Bagaimana merancang jaringan dioda dalam sistem kopling multi energi?

1, Pemosisian fungsional: Peran inti jaringan dioda
Sistem kopling multi energi biasanya mengintegrasikan berbagai bentuk energi seperti fotovoltaik, tenaga angin, penyimpanan energi, dan turbin gas, dan aliran energinya menunjukkan multiarah dan dinamisme. Jaringan dioda mengasumsikan tiga fungsi inti dalam skenario ini:

Pemblokiran arus balik: Ketika sebuah cabang mengalami penurunan tegangan karena gangguan atau gangguan bayangan, dioda paralel dapat memblokir catu daya balik dari cabang lain ke cabang yang rusak, menghindari efek titik panas atau kerusakan peralatan. Misalnya, dalam susunan fotovoltaik, dioda bypass dapat menyebabkan hubungan pendek-cabang yang rusak ketika satu panel surya terhalang, sehingga melindungi panel surya normal dari lonjakan arus balik.
Penjepitan dan stabilisasi tegangan: Rangkaian penjepit tegangan bertingkat dibuat dengan menghubungkan dioda secara seri, yang dapat membatasi kisaran fluktuasi tegangan sistem. Misalnya, dalam sistem penyimpanan energi baterai litium, beberapa dioda silikon dihubungkan secara seri untuk membentuk penurunan tegangan tetap sebesar 1,8V. Ketika tegangan baterai melebihi nilai ini, dioda menghantarkan dan membuang kelebihan tegangan ke ground, melindungi beban backend.
Bantuan Konversi Energi: Dalam sistem kogenerasi panas dingin listrik, dioda dapat membantu unit kogenerasi (CHP) dalam mencapai pemanfaatan kaskade energi. Misalnya, ketika limbah panas yang dihasilkan oleh unit CHP diubah menjadi kapasitas pendinginan melalui pendinginan absorpsi, dioda dapat mencegah kapasitas pendinginan mengalir kembali ke sisi sumber panas, sehingga memastikan efisiensi sistem.
2, Struktur topologi: desain fleksibel yang beradaptasi dengan berbagai skenario
Struktur topologi jaringan dioda perlu disesuaikan secara dinamis menurut jenis energi, ukuran sistem, dan mode operasi. Struktur umum meliputi:

Jaringan paralel: cocok untuk fotovoltaik terdistribusi, tenaga angin, dan skenario lainnya, dengan menghubungkan dioda pemblokiran secara seri di pintu masuk setiap cabang, hal ini mencegah-cabang tegangan rendah menjadi "lubang hitam energi". Misalnya, proyek fotovoltaik di kawasan industri mengadopsi jaringan dioda paralel. Ketika tegangan cabang turun karena bayangan, dioda pemblokiran diputus untuk mencegah cabang normal menyuplai daya secara terbalik ke cabang yang rusak, sehingga mengurangi kehilangan daya dari 75% menjadi 10%.
Jaringan seri: cocok untuk transmisi arus searah tegangan tinggi (HVDC) atau sistem penyimpanan energi, superposisi tegangan dan kontrol arah dicapai melalui dioda seri. Misalnya, dalam sistem penyimpanan energi baterai lithium, jaringan dioda seri digunakan untuk membangun sirkuit penyeimbang paket baterai. Ketika baterai tertentu diisi dayanya secara berlebihan, dioda yang bersangkutan akan bekerja, mentransfer kelebihan energi ke baterai lain dan memperpanjang masa pakai baterai.
Jaringan hibrid: menggabungkan struktur paralel dan seri, cocok untuk skenario penggabungan multi-energi yang kompleks. Misalnya, dalam kombinasi sistem pendingin, pemanas, dan tenaga, jaringan dioda hibrid digunakan untuk mengoordinasikan tiga aliran energi yaitu listrik, panas, dan dingin: dioda paralel digunakan untuk mengisolasi cabang yang rusak, dan dioda seri digunakan untuk penjepitan tegangan dan kontrol arah konversi energi, sehingga mencapai peningkatan efisiensi sistem secara keseluruhan.
3, Pemilihan perangkat: Menyeimbangkan kinerja dan biaya
Pemilihan dioda memerlukan pertimbangan komprehensif terhadap parameter seperti tegangan, arus, frekuensi, konsumsi daya, dan biaya. Jenis yang umum meliputi:

