क्या पवन ऊर्जा प्रणालियों में बिजली संरक्षण के लिए टीवीएस डायोड का उपयोग करना उचित है?

1, पवन ऊर्जा प्रणालियों में बिजली गिरने के जोखिम का बहुआयामी विश्लेषण
पवन टरबाइन अक्सर उच्च जोखिम वाले क्षेत्रों जैसे खुले मैदानों और पर्वत चोटियों पर बनाए जाते हैं, जिनकी ऊंचाई 150 मीटर से अधिक होती है। ब्लेडों के घूमने से बनने वाला गतिशील विद्युत क्षेत्र बिजली को आकर्षित करने की अधिक संभावना रखता है। बिजली के हमलों को दो प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: प्रत्यक्ष बिजली के हमले और प्रेरित बिजली के हमले। सीधी बिजली के झटके सीधे ब्लेड या टावरों पर कार्य करते हैं, जिससे तुरंत हजारों एम्पीयर करंट निकलता है, जिससे ब्लेड पर कार्बन फाइबर की परत टूट सकती है और जनरेटर का इन्सुलेशन टूट सकता है; इंडक्शन लाइटनिंग विद्युत चुम्बकीय युग्मन के माध्यम से नियंत्रण सर्किट में हजारों वोल्ट क्षणिक ओवरवॉल्टेज उत्पन्न करती है, जिससे आवृत्ति कनवर्टर्स और सेंसर जैसे सटीक घटक जल जाते हैं। उदाहरण के तौर पर जर्मनी में एक पवन फार्म को लेते हुए, 2024 में बिजली के हमलों में, 85% विद्युत दोष प्रेरित बिजली के कारण वोल्टेज वृद्धि के कारण हुए थे।

पारंपरिक बिजली संरक्षण योजना तीन-स्तरीय सुरक्षा प्रणाली को अपनाती है जिसमें बिजली की छड़ें, ग्राउंडिंग ग्रिड और सर्ज प्रोटेक्टर (एसपीडी) शामिल होते हैं। हालाँकि, बिजली की छड़ें केवल सीधे बिजली के हमलों से बचाव कर सकती हैं और प्रेरित बिजली के खिलाफ शक्तिहीन होती हैं; यद्यपि मेटल ऑक्साइड वेरिस्टर (एमओवी) कुछ वृद्धि ऊर्जा को अवशोषित कर सकते हैं, उनकी प्रतिक्रिया का समय माइक्रोसेकंड स्तर तक पहुंच सकता है, जिससे नैनोसेकंड स्तर के क्षणिक दालों से निपटना मुश्किल हो जाता है। इस संदर्भ में, टीवीएस डायोड अपने अद्वितीय प्रदर्शन लाभों के कारण सुरक्षा अंतर को भरने में एक महत्वपूर्ण घटक बन गए हैं।

2, टीवीएस डायोड की तकनीकी विशेषताएं और बिजली संरक्षण अनुकूलनशीलता
टीवीएस डायोड का मुख्य लाभ उनके हिमस्खलन ब्रेकडाउन तंत्र और नैनोसेकंड स्तर की प्रतिक्रिया क्षमता में निहित है। जब सर्किट में ब्रेकडाउन वोल्टेज (वीबीआर) से अधिक क्षणिक ओवरवॉल्टेज होता है, तो टीवीएस 1 नैनोसेकंड के भीतर मेगाओम से मिलीओम तक प्रतिबाधा को कम कर सकता है, जिससे वोल्टेज को एक सुरक्षित सीमा के भीतर क्लैंप करते हुए कम प्रतिबाधा डिस्चार्ज चैनल बनता है। उदाहरण के लिए, 1.5MW पवन टरबाइन इकाई ब्लेड अरेस्टर से हब तक चालन पथ में SM8S श्रृंखला TVS का उपयोग करती है। 8/20 μs तरंग के तहत 6000W की अधिकतम पावर प्रोसेसिंग क्षमता के साथ, यह IEC 61000-4-5 मानक में निर्दिष्ट 4kV उछाल प्रभाव से प्रभावी ढंग से निपट सकता है, अवशिष्ट वोल्टेज को 4000V से 50V से कम कर सकता है और इन्वर्टर के IGBT मॉड्यूल को क्षति से बचा सकता है।

पैरामीटर मिलान के संदर्भ में, टीवीएस का चयन "ऊर्जा ढाल अपव्यय" के सिद्धांत का पालन करना चाहिए:

