Kif id-dijodi jiżolaw iċ-ċirkwiti lokali waqt ħsarat fil-grilja tal-enerġija?

一, Il-mekkaniżmu fiżiku tal-iżolament tal-ħsara tad-dijodu
L-istruttura tal-junction PN ta 'dijodu tagħtiha kapaċità ta' imblukkar tal-kurrent naturali. Meta sseħħ ħsara ta 'ċirkwit qasir fil-grilja tal-enerġija, il-vultaġġ fil-punt tal-ħsara jinżel drastikament, u jifforma kamp elettriku bias invers. F'dan iż-żmien, id-dijodu jidħol fl-istat ta 'qtugħ, u r-reżistenza inversa tista' tilħaq il-livell megaohm. Filwaqt li s-sistema konnessa mal-grilja fotovoltajka bħala eżempju, meta ċirkwit qasir arblu għal arblu jseħħ fuq in-naħa DC, id-dijodu Schottky (bħal SB560, b'waqgħa ta 'vultaġġ 'il quddiem ta' 0.5V) imqabbad b'mod parallel maż-żewġt itruf tal-modulu fotovoltajku jista 'jiflaħ vultaġġ invers ta' aktar minn 1000V u komplet kurrenti imblukkar fi ħdan ordnijiet tradizzjonali ta '3 μsters, 1000V. skemi relay.

Fis-sistemi ta 'komunikazzjoni, il-karatteristiċi ta' iżolament tad-dijodi huma relatati mill-qrib mat-tip ta 'ħsara. Meta sseħħ ħsara fl-ert ta'-fażi waħda, il-vultaġġ tal-fażi mingħajr ħsara jogħla għal-livell tal-vultaġġ tal-linja. F'dan iż-żmien, id-dijodu ta 'rkupru veloċi (bħal FR307, ħin ta' rkupru reverse 100ns) imqabbad b'mod parallel kontra maż-żewġt itruf tal-apparat tal-iswiċċjar jista 'effettivament jipprevjeni l-iċċarġjar eċċessiv tal-kapaċitatur. Skont id-dejta tal-proġett ta 'trażmissjoni ± 500kV DC ta' Tennet fil-Ġermanja, wara li adottat din l-iskema, il-firxa tal-varjazzjoni tal-vultaġġ tal-kapaċitatur tas-submodulu naqset minn ± 15% għal ± 3%, u l-effiċjenza tas-sistema tjiebet b'1.2 punti perċentwali.

2, Applikazzjoni ta 'iżolament ta' xenarji ta 'ħsara tipiċi
1. Żoni ta 'ħsara tas-sistema ta' distribuzzjoni DC
F'sistema ta 'distribuzzjoni DC bbażata fuq dajowd, meta jseħħ short circuit permanenti b'żewġ arbli fil-linja, il-kurrent inizjali tal-linja difettuż malajr jitla' għal 8.3kA, filwaqt li l-kurrent terminali jitmermer għal 0 fi żmien 1ms minħabba l-karatteristika ta 'qtugħ invers tad-dijodu. Ir-riċerka mwettqa mit-tim ta 'Li Bin fl-Università ta' Tianjin turi li din l-iskema tista 'tillimita l-firxa tal-impatt ta' ħsarat bejn żewġ stazzjonijiet tal-konvertitur, tnaqqasha b'60% meta mqabbla ma 'skemi tradizzjonali, u tqassar il-ħin tal-waqgħa tal-vultaġġ minn 200ms għal 20ms, u ttejjeb b'mod sinifikanti l-affidabilità tal-provvista tal-enerġija.

Fl-implimentazzjoni speċifika, kull segment tal-linja DC huwa mgħammar b'modulu tad-dijodu kontra paralleli. Meta l-kurrent tal-ħsara jaqbeż il-limitu, l-apparat ta 'qlib mgħaġġel jaqta' l-mogħdija tal-ħsara fi żmien 100 μ s, u d-dijodu awtomatikament jifforma barriera ta 'iżolament. Wara li adotta din it-teknoloġija, l-inverter fotovoltajku Huawei SUN2000-125KTL żied il-ġenerazzjoni tal-enerġija tiegħu b'9.3% f'xenarji parzjalment ostakolati, b'effiċjenza Ewropea ta '98.8%.

