Comment configurer les diodes dans les systèmes de couplage de stockage d'énergie éolienne ?

一, Sélection du type de diode : correspondance précise basée sur des scénarios d'application
Le système de couplage de stockage d'énergie éolienne couvre de multiples aspects tels que la production d'énergie éolienne, la conversion d'énergie ainsi que la charge et la décharge du stockage d'énergie. Il existe des différences significatives dans les exigences de performances des diodes selon les scénarios, et les types de dispositifs ciblés doivent être sélectionnés.

1. Processus de rectification : les diodes en carbure de silicium améliorent l'efficacité de la conversion
Dans le module redresseur AC/DC des éoliennes, les diodes traditionnelles à base de silicium-présentent des pertes de commutation élevées en raison de leur long temps de récupération inverse (50-100 ns), tandis que les diodes en carbure de silicium (SiC) peuvent réduire considérablement les pertes de rectification en raison de leurs caractéristiques de récupération inverse ultra rapides (Trr<10ns) and low forward voltage drop (Vf<0.3V). For example, Cree's GaN HEMT diode reduces reverse recovery loss by 90% compared to silicon-based devices at a switching frequency of 1MHz, resulting in rectifier module efficiency exceeding 98%. In the offshore wind power scenario, Siemens uses a diode flexible rectifier valve instead of a modular multi-level rectifier valve, and reduces the converter station's volume by 80%, weight by 65%, and transmission loss by 20% under the same transmission capacity through the bridge arm series integrated pulse control strategy.

2. Lien de stockage d'énergie : la diode TVS améliore la protection contre les surtensions
Dans les systèmes de stockage d'énergie par batterie au lithium, les diodes TVS limitent les surtensions à une plage sûre avec une vitesse de réponse de l'ordre de la milliseconde. En prenant le module de batterie CTP3.0 de CATL comme exemple, la diode TVS Dongwo Electronics SMBJ15CA (Pppm=600W, Vc=18V) utilisée dans celui-ci a réduit l'augmentation de la température de surface du module de batterie de 42 % lors du test d'emballement thermique UL9540A et a obtenu plus de 10 fois le temps de réponse du système de protection incendie. Pour les systèmes de stockage d’énergie par pile à combustible, les capteurs de combustion catalytique et les diodes TVS doivent être configurés pour couper rapidement le circuit en cas de fuite d’hydrogène. La pression d'ouverture du dispositif anti-explosion doit être contrôlée à moins de 0,01 MPa.

3. Liaison auxiliaire photovoltaïque : tolérance d'ombre optimisée pour la diode de dérivation
Dans les systèmes de couplage de stockage d’énergie éolienne et solaire, les modules photovoltaïques subissent souvent une chute soudaine de la puissance de sortie en raison des ombres locales. En connectant une diode de dérivation en série avec tous les 18 à 20 composants, le courant des composants blindés peut être transféré, réduisant ainsi la perte de puissance. Par exemple, lorsqu'une seule cellule est complètement obstruée, la puissance de sortie d'un module en silicium monocristallin peut diminuer de 75 %, tandis qu'avec la configuration de diodes de dérivation, la perte de puissance peut être contrôlée dans la limite de 10 %. De plus, la technologie de détection infrarouge doit être utilisée pour analyser régulièrement les composants et résoudre rapidement les problèmes de points chauds lorsque la différence de température dépasse 10 degrés.

2, Optimisation de la topologie : Construire des réseaux électroniques de puissance efficaces et fiables
La méthode de connexion topologique des diodes affecte directement l'efficacité du flux d'énergie et la capacité d'isolation des défauts du système, et une conception ciblée est requise en fonction du chemin de conversion d'énergie du système couplé.

1. Circuit de charge anti-inversion : conception composite de diode de blocage et MOSFET
Le schéma anti-inversion P-MOS traditionnel présente des problèmes tels qu'une résistance élevée et une incapacité à bloquer le courant inverse. Le contrôleur de diode idéal LM74700-Q1 de TI atteint 0,01 Ω sur la résistance et une vitesse de désactivation inverse de niveau nanoseconde en intégrant N-MOS et un circuit de commande. Dans le système basse tension 48 V de la voiture idéale L9, cette solution réduit la perte de connexion anti-inversion de 8 W à 0,2 W et l'augmentation de la température du système de 15 degrés à 2 degrés, résolvant complètement le risque de défaillance thermique lors du démarrage à froid.