वोल्टेज क्लैंप: संरक्षित डिवाइस के अधिकतम झेलने वाले वोल्टेज से कम क्लैंप वोल्टेज (वीसी) वाले मॉडल का चयन करें। उदाहरण के लिए, 12V द्वारा संचालित नियंत्रण मॉड्यूल के लिए 14V से कम या उसके बराबर वीसी वाले टीवीएस का चयन यह सुनिश्चित करता है कि वोल्टेज 10/350 μs बिजली तरंग के तहत एक सुरक्षित सीमा तक सीमित है।
बिजली क्षमता: आईईसी 61000-4-5 मानक के अनुसार, क्लास 4 लाइटनिंग स्ट्राइक स्तर के लिए टीवीएस को 5000W की न्यूनतम पल्स पावर सहनशीलता की आवश्यकता होती है। एक निश्चित अपतटीय पवन ऊर्जा परियोजना 5KP श्रृंखला टीवीएस को अपनाती है, जिसमें 10/1000 μs तरंग के तहत 5000W की चरम शक्ति होती है और 8/20 μs तरंग के तहत 3kA की वृद्धि धारा का सामना कर सकती है।
प्रतिक्रिया समय: टीवीएस का प्रतिक्रिया समय क्षणिक वृद्धि समय से कम होना चाहिए। उदाहरण के लिए, नैनोसेकंड स्तर के ईएसडी दालों के लिए, एक बहु-स्तरीय सुरक्षा नेटवर्क बनाने के लिए टीवीएस के साथ मिलकर काम करने के लिए एक पिकोसेकंड स्तर प्रतिक्रिया ईएसडी रक्षक का चयन किया जाता है।
3, पवन ऊर्जा प्रणालियों में टीवीएस के विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्य
ब्लेड फ्लैशिंग सिस्टम: ब्लेड की नोक पर एक स्टेनलेस स्टील फ्लैशिंग डिवाइस स्थापित करें और इसे 70 मिमी ² प्रवाहकीय केबल के माध्यम से हब से कनेक्ट करें। संचालन के दौरान बिजली के करंट के कारण होने वाले द्वितीयक आर्किंग को रोकने के लिए, एक टीवीएस सरणी को केबल और हब के बीच के कनेक्शन पर समानांतर में जोड़ा जाता है, और कार्बन फाइबर ब्लेड संरचना को आर्क क्षरण से बचाने के लिए क्षणिक वोल्टेज को 600V से नीचे क्लैंप किया जाता है।
इन्वर्टर सुरक्षा: डायरेक्ट ड्राइव स्थायी चुंबक सिंक्रोनस जनरेटर का इन्वर्टर एक बिजली संवेदनशील कोर घटक है। एक 2MW इकाई तीन -स्तरीय सुरक्षा योजना अपनाती है:
फ्रंट स्टेज: गैस डिस्चार्ज ट्यूब (जीडीटी) 20kA तक की प्रवाह क्षमता के साथ मुख्य ऊर्जा को अवशोषित करती है;
मध्यवर्ती स्तर: टीवीएस अवशिष्ट वोल्टेज के बारीक प्रसंस्करण के लिए जिम्मेदार है, वोल्टेज को 100V के भीतर क्लैंप करता है;
रियर स्टेज: सरफेस माउंटेड टीवीएस ऐरे प्रोटेक्शन आईजीबीटी ड्राइवर सर्किट, प्रतिक्रिया समय 1ns से कम या उसके बराबर।
यह योजना आवृत्ति कनवर्टर की बिजली की हड़ताल विफलता दर को प्रति वर्ष औसतन 3 बार से घटाकर शून्य कर देती है।
संचार इंटरफ़ेस सुरक्षा: पवन टरबाइनों के RS485 और CAN बस जैसे संचार इंटरफ़ेस बिजली प्रेरित हस्तक्षेप के प्रति अतिसंवेदनशील होते हैं। SRV05-4 TVS ऐरे को अपनाते हुए, इसका सामान्य मोड/डिफरेंशियल मोड पूर्ण सुरक्षा डिज़ाइन ± 15kV इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज और 10/700 μs तरंग के तहत 5kV उछाल को दबा सकता है, जिससे 10 ⁻⁷ से कम संचार त्रुटि दर सुनिश्चित होती है।
4, टीवीएस बिजली संरक्षण योजना का आर्थिक और विश्वसनीयता सत्यापन
जीवन चक्र लागत (एलसीसी) के दृष्टिकोण से, टीवीएस योजना के महत्वपूर्ण फायदे हैं। उदाहरण के तौर पर 50MW पवन फार्म लेना:

पारंपरिक समाधान: MOV + GDT संयोजन का उपयोग करते हुए, एक इकाई की बिजली संरक्षण लागत लगभग 8000 युआन है, लेकिन गलती रखरखाव की औसत वार्षिक लागत 120000 युआन है;
टीवीएस योजना: एक इकाई के लिए बिजली संरक्षण की लागत बढ़कर 12000 युआन हो गई है, लेकिन प्रतिक्रिया गति में 1000 गुना वृद्धि के कारण, गलती रखरखाव की औसत वार्षिक लागत 20000 युआन तक कम हो गई है।
5 साल के चक्र के भीतर, टीवीएस समाधान 340000 युआन की कुल लागत बचा सकता है और सिस्टम उपलब्धता को 98.2% से 99.5% तक बढ़ा सकता है।
विश्वसनीयता सत्यापन के संदर्भ में, टीवीएस का विफलता मोड मुख्य रूप से ओपन सर्किट है, जिससे शॉर्ट सर्किट का खतरा नहीं होता है। एक निश्चित अपतटीय पवन ऊर्जा परियोजना में टीवीएस के 10{5}}वर्ष के मापे गए डेटा से पता चलता है कि इसकी विफलता दर 0.001% से कम है, जो एमओवी की 0.1% विफलता दर से कहीं बेहतर है। इसके अलावा, टीवीएस की निम्न-तापमान विशेषताएँ (ऑपरेटिंग तापमान रेंज -55 डिग्री से {{7%) डिग्री) इसे अपतटीय पवन ऊर्जा के कठोर वातावरण के लिए पूरी तरह से अनुकूलित करने में सक्षम बनाती हैं।