2. Protezzjoni modulari ta 'konvertitur f'diversi livelli
Fis-submodulu MMC, dajowds u IGBTs jiffurmaw struttura ta 'imblukkar bidirezzjonali. Meta l-iżbilanċ tal-vultaġġ tal-kapaċitatur tas-submodulu jaqbeż l-10%, is-serje konnessa tad-dijodu tal-karbur tas-silikon (bħal C3D06060A) tesperjenza waqgħa tal-vultaġġ 'il quddiem 1.3V@10A) Jista' jipprevjeni l-iċċarġjar żejjed tal-kapaċitatur. Wara li adotta din l-iskema, l-istabbilizzatur tal-grilja Siemens SICAM AIS naqqas it-telf tal-bdil tas-submoduli b'40% u qassar il-ħin tar-rispons tas-sistema minn 10ms għal 3ms.

Fil-prattika tal-inġinerija, jeħtieġ li jiġu kkunsidrati l-karatteristiċi ta 'rkupru invers tad-dijodi. L-użu ta 'dijodi ta' rkupru veloċi (bħal FR307) jista 'jnaqqas it-telf ta' swiċċjar IGBT b'35% meta mqabbel ma 'rettifikaturi ordinarji. Id-dijodi ta 'iżolament intelliġenti tas-serje ta' Power Grid ta 'ABB jimmonitorjaw it-temperatura tal-ġonta, il-kurrent u parametri oħra f'ħin reali permezz ta' sensuri mibnija-, twissija ħsarat potenzjali 0.5ms bil-quddiem, u żżid il-ħin medju bejn fallimenti tas-sistema għal 200000 siegħa.

3. Disinn żejda ta 'sorsi ta' enerġija distribwita
F'inverters fotovoltajċi ta 'sekwenza, kanali MPPT multipli jiksbu redundancy tal-enerġija permezz ta' dajowds jew ċirkwiti tal-bieb. Meta l-qawwa tal-ħruġ ta 'ċertu kanal tonqos minħabba l-ostruzzjoni tad-dell, id-dijodu Schottky (bħal MBR2045CT, b'waqgħa tal-vultaġġ 'il quddiem ta' 0.32V) jaqleb awtomatikament għall-kanal b'saħħtu. It-testijiet urew li din l-iskema tista 'żżid il-ġenerazzjoni tal-enerġija tal-arrays fotovoltajċi bi 8% -12%, speċjalment f'xenarji parzjalment ostakolati fejn il-vantaġġi huma sinifikanti.

Is-sistema tal-ħażna tal-enerġija Tesla Megapack tadotta skema ta 'iżolament integrata, u kontrollur tad-dijodu ideali bbażat fuq MOSFET (bħal LM5050) jikseb ħin ta' rkupru b'lura żero. Din l-iskema tnaqqas it-telf ta 'iżolament bejn gruppi ta' batteriji minn 2.5W għal 0.3W, ittejjeb l-effiċjenza taċ-ċiklu tas-sistema b'0.2 punti perċentwali, u tnaqqas il-waqgħa tal-vultaġġ tal-konduzzjoni ta '0.05V b'90% meta mqabbla ma' dajowds tradizzjonali.

3, Strateġiji ta 'ottimizzazzjoni tal-inġinerija u titjib tal-prestazzjoni
1. Għażla ta 'komponenti ta' telf baxx
It-telf fil-konduzzjoni tad-dijodi tas-silikon tradizzjonali sar ostakolu fl-applikazzjonijiet ta'-frekwenza għolja. L-użu ta 'dijodi Schottky tal-karbur tas-silikon jista' jnaqqas it-telf tal-konduzzjoni b'60%. F'inverter fotovoltajku ta '100kW, din l-iskema tnaqqas it-telf tad-dijodu minn 120W għal 48W u ttejjeb l-effiċjenza tas-sistema b'0.05 punti perċentwali. Id-dijodu GaN EPC2054 imniedi mill-kumpanija EPC għandu waqgħa tal-vultaġġ 'il quddiem ta' 0.2V biss f'kurrent ta '10A, li huwa 85% inqas minn apparat SiC.

