पवन टरबाइनों की स्टार्ट-अप सुरक्षा में डायोड की क्या भूमिका है?

उदाहरण के लिए, कम हवा की गति की स्थिति में मुख्य चुनौतियाँ और डायोड सुरक्षा तर्क
1. कम हवा की गति की स्थिति की भौतिक विशेषताएं और जोखिम
पवन टरबाइन की आउटपुट शक्ति हवा की गति की तीसरी शक्ति के सीधे आनुपातिक होती है। जब हवा की गति हवा की गति में कटौती (आमतौर पर 3-5 मीटर/सेकेंड) से कम होती है, तो जनरेटर की गति अपर्याप्त होती है, और आउटपुट वोल्टेज बैटरी या ग्रिड वोल्टेज से कम हो सकता है, जिसके परिणामस्वरूप निम्नलिखित जोखिम होते हैं:

करंट बैकफ़्लो: बैटरी या पावर ग्रिड मोटर वाइंडिंग के माध्यम से रिवर्स में बिजली की आपूर्ति करता है, जिससे मोटर ज़्यादा गरम हो जाती है और स्थायी चुंबक विचुंबकीय हो जाता है;
वोल्टेज में उतार-चढ़ाव: अस्थिर आउटपुट वोल्टेज बाद के डीसी/डीसी कनवर्टर्स या इनवर्टर के असामान्य संचालन की ओर ले जाता है;
दक्षता में गिरावट: कम हवा की गति पर बिजली उत्पादन दक्षता तेजी से गिरती है, और यदि सुरक्षा की कमी है, तो सिस्टम बिजली पैदा करने के बजाय ऊर्जा का उपभोग करना जारी रख सकता है।
2. डायोड का सुरक्षा तंत्र
डायोड यूनिडायरेक्शनल चालकता के माध्यम से भौतिक अलगाव बाधाओं का निर्माण करते हैं:

आगे का संचालन: जब जनरेटर का आउटपुट वोल्टेज लोड टर्मिनल पर वोल्टेज से अधिक होता है, तो डायोड संचालित होता है और जनरेटर से लोड तक करंट प्रवाहित होता है;
रिवर्स कटऑफ: जब जनरेटर वोल्टेज लोड टर्मिनल वोल्टेज से कम होता है, तो डायोड स्वचालित रूप से कट जाता है, जिससे रिवर्स करंट पथ अवरुद्ध हो जाता है।
उदाहरण के तौर पर एक स्वतंत्र छोटे पवन टरबाइन को लेते हुए, इसका तीन - चरण अनियंत्रित ब्रिज रेक्टिफायर सर्किट 6 डायोड (जैसे MUR60120, वोल्टेज 1200V, वर्तमान 60A का सामना करता है) का उपयोग करता है। जब हवा की गति 3m/s से कम होती है, तो डायोड सरणी 99.9% से अधिक की सुरक्षा दक्षता के साथ, बैटरी से जनरेटर तक रिवर्स बिजली की आपूर्ति को पूरी तरह से अवरुद्ध कर सकती है।

2, विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्य और तकनीकी कार्यान्वयन
1. स्वतंत्र छोटे पैमाने की पवन ऊर्जा उत्पादन प्रणाली
दूरस्थ बिजली आपूर्ति परिदृश्यों में, छोटे पवन टरबाइन (शक्ति 1-10 किलोवाट) अक्सर "पवन टरबाइन + बैटरी + लोड" वास्तुकला को अपनाते हैं। इसके सुरक्षात्मक डिज़ाइन में डायोड की दो परतें शामिल हैं:

रेक्टिफिकेशन परत: तीन चरण ब्रिज रेक्टिफायर सर्किट प्रत्यावर्ती धारा को प्रत्यक्ष धारा में परिवर्तित करता है, और डायोड मापदंडों को पूरा करने की आवश्यकता होती है:
रिवर्स झेलने वाला वोल्टेज जनरेटर के पीक वोल्टेज के 1.5 गुना से अधिक या उसके बराबर (उदाहरण के लिए 24V सिस्टम के लिए V डायोड का चयन किया जाता है);
औसत करंट जनरेटर के रेटेड करंट के 1.2 गुना से अधिक या उसके बराबर है (यदि 5ए सिस्टम 6ए डायोड का उपयोग करता है)।
एंटी बैकफ्लो परत: रिवर्स कटऑफ विश्वसनीयता सुनिश्चित करते हुए चालन हानि को कम करने के लिए बैटरी और रेक्टिफायर आउटपुट टर्मिनल के बीच श्रृंखला में शोट्की डायोड (जैसे एमबीआर1045सीटी, वी_एफ{2}}वी) को कनेक्ट करें।
मामला: अफ्रीका में एक ग्रामीण बिजली आपूर्ति परियोजना में, जैसा कि ऊपर वर्णित है, पवन टरबाइन अभी भी 2 मीटर/सेकेंड की हवा की गति पर स्थिर रूप से उत्पादन कर सकता है। बैटरी का रिवर्स करंट 0.5A से घटकर 0A हो जाता है, और सिस्टम का जीवन तीन गुना बढ़ जाता है।

