Làm thế nào để sử dụng chỉnh lưu diode trong hệ thống phát điện gió?

1, Nguyên lý kỹ thuật: Kiến trúc cơ bản của chỉnh lưu diode
Nguyên lý cốt lõi của chỉnh lưu diode dựa trên độ dẫn điện một chiều của điểm nối PN. Khi nửa chu kỳ dương của dòng điện xoay chiều được đặt vào cực dương của diode, điểm nối PN được phân cực thuận và dòng điện đi qua; Trong nửa chu kỳ âm, phân cực ngược bị cắt và dòng điện bị chặn. Bằng cách cấu hình hợp lý số lượng và phương thức kết nối của điốt, việc chuyển đổi từ AC sang DC có thể đạt được.

Chỉnh lưu nửa sóng: sử dụng một diode đơn và chỉ sử dụng nửa chu kỳ dương của nguồn điện xoay chiều, hiệu suất tương đối thấp (lý thuyết tối đa là 50%), nhưng mạch đơn giản và giá thành thấp nên phù hợp với các hệ thống phát điện gió nhỏ.
Chỉnh lưu toàn sóng: Bằng cách sử dụng cấu trúc cầu (4 điốt) hoặc máy biến áp trung tâm (2 điốt), hiệu suất tăng lên trên 81% bằng cách sử dụng nửa chu kỳ dương và âm của dòng điện xoay chiều. Trong số đó, chỉnh lưu cầu đã trở thành giải pháp chủ đạo cho phát điện gió do thiếu máy biến áp đặc biệt và dao động điện áp đầu ra nhỏ.
Chỉnh lưu ba pha: Đối với đầu ra nguồn điện xoay chiều ba pha-từ tuabin gió, một mạch chỉnh lưu cầu ba-pha gồm sáu điốt được sử dụng để giảm thêm độ gợn sóng đầu ra và cải thiện mật độ điện năng. Ví dụ: trong hệ thống kết nối lưới máy phát đồng bộ nam châm vĩnh cửu truyền động trực tiếp, cầu chỉnh lưu đi-ốt ba pha-chuyển đổi nguồn điện xoay chiều ba-pha của máy phát thành nguồn DC, sau đó được kết nối với lưới thông qua mạch tăng áp và biến tần.
2, Kịch bản ứng dụng: Phủ sóng toàn bộ từ kết nối lưới đến kết nối lưới
Công nghệ chỉnh lưu đi-ốt chạy qua toàn bộ vòng đời của hệ thống phát điện gió và các kịch bản ứng dụng của nó bao gồm cả các hệ thống độc lập không nối lưới và các nhà máy điện quy mô lớn{0}}nối lưới.

Hệ thống phát điện gió quy mô nhỏ{0}}không nối lưới: Ở những vùng sâu vùng xa hoặc những tình huống không có lưới điện, tuabin gió sẽ sạc pin thông qua bộ chỉnh lưu đi-ốt và cấp điện cho tải thông qua một bộ biến tần. Ví dụ: hệ thống phát điện gió không nối lưới 5kW sử dụng mạch chỉnh lưu cầu ba pha, kết hợp với điều khiển theo dõi điểm công suất tối đa (MPPT), để đạt được hiệu suất thu năng lượng gió tăng 15%. Đồng thời, tính dẫn điện một chiều của điốt được sử dụng để ngăn chặn việc sạc ngược pin, đảm bảo an toàn cho hệ thống.
Hệ thống phát điện gió quy mô lớn{0}}được kết nối với lưới: Trong sơ đồ kết nối lưới của máy phát đồng bộ nam châm vĩnh cửu truyền động trực tiếp (PMSG), một bộ chỉnh lưu điốt đóng vai trò là bộ chuyển đổi-đầu cuối để chuyển đổi đầu ra nguồn AC có biên độ và tần số thay đổi của máy phát thành nguồn DC, sau đó đạt được kết nối lưới hệ số công suất thống nhất thông qua biến tần PLC. Ví dụ, một tuabin gió dẫn động trực tiếp 2MW sử dụng cấu trúc biến tần chỉnh lưu điốt+Boost+PWM, với hiệu suất hệ thống là 96,5%, cao hơn 2 điểm phần trăm so với sơ đồ máy phát điện cảm ứng cấp nguồn kép (DFIG) truyền thống.
3, Tối ưu hóa hiệu quả: đột phá trong toàn bộ chuỗi từ lựa chọn thiết bị đến tích hợp hệ thống
Mặc dù công nghệ chỉnh lưu điốt đã trưởng thành nhưng hiệu quả của nó vẫn bị ảnh hưởng bởi đặc tính của thiết bị, cấu trúc liên kết mạch và chiến lược điều khiển. Ngành đạt được những đột phá về hiệu quả thông qua các con đường sau:

Lựa chọn thiết bị: Lặp lại từ silic sang cacbua silic: Điốt dựa trên silic-truyền thống gặp các vấn đề như tổn thất thu hồi ngược cao và hiệu suất nhiệt độ-cao kém. Điốt cacbua silic (SiC) đã trở thành lựa chọn ưu tiên cho các trường hợp-tần số cao và điện áp-cao do ưu điểm của chúng là phục hồi điện tích ngược bằng 0 (Qrr ≈ 0) và độ ổn định nhiệt độ cao (nhiệt độ tiếp giáp lên tới 200 độ). Ví dụ: sau khi thay thế các thiết bị dựa trên silicon-bằng điốt SiC, tổn thất chỉnh lưu của tuabin gió ngoài khơi 10MW đã giảm 40% và hiệu suất hệ thống được cải thiện lên 97,2%.
Đổi mới cấu trúc liên kết: Nâng cấp từ không thể điều khiển lên có thể điều khiển: Mặc dù cấu trúc của chỉnh lưu diode không điều khiển rất đơn giản nhưng nó có các vấn đề như sóng hài dòng điện cao và hệ số công suất thấp. Công nghệ chỉnh lưu PLC đạt được dòng điện hình sin ở phía máy thông qua các thiết bị được điều khiển hoàn toàn như IGBT, loại bỏ ô nhiễm sóng hài. Ví dụ: tuabin gió 3MW sử dụng cấu trúc back{3}}to-back của bộ chỉnh lưuPWM+bộ biến tầnPWM để đạt được hoạt động ở bốn góc phần tư, với hệ số công suất lên tới 0,99 và tỷ lệ biến dạng sóng hài (THD) nhỏ hơn 3%.
Quản lý nhiệt: Sự phát triển từ làm mát tự nhiên sang làm mát bằng chất lỏng: 70% tổn thất đi-ốt được chuyển thành nhiệt và cứ tăng nhiệt độ điểm nối 10 độ, phí phục hồi ngược sẽ tăng 15% -20%. Công nghệ làm mát bằng chất lỏng giúp ổn định nhiệt độ mối nối dưới 150 độ bằng cách làm mát trực tiếp chip diode, từ đó kéo dài tuổi thọ của thiết bị. Ví dụ, sau khi tuabin gió ngoài khơi 15MW áp dụng sơ đồ tản nhiệt làm mát bằng chất lỏng, tuổi thọ của điốt đã được kéo dài từ 8 năm lên 15 năm và chi phí vận hành và bảo trì đã giảm 40%.