเสถียรของตัวควบคุมพลังงานลม และการเลือกจะต้องพิจารณาพารามิเตอร์หลักต่อไปนี้อย่างครอบคลุม:

1. กระแสไฟฟ้าทำงานและแรงดันพังทลายแบบย้อนกลับ
กระแสไฟทำงาน: จะต้องมากกว่ากระแสลัดวงจร-ของสตริงเซลล์แบตเตอรี่ ตัวอย่างเช่น หากกระแสไฟฟ้าลัดวงจร-ของเซลล์แบตเตอรี่ขนาด 210 มม. คือ 18A กระแสไฟที่กำหนดของไดโอดบายพาสจะต้องมากกว่าหรือเท่ากับ 20A
แรงดันพังทลายแบบย้อนกลับ: ควรสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดของเซลล์แบตเตอรี่ 1.2 เท่า ยกตัวอย่างระบบ 1500V แรงดันไฟฟ้าทนย้อนกลับของไดโอดจะต้องมีมากกว่าหรือเท่ากับ 1800V
2. ประสิทธิภาพการระบายความร้อนและการออกแบบการกระจายความร้อน
อุณหภูมิทางแยก: ต้องเป็นไปตามข้อกำหนดอุณหภูมิการทำงานสูงสุดของระบบ อุณหภูมิของสภาพแวดล้อมในทะเลสามารถเข้าถึง 55 องศา และอุณหภูมิทางแยกไดโอดจะต้องน้อยกว่าหรือเท่ากับ 175 องศา
ความต้านทานความร้อน: ความต้านทานความร้อนต่ำสามารถเร่งการนำความร้อนได้ ตัวอย่างเช่น ไดโอดที่บรรจุบนพื้นผิวทองแดงสามารถมีความต้านทานความร้อนได้ต่ำถึง 0.5K/W ซึ่งต่ำกว่าบรรจุภัณฑ์พลาสติกแบบดั้งเดิมถึง 60%
3. การทดสอบการตอบสนองแบบไดนามิกและความน่าเชื่อถือ
ความเร็วในการเปลี่ยน: จำเป็นต้องปรับให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงความเร็วลมอย่างกะทันหัน ตัวอย่างเช่น หน่วยบนบกบางหน่วยต้องใช้ไดโอดในการสลับการนำ/ตัดกระแสไฟฟ้าให้เสร็จสิ้นภายใน 10 μ s
การทดสอบอายุการใช้งาน: จำเป็นต้องผ่านการทดสอบการหนีความร้อนตามมาตรฐาน IEC 62979 ซึ่งหมายความว่าอุณหภูมิพื้นผิวจะเพิ่มขึ้นน้อยกว่าหรือเท่ากับ 15 องศา เมื่อใช้กระแสไฟฟ้าที่กำหนดเป็นเวลา 1 ชั่วโมงในสภาพแวดล้อม 75 องศา