2. Ottimizzazzjoni tal-ġestjoni termali
F'applikazzjonijiet ta'-qawwa għolja, il-kontroll tat-temperatura tal-junction tad-dijodu huwa kruċjali. L-iskema ta 'dissipazzjoni tas-sħana komposta bl-użu ta' grass tas-silikonju konduttiv termali (reżistenza termali 0.5 grad /W) u sottostrat tal-aluminju (reżistenza termali 1 grad /W) tista 'tnaqqas it-temperatura tal-junction minn 125 grad għal 85 grad taħt 100A kurrenti, testendi l-ħajja tal-apparat b'aktar minn tliet darbiet. Invertituri Huawei jużaw teknoloġija likwida li jkessaħ biex jikkontrollaw it-temperatura tal-junction tad-dijodu fi ħdan 105 grad u jżidu d-densità tal-qawwa għal 1.2kW/kg.

3. Disinn ta 'kompatibilità elettromanjetika
Il-ħoss di/dt iġġenerat minn swiċċijiet tad-dijodu jeħtieġ li jiġi mrażżan minn ċirkwit buffer RC. F'inverter ta '10kW, ċirkwit buffer li juża capacitors tal-film ta' 0.1 μ F u resistors ta '10 Ω jista' jnaqqas l-overshoot tal-vultaġġ minn 50V għal 5V, u jilħaq l-istandard ta 'kompatibilità elettromanjetika IEC 61000-4-5. Id-dijodu ta 'iżolament intelliġenti tas-serje Siemens SIRIUS irażżan il-ħoss tal-iswiċċ taħt 20dB permezz ta' netwerk RC mibni.

4, Xejriet tat-teknoloġija tal-fruntiera
1. Applikazzjonijiet semikondutturi bandgap wiesgħa
Gallium nitride diodes, with their ultra-low on resistance (0.1m Ω· cm ²) and high-frequency characteristics (fT>1GHz), qed jissostitwixxu gradwalment apparati tas-silikon f'oqsma high-bħal provvisti tal-enerġija tal-istazzjon bażi 5G u provvisti tal-enerġija aerospazjali. Id-dijodu GaN EPC2054 imniedi mill-kumpanija EPC għandu waqgħa tal-vultaġġ 'il quddiem ta' 0.2V biss f'kurrent ta '10A, li huwa 85% inqas minn apparat SiC.

2. Integrazzjoni ta 'teknoloġija ta' iżolament intelliġenti
Il-modulu tad-dijodu intelliġenti flimkien mat-teknoloġija tal-kontroll diġitali jista 'jikseb kumpens dinamiku tal-waqgħa tal-vultaġġ u tbassir tal-ħsarat. Id-dijodi ta 'iżolament intelliġenti tas-serje tal-Grid tal-Enerġija mnedija mill-kumpanija ABB jimmonitorjaw it-temperatura tal-junction, il-kurrent u parametri oħra f'ħin reali permezz ta' sensuri mibnija-, u jwissu ħsarat potenzjali 0.5ms bil-quddiem, u jżid il-ħin medju ħieles ta 'ħsara tas-sistema għal 200000 siegħa.

5, Każijiet ta 'applikazzjoni ta' l-industrija
1. Proġett ta 'trasmissjoni Tennet DC fil-Ġermanja
Fil-proġett ta 'trasmissjoni DC ± 500kV, is-submodulu MMC li juża moduli tad-dijodu tal-karbur tas-silikon inaqqas il-firxa tal-varjazzjoni tal-vultaġġ tal-kapaċitatur tas-submodulu minn ± 15% sa ± 3%, u jtejjeb l-effiċjenza tas-sistema b'1.2 punti perċentwali. Il-kapaċità ta 'trażmissjoni annwali ta' dan il-proġett tilħaq 12-il biljun kilowatt siegħa, li hija ekwivalenti għat-tnaqqis tal-konsum tal-faħam standard bi 3.6 miljun tunnellata.

2. Sistema ta 'ħażna ta' enerġija Tesla Megapack
L-iskema ta 'iżolament tal-cluster tal-batterija bbażata fuq dajowds GaN ittejjeb l-effiċjenza taċ-ċiklu tas-sistema b'0.2 punti perċentwali, filwaqt li tnaqqas il-waqgħa tal-vultaġġ tal-konduzzjoni b'90% meta mqabbla ma' dajowds tradizzjonali f'0.05V. Is-sistema ġiet skjerata globalment għal aktar minn 10 GWh, li tappoġġja l-konsum ta 'enerġija rinnovabbli.