2. Rectification à plusieurs niveaux : topologie à pince à diode
Pour les scénarios de transmission de courant continu haute tension, les redresseurs multiniveaux (NPC) à diodes atteignent l'équilibre de tension en connectant des condensateurs et des diodes en série, réduisant ainsi les exigences de résistance de tension des dispositifs de commutation. Dans le projet de transmission de courant continu ultra haute tension ± 800 kV, la topologie NPC réduit la tension de tenue des appareils individuels de 1 600 V à 650 V, tout en réduisant le taux de distorsion harmonique (THDu) de 15 % à 3 %, améliorant ainsi considérablement la qualité de l'énergie.

3. Coordination du stockage d’énergie hybride : isolation des diodes et distribution d’énergie
Dans un système de stockage d’énergie hybride composé de batteries au lithium et de supercondensateurs, la distribution d’énergie doit être réalisée via des diodes. Les batteries au lithium compensent les fluctuations de-faible-puissance à long terme, tandis que les supercondensateurs font face aux chocs de-puissance élevée-à court terme. Par exemple, dans la stratégie de contrôle de la connexion au réseau éolien, lorsque le taux de fluctuation de puissance dépasse 5 %, le supercondensateur se charge et se décharge rapidement via des diodes pour supprimer le taux de fluctuation à 2 % ; Et les batteries au lithium sont lentement régulées à un taux de 0,1 °C pour garantir que le SOC (état de charge) est maintenu dans la plage de sécurité de 20 % à 80 %.

3, Collaboration en matière de gestion thermique : contrôle de la température du niveau des composants au niveau du système
La défaillance thermique des diodes est l'une des principales causes de défaillance des systèmes de stockage d'énergie, et le contrôle de la température tout au long du cycle de vie doit être réalisé grâce à l'innovation matérielle, à l'optimisation structurelle et à la conception thermique au niveau du système.

1. Mise à niveau du matériau : le semi-conducteur à large bande interdite réduit les pertes de chaleur
Les diodes SiC peuvent résister à des températures allant jusqu'à 600 degrés, ce qui est trois fois plus élevé que les appareils à base de silicium- ; Les diodes GaN peuvent fonctionner de manière stable à 200 degrés et fournir une redondance thermique pour les plates-formes haute tension -de 800 V. Le module SiC de quatrième génération de ROHM adopte une conception de dissipation thermique double-, réduisant la résistance thermique de 10 K/W à 2 K/W et atteignant une densité de puissance supérieure à 100 kW/L. Dans le système de stockage d'énergie BYD Cube, la technologie de refroidissement liquide stabilise la température de fonctionnement de la diode en dessous de 45 degrés, réduisant ainsi le courant de fuite inverse de 78 % par rapport à la solution refroidie par air-.

2. Innovation structurelle : packaging 3D et dissipation thermique intégrée
En empilant des puces et en intégrant des structures de dissipation thermique, la résistance thermique des diodes peut être considérablement réduite. Par exemple, la série Smart Diode d'Infineon intègre des capteurs de température à l'intérieur de la puce pour permettre une surveillance en temps réel-des courbes VF Tj. Lorsque la température atteint le seuil, un avertissement est émis 10 secondes avant le seuil, ce qui donne un temps d'intervention actif pour la gestion thermique du système.

3. Couplage thermique au niveau du système : synergie de température de stockage solaire et éolien
Dans le système de couplage de stockage d'énergie éolienne et solaire, une plate-forme de gestion thermique unifiée doit être établie. Par exemple, une centrale électrique de stockage d'énergie partagée au Qinghai adopte un système de production d'hydrogène à l'eau de mer, qui utilise la chaleur résiduelle de la cellule électrolytique pour chauffer la batterie au lithium, réduisant ainsi le taux de dégradation de la capacité de la batterie de 30 % à 5 % dans des conditions de basse température en hiver. Dans le même temps, le pipeline de refroidissement liquide du module photovoltaïque partage le liquide de refroidissement avec le circuit d'huile de la boîte de vitesses de l'éolienne, permettant ainsi une utilisation en cascade d'énergie.