Comment intégrer des diodes de dérivation dans les contrôleurs d'énergie éolienne ?

一, La fonction principale de la diode de dérivation : défense active contre l'effet de point chaud
La fonction principale des diodes de dérivation dans les systèmes de production d'énergie éolienne est d'éviter les effets de points chauds. Lorsque les pales d'une éolienne sont obstruées (comme de la neige, des fientes d'oiseaux ou des défauts locaux), les cellules de la batterie dans la zone obstruée ne peuvent pas produire d'électricité et deviennent plutôt une charge qui consomme le courant généré par d'autres cellules de batterie normales, ce qui entraîne une forte augmentation de la température locale (jusqu'à 200 degrés ou plus) et la formation de points chauds. Les points chauds non seulement endommagent de manière permanente les cellules de la batterie, réduisent l’efficacité de la production d’électricité, mais peuvent même provoquer des incendies.

La diode de dérivation est connectée en parallèle inverse aux deux extrémités du bloc-batterie et est dans un état de coupure inverse dans des conditions de fonctionnement normales, sans affecter le fonctionnement du circuit ; Lorsqu'une certaine cellule de batterie est obstruée, la tension aux deux extrémités augmente jusqu'au seuil de conduction directe de la diode et le courant contourne la zone de défaut pour éviter la formation de points chauds. Par exemple, une éolienne offshore de 5 MW adopte un schéma de connexion en parallèle d'une diode de dérivation pour chaque série de cellules de batterie. Lors du test d'ombrage local, la température du point chaud a diminué de 185 degrés à 45 degrés et la durée de vie des composants a été prolongée de plus de trois fois.

2, Scénario intégré : extension technologique des modules photovoltaïques aux contrôleurs éoliens
Bien que les diodes de dérivation aient été utilisées pour la première fois dans les systèmes photovoltaïques, leurs principes techniques présentent une grande adaptabilité à la production d'énergie éolienne. Dans les contrôleurs d'énergie éolienne, l'intégration de diodes de dérivation se reflète principalement dans les scénarios suivants :

1. Protection côté rotor des éoliennes à double alimentation
Lorsqu'un générateur à induction à double alimentation subit une chute de tension dans le réseau électrique, une surintensité peut se produire du côté du rotor, ce qui peut endommager l'onduleur. Le circuit de protection actif Crowbar libère l'énergie du rotor vers la résistance de dérivation via un pont redresseur à diodes, où chaque bras du pont redresseur est composé de deux diodes connectées en série, assurant une libération d'énergie en 10 ms. Par exemple, une unité offshore de 10 MW à double alimentation adopte un circuit Crowbar de type IGBT, combiné à des diodes rapides, pour maintenir un fonctionnement stable du système même lorsque la tension chute à 20 %.

2. Optimisation du processus de rectification pour les unités à aimant permanent à entraînement direct
L'éolienne à aimant permanent à entraînement direct adopte un circuit redresseur à diode incontrôlable pour convertir le courant alternatif triphasé en courant continu. Bien que la structure soit simple, la perte de conduction de la diode affecte directement l’efficacité du système. En remplaçant les diodes au silicium traditionnelles par des diodes Schottky en carbure de silicium (SiC), la chute de tension de conduction peut être réduite de 0,7 V à 0,3 V. Avec un courant de 1 000 A, une seule unité peut économiser jusqu'à 200 000 kWh d'électricité par an.

3. Gestion de la batterie des contrôleurs d'énergie éolienne hors réseau
Dans les systèmes hors réseau, le contrôleur doit empêcher la batterie de se décharger à l'envers de l'éolienne pendant la nuit ou par temps nuageux. En connectant des diodes de dérivation en série dans le circuit de charge, un chemin de courant unidirectionnel est formé. Par exemple, un projet de micro-réseau dans une zone reculée utilise un contrôleur doté de diodes anti-retour, ce qui prolonge la durée de vie de la batterie de 3 à 6 ans et réduit le coût global du système de 40 %.

3, Critères de sélection : de la correspondance des paramètres à la vérification de la fiabilité
Les performances des diodes de dérivation affectent directement la stabilité des contrôleurs d'énergie éolienne, et leur sélection doit prendre en compte de manière exhaustive les paramètres fondamentaux suivants :

1. Courant de travail et tension de claquage inverse
Courant de fonctionnement : il doit être supérieur au courant de court-circuit de la chaîne de cellules de la batterie. Par exemple, si le courant de court-circuit d'une cellule de batterie de 210 mm est de 18 A, le courant nominal de la diode de dérivation doit être supérieur ou égal à 20 A.
Tension de claquage inverse : elle doit être 1,2 fois supérieure à la tension en circuit ouvert de la cellule de la batterie. En prenant le système 1 500 V comme exemple, la tension de tenue inverse de la diode doit être supérieure ou égale à 1 800 V.
2. Performance thermique et conception de dissipation thermique
Température de jonction : Elle doit répondre aux exigences maximales de température de fonctionnement du système. La température de l'environnement marin peut atteindre 55 degrés et la température de jonction des diodes doit être inférieure ou égale à 175 degrés.
Résistance thermique : une faible résistance thermique peut accélérer la conduction thermique. Par exemple, les diodes conditionnées sur des substrats en cuivre peuvent avoir une résistance thermique aussi faible que 0,5 K/W, soit 60 % de moins que les emballages en plastique traditionnels.
3. Réponse dynamique et tests de fiabilité
Vitesse de commutation : elle doit s’adapter aux changements brusques de vitesse du vent. Par exemple, une certaine unité terrestre nécessite que les diodes effectuent la commutation de conduction/coupure en 10 µs.
Test de durée de vie : il est nécessaire de réussir le test d'emballement thermique de la norme CEI 62979, ce qui signifie que la température de surface augmente de moins ou égale à 15 degrés lorsque le courant nominal est appliqué pendant 1 heure dans un environnement à 75 degrés.