2. ग्रिड से जुड़े पवन टर्बाइन
मेगावाट स्तर के ग्रिड से जुड़े पवन टर्बाइनों में, डायोड सुरक्षा को बिजली इलेक्ट्रॉनिक कन्वर्टर्स के साथ जोड़ने की आवश्यकता होती है:

मशीन साइड कनवर्टर: आईजीबीटी+डायोड हाइब्रिड मॉड्यूल (जैसे इनफिनॉन एफएफ600आर12एमई4) का उपयोग करते हुए, डायोड रिवर्स रिकवरी समय 100ns से कम या उसके बराबर, उच्च आवृत्ति स्विचिंग के तहत रिवर्स करंट उछाल से बचने के लिए;
ग्रिड साइड कनवर्टर: बिजली गिरने या ग्रिड दोष के कारण होने वाले क्षणिक ओवरवॉल्टेज को दबाने के लिए डीसी बस और ग्रिड साइड के बीच टीवीएस डायोड (जैसे 1.5KE33CA) स्थापित करें;
अनलोडिंग सर्किट: जब हवा की गति बहुत कम होती है और डीसी बस वोल्टेज बहुत अधिक होता है, तो समानांतर डायोड और प्रतिरोधकों की अनलोडिंग शाखा स्वचालित रूप से ऑपरेशन में डाल दी जाती है, जिससे अतिरिक्त ऊर्जा को खपत के लिए थर्मल ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है।
डेटा: एक निश्चित अपतटीय पवन फार्म से वास्तविक माप से पता चलता है कि इस सुरक्षा योजना को अपनाने के बाद, कम हवा की गति (4m/s) पर पवन टर्बाइनों की विफलता दर 12% से घटकर 2% हो गई है, और वार्षिक बिजली उत्पादन में 8% की वृद्धि हुई है।

3, प्रमुख तकनीकी पैरामीटर और चयन सिद्धांत
1. कोर पैरामीटर मिलान
सकारात्मक वोल्टेज ड्रॉप (V_F): सीधे सिस्टम दक्षता को प्रभावित करता है। सिलिकॉन आधारित डायोड का V-F लगभग 0.6-0.8V है, जबकि शोट्की डायोड इसे 0.2-0.4V तक कम कर सकते हैं। 100 किलोवाट पवन टरबाइन में, शोट्की डायोड का उपयोग करके वार्षिक हानि को 12000 kWh तक कम किया जा सकता है।
रिवर्स पुनर्प्राप्ति समय (Trr): उच्च आवृत्ति स्विचिंग परिदृश्यों में, स्विचिंग हानि से बचने के लिए Trr 50ns से कम या उसके बराबर होना चाहिए। तेज़ रिकवरी डायोड (जैसे FR107) का Trr लगभग 50ns है, जबकि सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) डायोड का Trr 10ns के भीतर कम किया जा सकता है।
वर्तमान वहन क्षमता में वृद्धि (I2FSM): इसे पवन टरबाइन के चालू होने या विफल होने के दौरान क्षणिक उच्च धारा को कवर करने की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, 2MW पवन टरबाइन को पावर ग्रिड शॉर्ट सर्किट के प्रभाव से निपटने के लिए 300A से अधिक या उसके बराबर I2FSM वाला डायोड चुनने की आवश्यकता होती है।
2. चयन अनुकूलन रणनीति
तापमान मुआवजा: उच्च तापमान वाले वातावरण (जैसे कि रेगिस्तानी क्षेत्र) में, डायोड का जंक्शन तापमान 150 डिग्री से अधिक हो सकता है, और उच्च तापमान प्रतिरोधी मॉडल (जैसे एईसी - Q101 प्रमाणित डिवाइस) का चयन किया जाना चाहिए;
निरर्थक डिज़ाइन: N+1 बैकअप रणनीति को अपनाते हुए, एकल डायोड विफल होने पर भी सिस्टम 80% से अधिक आउटपुट क्षमता बनाए रख सकता है;
एकीकरण प्रवृत्ति: परजीवी अधिष्ठापन को कम करने और सिस्टम विश्वसनीयता में सुधार करने के लिए डायोड और एमओएसएफईटी/आईजीबीटी का उपयोग करने वाले एकीकृत मॉड्यूल (जैसे आईपीएम) को अपनाया जाता है।