Dioda silikon: cocok untuk skenario tegangan rendah dan arus tinggi, seperti dioda bypass fotovoltaik. Penurunan tegangannya sekitar 0,6V, dengan biaya rendah namun konsumsi daya tinggi. Misalnya, proyek fotovoltaik tertentu menggunakan dioda silikon 1N4007 sebagai komponen perlindungan bypass untuk memenuhi persyaratan tegangan balik 1000V dan arus maju 1A, sekaligus mengendalikan biaya satu papan dalam 0,5 yuan.
Dioda Schottky: cocok untuk skenario-frekuensi tinggi dan-tegangan rendah, seperti mengganti catu daya, penggerak motor, dll. Penurunan tegangannya hanya 0,4V, dan waktu pemulihan baliknya singkat, namun resistansi tegangannya lemah. Misalnya, proyek stasiun pengisian kendaraan listrik tertentu menggunakan dioda Schottky sebagai komponen freewheeling untuk mengurangi waktu pemulihan terbalik dari mikrodetik menjadi nanodetik, sehingga secara efektif menekan lonjakan tegangan selama motor mulai berhenti.
Dioda silikon karbida (SiC): cocok untuk skenario tegangan tinggi, suhu tinggi, dan frekuensi tinggi, seperti jaringan pintar, kendaraan energi baru, dll. Tekanannya turun menjadi 0,2V, waktu pemulihan terbalik sangat singkat, dan ketahanan suhunya mencapai lebih dari 200 derajat. Misalnya, proyek transmisi arus searah tegangan tinggi menggunakan dioda SiC untuk membuat katup konverter, sehingga mengurangi kerugian konduksi sebesar 40% dan meningkatkan efisiensi sistem sebesar 5%.
4, Strategi optimasi: Meningkatkan keandalan sistem dan efisiensi energi
Untuk lebih meningkatkan kinerja jaringan dioda dalam sistem kopling multi energi, strategi optimasi berikut dapat diterapkan:

Integrasi kontrol cerdas: Menggabungkan sensor dan algoritma kontrol untuk mencapai penyesuaian dinamis jaringan dioda. Misalnya, dalam microgrid, dengan memantau parameter tegangan dan arus setiap cabang secara real-time, menyesuaikan ambang konduksi dioda secara dinamis, dan mengoptimalkan alokasi energi. Proyek sistem energi komprehensif di wilayah tertentu mengadopsi pengontrol dioda cerdas, yang meningkatkan kecepatan respons sistem hingga tingkat milidetik dan mempersingkat waktu isolasi kesalahan hingga 80%.
Pengoptimalan pengelolaan termal: Untuk-skenario daya tinggi, kurangi suhu sambungan dioda melalui desain pembuangan panas. Misalnya, ketika beberapa dioda dihubungkan secara paralel, desain heat sink umum digunakan untuk memastikan keseimbangan suhu. Proyek UPS pusat data mengoptimalkan jalur pembuangan panas, mengurangi suhu sambungan dioda dari 150 derajat menjadi 120 derajat dan memperpanjang umurnya hingga tiga kali lipat.
Desain modular: Merangkum jaringan dioda menjadi modul standar untuk penerapan dan pemeliharaan cepat. Misalnya, proyek kopling multi-energi di kawasan industri mengadopsi susunan dioda modular, yang meningkatkan dukungan daya satu modul menjadi 100kW dan mendukung hot plugging, sehingga mengurangi waktu perluasan sistem dari hitungan hari menjadi jam.
5, Studi kasus: Penerapan praktis jaringan dioda
Mengambil contoh proyek microgrid di sebuah pulau, sistem ini mengintegrasikan fotovoltaik, tenaga angin, generator diesel, dan perangkat penyimpanan energi, serta mengoptimalkan aliran energi melalui jaringan dioda.

Perlindungan cabang fotovoltaik: Hubungkan dioda pemblokiran secara seri di pintu masuk setiap cabang fotovoltaik untuk mencegah arus balik yang disebabkan oleh penghalang bayangan. Data operasi proyek menunjukkan bahwa jaringan dioda telah mengurangi tingkat kegagalan susunan fotovoltaik dari 5% menjadi 0,2%, dan meningkatkan pembangkitan listrik tahunan sebesar 8%.
Penyeimbangan sistem penyimpanan energi: Jaringan dioda seri digunakan untuk membangun sirkuit penyeimbang paket baterai. Ketika baterai tertentu diisi dayanya secara berlebihan, dioda yang bersangkutan akan bekerja, mentransfer kelebihan energi ke baterai lain. Pengujian proyek menunjukkan bahwa desain ini memperpanjang umur baterai sebesar 40% dan mengurangi biaya pemeliharaan sebesar 30%.
Koordinasi pelengkap multi energi: Dengan mengoordinasikan aliran listrik, panas, dan dingin melalui jaringan dioda hibrid, respons sisi permintaan dan penjadwalan dinamis tercapai. Setelah satu tahun pengoperasian proyek, efisiensi energi komprehensif sistem meningkat dari 65% menjadi 78%, dan emisi karbon menurun sebesar 25%.