מבוא ל- GTO-based Power Conversion בחוות הרוח

אנרגיית הרוח הפכה לכוח הדומיננטי במעבר העולמי לחשמל מתחדש.היכולת להמיר באופן אמין את הכוח הבלתי צפוי שנוצר על ידי טורבינות רוח לתוך זרם בלתי-תואמים לרשת (AC) מתפתלת על אלקטרוניקה מתקדמת של חשמל.בין הטכנולוגיות המוליכים למחצה השונים המועסקים, שער סוב-Off (GTO) שלך חתלתולת את הסיכויים הקריטיים, במיוחד בחוות רוח גדולות משלבות את המתח הגבוה וההשפעה הנוכחית, עם יכולת הפעלה פשוטה יותר של תכונות פשוטות יותר, אשר דורשות של מערכות ההפעלה שלך, אשר פועלות, אשר הפכו את הסיכויים של מערכות ההפעלה, ודרישה יעילה יותר, אשר דורשות את הסיכויים של כוח-ה, ודרישה יעילה יותר, אשר הפכו את הסיכויים שלך, אשר הפכו את הסיכויים של מערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה שלך, ודרישה יעילה יותר, אשר למערכות ההפעלה שלך, אשר למערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה, אשר הפכו את הסיכויים שלך, אשר הפכו את הסיכויים, אשר למערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה שלך, אשר הפכו את הסיכויים שלך, אשר הפכו את הסיכויים שלך, אשר דורשות יותר, אשר הפכו את הסיכויים שלך, אשר הפכו את הסיכויים שלך, אשר הפכו את הסיכויים שלך,

יסודות השער Turn-Off Thyristors

שער הופך ל- off thyristor הוא מכשיר חצי-מוליכים למחצה שמשתף את אותו המבנה הבסיסי כמו thyristor קונבנציונלי (שכבות P-n-p-n) אבל מוסיף חידוש מפתח: היכולת להיות כבוי על ידי יישום דופק שער שלילי הנוכחי.בטקס סטנדרטי, פעם מופעל לתוך התנהגות, המכשיר נשאר חקוק עד טיפות aode הנוכחי מתחת ל- GTO הנוכחי, עם זאת, יכול להיות מהפך ל-GTO-ידי יכולת הפעלה הפוכה של זרם כוח חיצוני, אם כיפוף, באופן יעיל, כדי הפעלת כוח חיצוני, באופן יעיל, כדי למנוע את היכולת להפעיל את היכולת להפעיל את ה-GTO-GTO-GTO-החלופה, באופן יעיל, כדי למנוע את היכולת להפעיל את היכולת להפעיל את היכולת להפעיל את היכולת להפעיל את היכולת להפעיל את היכולת להפעיל את ה-החלומי, באופן יעיל של זרם כוח חיצוני, באופן יעיל.

פיתוח היסטורי של טכנולוגיית GTO

האריסטוקרטים של GTO הוצגו לראשונה בשנות ה-70 וה-80 כאבולוציה של המחוקק הסטנדרטי, מיקוד יישומים שבהם היה צורך בתפנית בלתי נשלטת, אך כאשר מתח גבוה ודירוגים הנוכחיים של האריסטוקרטים עדיין נדרשים. GTO המוקדמים סבלו מדרישות רווח גבוהות ורווחים מוגבלים של אזורי הפעלה בטוחים, אך שיפורים במבנה השער (כגון עיצוב בין-כוכבי) ותהליכי ייצור מוגברים בהתמדה על ידי שוק הגרובינטים, אשר היו זקוקים ל-חשמלים, ומתקנים טבעיים, אשר שימשו ל-מתאים, אשר שימשו ל-לטרה-מסלולאריים, ותהליכי חשמל לא-אווירהספקים, אך ורק ל-מסלולאריים, אך שיפור במבנה השער (כגון עיצובים, אשר שימשו כנדרשים, החלים, החלים, החל ממעבדים, החל ממעבדים, החל ממעבדים, החל ממעבדים, ותהליכי חשמל לא-מתאים טבעיים, החל ממעבדים, החל ממעבדים, החל ממעבדים, כאשר הם, החל ממעבדים, החל ממעבדים, החל ממעבדים, החל ממעבדות-מתאים גדולים, החל ממעבדות-מתאים טבעיים, אך ורק לתהליכי חשמל לא-מתאים-מתאים-

