Да ли ће квар диоде довести до смањења ефикасности система за складиштење енергије?

一, Режим квара диоде и механизам губитка ефикасности
1. Погоршање карактеристика повратног опоравка
У сценаријима високофреквентног пребацивања, као што је антипаралелна диода слободног хода ИГБТ модула у претварачима за складиштење енергије ПЦС, време повратног опоравка (Трр) и пуњење (Крр) диоде су основни параметри који одређују ефикасност. Када је Трр предугачак или је Крр превелик, диода ће формирати значајну "репну струју" током процеса искључивања, што доводи до следећих проблема:

Изненадно повећање губитака прекидача: За сваких 10нс повећања Трр, губици прекидача могу порасти за 5% -8%. На пример, у одређеном случају фотонапонског претварача, након што се Трр погоршао са 35нс на 80нс, ефикасност система је смањена за 3,7% и пораст температуре МОСФЕТ-а се повећао за 15 степени.
Напонски скокови и ЕМИ сметње: Абнормални Крр може изазвати обрнуте скокове у напону магистрале (као што је изненадно повећање са 1000В на 1200В), што представља ризик од квара изолације и повећава цену филтрирања електромагнетних сметњи (ЕМИ).
2. Термички бег и померање параметара
Када температура споја (Тј) диоде пређе номиналну вредност (као што је 150 степени), покренуће се следећи зачарани круг:

Пренапон струје цурења: При високим температурама, струја обрнутог цурења (ИР) може порасти са 10 μ А на 100 μ А, што резултира десетоструким повећањем статичке потрошње енергије.
Деградација параметара: Пад напона унапред (ВФ) расте са температуром (као што је од 0,8В до 1,2В), директно смањујући ефикасност проводљивости. Студија случаја система за складиштење енергије батерије са протоком ванадијума показује да када температура електролита порасте са 25 степени на 45 степени, диода ВФ се повећава за 0,3 В, а ефикасност пуњења и пражњења система опада за 2,1%.
3. Отказивање паковања и отказ контакта
Дефекти паковања (као што је оксидација пинова ТО-220, апсорпција влаге пластичне амбалаже) могу изазвати:

Повећање топлотног отпора: Лош контакт доводи до пораста топлотног отпора (Р θ ЈА) са 2 степена/В на 5 степени/В, убрзавајући топлотни бег.
Оштећење од механичког напрезања: Ризик од лома игле се повећава под утицајем вибрација. У случају претварача енергије ветра, 10% диодних пинова је имало микропукотине услед транспортних вибрација, а стопа отказа је порасла након 3 месеца рада.
2, Анализа губитка ефикасности у типичним сценаријима
1. Квар диоде у претварачу за складиштење енергије (ПЦС)
У двосмерним ДЦ-ДЦ претварачима, квар на антипаралелној диоди слободног хода може да изазове:

Интермитентна струја: Када постоји грешка у отвореном кругу, струја индуктора не може наставити да тече, напон кондензатора модула (Уац) наставља да опада, а излазна снага система пада за 30% -50%.
Директна веза крака моста: У случају квара кратког споја, ИГБТ прегорева услед прекомерне струје. У случају електране за складиштење енергије, кратки спој једне диоде довео је до трошкова одржавања ПЦС-а који премашују 500.000 јуана.
2. Квар диоде у систему управљања батеријом (БМС)
У балансном колу, диоде се користе за спречавање прекомерног пуњења батерије, а њихове грешке могу изазвати:

Квар равнотеже: Квар отвореног кола је проузроковао неравнотежу напона једне батерије. У случају система за складиштење енергије литијумске батерије, због отвореног кола у диоди, одређена батерија је била пренапуњена на 4,5 В (процењена на 4,2 В), што је довело до топлотног бекства.
Обрнуто цурење: Грешке кратког споја узрокују повећање стопе самопражњења батерије, што доводи до повећања губитака система у стању приправности за 20% -30%.
3. Квар диоде у помоћном напајању
У ДЦ/ДЦ помоћном напајању, диоде се користе за напајање управљачких кола, а њихови кварови могу узроковати:

Нестабилност контроле: Квар отвореног кола може да изазове губитак напајања БМС или ПЦС контролне плоче, повећавајући ризик од гашења система. У студији случаја електране за складиштење енергије, услед отвореног кола у помоћној енергетској диоди, цео ПЦС систем се истовремено искључио, што је резултирало кваром у регулацији фреквенције мреже.
Скок ефикасности: Квар кратког споја је довела до смањења ефикасности помоћног напајања са 90% на 70%, што је резултирало двоструким-већањем сопствене потрошње система.
3, Стратегија оптимизације ефикасности и техничка пракса
1. Динамичко праћење и управљање здрављем
Праћење параметара на мрежи: Ухватите ВФ, ИР, Трр и друге параметре преко осцилоскопа и подесите аларме прага (као што је активирање аларма када ВФ порасте за 10%).
Инфрацрвена термографија: Редовно пратите температуру споја диода како бисте осигурали да је Тј мањи или једнак 125 степени (за силицијумске уређаје) или Тј мањи или једнак 175 степени (за СиЦ уређаје).
Одржавање засновано на подацима: Успоставите базу података о грешкама и предвидите преостали животни век (РУЛ) кроз машинско учење. У студији случаја електране за складиштење енергије, ова стратегија је смањила непланиране застоје за 40%.
2. Дизајн оптимизације на нивоу система
Побољшање топологије: Усвајање технологије синхроне исправљања уместо традиционалних диода може повећати ефикасност за 2% -3%. На пример, у кућишту комуникационог напајања од 48 В, синхроно исправљање је повећало ефикасност са 92% на 95%.
Сарадња у управљању топлотом: Комбиновање система течног хлађења са оптимизованим распоредом диода. У студији случаја електране за складиштење енергије на нивоу мегавата, ово решење је смањило пораст температуре ПЦС-а за 10 степени и повећало ефикасност за 0,8%.
Дизајн редунданце: Кључно коло усваја паралелне диоде. У студији случаја система за складиштење енергије у нуклеарној електрани, дизајн редундансе је постигао доступност система од 99,999%.