GTO לעומת חג המולדים המסורתיים IGBTs

בהשוואה ל-therisators המסורתי (SCRs), GTOs מבטלים את הצורך במעגלי טיס מאולץ, צמצום גודל המערכת, משקל וספירת רכיב.זה יתרון ב- Windcelles שבו החלל מוגבל. נגד Insulated Gate Bi Transistors (IGBTs), GTO מחזיקים יתרונות נפרדים ברמות גבוהות מאוד ורמות נוכחיות (מעל 3V2A בדרך כלל יכול להתמודד עם פחות כוננים של פחות מ-GB (ב-GTO) עם רמות Ivolt) עם פחות גבוה יותר של פחות גבוה יותר של Ivolt) אבל בדרך כלל פחות גבוה יותר של .

תפקיד ה- GTO Converters ב- Wind Turbine Power Conversion

טורבינות רוח מודרנית במהירות שימוש ממשק ממיר כוח בין הגנרטור לבין הרשת.זה ממיר בדרך כלל מורכב משני שלבים: גנרטור בצד גנרטור הממיר את ה- Mod- ⁇ , משתנה-voltage AC מהגנרטור לתוך קישור DC, ומפעיל רשת-side ב- GTO-PM (המיר את DC בחזרה ל- ⁇ , קבוע AC עבור רשת GTO-R.

Back-to-Back Converter Topology with GTOs

המחסנים האופייניים למתח האחורי-לגיבוי של טורבינות רוח משתמשים בתצורה של שתי רמות או שלוש רמות טופולוגיה. GTOs משמשים לעתים קרובות בשלושה תצורה נייטרלית-נקודות (NPC) כדי להפחית את הלחץ ואת התוכן הרמונית של NPC ללא חסימות של GTO-V מורכבות, כל שלב מכיל ארבעה GTOs ושני דיודות קלפי, המאפשרים לתפוקה לקחת 3 רמות של לחץ נמוך יותר של שימוש ב-D.

Grid-Side Inverter Using GTOs

ב-רשת-side Inverter, המשימות העיקריות הן לשמור על מתח קישור קבוע DCever, לשלוט בכוח פעיל ותגובה, ולהבטיח סינתזה עם הרשת. GTOs לפעול במעבר תדרים בדרך כלל מ 500 הרץ ל- 1 k k, אשר נמוך יותר מ- IGBT מבוסס על שבבים (GTO) מצמצם את יעילות ה-GTO (הפחתת תפקודים של GTO) בהשוואה ל-RVTO) נמוך יותר מ-RVTO, לעומת פונקציות לחץ נמוך יותר, לעומת תפקודים מתקדמים יותר, לעומת תפקודים מתקדמים יותר, לעומת תפקודים מתקדמים יותר, כגון: + 35 ליטרים מתקדמים יותר, לעומת תפקודים מתקדמים יותר, לעומת תפקודים מתקדמים יותר, כגון: + 35 ליטרים מתקדמים יותר, לעומת תפקודים מתקדמים יותר, לעומת תפקודים מתקדמים יותר, לעומת תפקודים מתקדמים יותר, לעומת תפקודים של אבטחה (FVTO).

יתרונות טכניים של מערכות מבוססות GTO

  • (FLT:0) מתח גבוה ויכולות טיפול נוכחיות: FLT:1 GTOs יכול לחסום עד 9 kV ולנהל עד 6 kA למכשיר, מה שהופך אותם אידיאלי עבור 10 + MW רוח טורבינות ללא חיבורים מורכבים.
  • (FLT:0) אמינות גבוהה וחוספסות: FLT:1 GTOs הם חזקים מטבעם, מסוגלים לעמוד בזרם הגדיל וטמפרטורות צומת גבוהות נפוצות בסביבות טורבינות רוח עם עומס מחזורי והפרעות רשת.
  • (FLT:0) אובדן התנהגות של זרם גבוה: ⁇ FLT:1 למרות ירידה של מתח על-מדינתי הוא גבוה יותר מאשר IGBT בזרמים נמוכים, ברמות מרובות-kA הירידה המתח נמוך יחסית, ואת טמפרטורת המתח קדימה coefficient הוא חיובי, קידום פעולה מקבילים.
  • (FLT:0) ,Established Manufacturing Base and field Experience: אנדרל 1 עשרות שנים של פריסה ביישומים תעשייתיים ומערכתיים אומר כי GTOs יש מצבי כישלונות מופרכים והנתונים ההוכחות, צמצום הסיכון למפעילי רוח.
  • (FLT:0)Simplified snubber design בהשוואה ל-SCRs:FLT:1 כי GTOs יכול לכבות תחת שליטה בשער, המעגל הנחקר רק צריך לטפל באנרגיה חולפת, לא מלא של עומס הנוכחי, צמצום ספירת רכיב והפסדים.

אתגרים ואסטרטגיות מייגציה

  • (FLT:0) קומפלקס כונן שער מעגלי:FLT:1 כונן השער חייב לספק דופק נוכחי גבוה (עד 10% של זרם הטבעת) במהלך סיבוב, הדורשים מחפירי אחסון גדולים ופריסת PCB זהירה. Solutions כוללים שימוש בנהגי שער משולבים עם אחסון אנרגיה מקומי ובודד אופטי כדי להעביר אותות בתורו / off.
  • (FLT:0) הפסדים מעבר גבוה בהשוואה ל- IGBTs:BuildFLT ( 1:1) הזנב הנוכחי בתורו-off ב- GTOs יכול להיות ארוך, הגדלת הפסדים בתדרים גבוהים יותר. Mitigation כרוך הפעלה בתדרים נמוכים יותר (למשל, 500 הרץ) ויישומים רב-מתאים להתנצלות כדי לחקות מעבר יעיל יותר תוך שמירה על שיעורי ההחלפה נמוכים.
  • (FLT:0) Need עבור מערכות קירור חזקות:FearLT:1 ; GTOs dissipate חום משמעותי במהלך שני ההתנהלות והמעבר. Wind טורבינות ממירים לעתים קרובות להשתמש קירור אוויר מאולץ עם הרבה כיור חום גדול או מערכות קירור נוזלי נוזל נוזלי דיאלקטרי קירור ניתן להשתמש כדי לשמור על אחידות טמפרטורה.
  • (FLT:0) ,Initial Cost Premium: FLT:1 מודולים GTO ואת שערם המיוחד מניעים יותר למפר מאשר IGBT מודולים.עם זאת, העלות ברמת המערכת יכולה להיות נמוכה יותר עבור טורבינות רב-MW כי פחות מכשירים וסידורים דומים / צמצום עלויות איזון של המערכת (אוטובוסים, חיבורים, קומפלקסים).
  • (FLT:0 Turn-off רווח ועיצוב נוסטל: קיד 1) הרווח הטיפוסי של תפנית (ratio של anode הנוכחי ל-Sateways הנוכחי) הוא רק 3-5, כלומר השער חייב להטביע זרם גדול הפוך.זה דורש מעגלים נושרים להגביל את dv/dt במהלך סיבוב ולהגן על המכשיר נגד התמוטטות שנייה. GTOs עם מבנים משופרים (כגון GCT-Gtort)

מערכות ניהול מגניבות ו- Cooling

Because wind turbines operate in environments with widely varying ambient temperatures, from arctic cold to desert heat, the thermal design of GTO converters must be robust. GTOs are typically mounted on copper baseplates with direct bonding to heat sinks. For example, a 6 kV/3 kA GTO in a 5 MW wind turbine inverter can dissipate several kilowatts of heat. Cooling methods include forced air with high-velocity fans, liquidקירור עם תערובת גליקול מים התפשט באמצעות צלחות קרות, ואפילו קירור דו-פפז במקרים קיצוניים.מערכת הקירור חייבת להיות מיועדת לטפל בתנאים הגרועים ביותר, כגון הפעלת כוח מלאה בטמפרטורה של 50 מעלות צלזיוס, תוך שמירה על הצומת מתחת ל-125 מעלות צלזיוס חיישנים המשולבים לתוך המודול מאפשרים לכונן לצמצום תדירות או לצמצום הנוכחי במהלך לחץ תרמי.

מכלול ה- Gate Drive Circle Complexity

יחידת כונן השער עבור GTO חייב לספק דופק תור-על-ידי-עין גבוה (בדרך כלל 10-20 A) ו הדופק עובר-הטווח הנוכחי (עד כמה מאות אמפרים) עם אינדוקציה נמוכה מאוד.שער מודרני מניע בנק מקומי מאובטח על מנת להפוך את הצמיגים המהירים (למשל, 20 V עבור תור-on ו-15 V עבור תפנית) ועבר דרך לחץ חשמלי מהיר, IF2T) חייב גם לשמור על מתח גבוה.

דרישות GTO מתקדמות בחוות הרוח המודרנית

ממירים מתקדמים (MMC) עם GTOs

אדריכלות רב-תחומית של המחקר (MMC) כבר דומיננטית בהעברת HVDC, נחשבת יותר ויותר עבור מערכות איסוף צמחי רוח.ב- MMC, כל זרוע שלב מורכבת תת-מודולים מרובים, כל אחד המכיל חצי-גשר (או ב- Full-bridge) עם יכולת שליטה מלאה של GTO (GTO) ניתן להשתמש בה כגורם בכל תת-ממדי, במיוחד בגרסאות הידועות עם נפח נמוך של MMCD (ה-C) שיכולהת-C) שיכולהפחתת רמת ה-C) עם רמת ה-CDC (הקיבולת גבוהה יותר) של CTO (המדד CTO) עם רמת ה-CDC) עם רמת ה-CDC) עם רמת ה-CDC (הפחתת רמת ה-D) של CTO) של CTO) עם רמת ה-CDC (המדד CTO) עם רמת ה-CDC (GTO) של רמת ה-CDC) עם רמת ה- CTO) עם רמת ה-DLCDLCD.

Fault Ride- Through Capability Enhancement

קודים גריידיים דורשים טורבינות רוח להישאר מחובר במהלך מתח (נסיעה נמוכה, LVRT) ולפעמים במהלך אירועים overvoltage. ממירים המבוססים על GTO יכולים לתרום לשיפור רכיבה על תקלות דרך בשל יכולת ההמראה המהיר שלהם ויכולת להתמודד עם transient overrus (GTO) במהלך פגם רשת, מיידית יכול להפחית את הזריקה הנוכחית או אפילו את עצמו כדי לחסום את הלחץ המהיר שלהם על ידי זרם ג'ר (בנוסף) באמצעות 10 נקודות תמיכה נוכחית).

מגמות עתידיות ודרכים מחקר

האבולוציה של טכנולוגיית GTO ממשיכה, עם מגמה מסוימת לקראת ה-FLT:0 (Gate Commutated Thyristor (GCT) HzFLT:1, הידוע גם בשם Integrated Gatetated Thyristor (IGCTGB) משלבת את GTO עם כונן מותאם אישית משולב לתוך החבילה, השגת רווח של אחדות וביטול של יישומים ביותר IGCT.

אזור מחקר נוסף הוא השימוש בחומרי להקות רחבות כמו סיליקון קרבייד (SiC) במבנים דמויי GTO-like. SiC GTO מפותחת המבטיחה אפילו יותר ניתוח טמפרטורה (טמפרטורות צויינות עד 250 מעלות צלזיוס) והחלפת הפסדים נמוכים יותר. עם זאת, SiC GTO עדיין בשלב המעבדה, עם אתגרים בהתקני ייצור גדולים וניהול גבוה יותר של מערכות C-C מתקדם יותר, עם סוללות, יכול להיות יותר מאשר סוללות מתקדמות יותר מאשר , כגון GTO, עם , או יותר מאשר , 000 C.

לבסוף, טכניקות תחזוקה תאום וחיזוי דיגיטליות מוחלות על ממירי GTO בחוות רוח.על ידי ניטור אותות כונן שער, תבניות מתח, מחזורי תרמי, מפעילי יכול לחזות את ההמראה של המכשיר והחלפת לוח הזמנים במהלך תחזוקה מתוכננת, הימנעות יקרי זמן השבתה לא מתוכנן.

מסקנה

מערכות המרת כוח מבוססות GTO נותרו טכנולוגיה רלוונטית ובעלת ערך עבור חוות טורבינות רוח גדולות, במיוחד במגזרים הרב-מגוואט ובינוניים-וול-וול-וול-וול-וול-וול-וול-וול-תרגול שלהם, היכולת שלהם להתמודד עם מתחים גבוהים וזרמים עם אמינות מוכחת הופכת אותם לבחירה חזקה עבור מפתחים המבקשים למקסם את יכולת הפחתת האנרגיה ומניעי מערכת מבוזרים מתקדמים יותר, למרות ש-GTO-GTO-GTO ממשיכה לצמוח באפקטים מתקדמים יותר ויותר, בעוד שעדיין עומדים על ידי מערכות הפעלה מתקדמת של מערכות הפעלה מתקדמת של מערכות הפעלה מחדש של מערכות הפעלה מחדש של מערכות הפעלה מחדש של מערכות הפעלה מחדש של מערכות הפעלה מחדש של מערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה של מערכות העיכול.

(ב) [ה] [ה]], ראו את המאמר [ה] ב[[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]