মাইক্রোগ্রিডে একমুখী শক্তি সংক্রমণ অর্জনের জন্য ডায়োডগুলি কীভাবে ব্যবহার করবেন?

1, ডায়োডের একমুখী পরিবাহিতার ভৌত ভিত্তি
একটি ডায়োডের মূল কাঠামো হল একটি PN জংশন, একটি P-টাইপ সেমিকন্ডাক্টর (উচ্চ গর্তের ঘনত্ব সহ) এবং একটি N-টাইপ সেমিকন্ডাক্টর (উচ্চ ইলেকট্রন ঘনত্ব সহ) এর সংমিশ্রণে গঠিত। PN জংশন ইন্টারফেসে, ইলেক্ট্রনগুলি N অঞ্চল থেকে P অঞ্চলে ছড়িয়ে পড়ে এবং P অঞ্চল থেকে N অঞ্চলে ছিদ্র ছড়িয়ে পড়ে, যার ফলে জংশনের কাছে P অঞ্চল নেতিবাচকভাবে চার্জ হয় এবং জংশনের কাছে N অঞ্চলটি ইতিবাচকভাবে চার্জিত হয়, যা একটি অভ্যন্তরীণ বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র (স্পেস চার্জ অঞ্চল) গঠন করে। এই বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের দুটি মূল বৈশিষ্ট্য রয়েছে:

ধনাত্মক সঞ্চালন: যখন P অঞ্চলটি পাওয়ার সাপ্লাইয়ের ধনাত্মক মেরুতে সংযুক্ত থাকে এবং N অঞ্চলটি ঋণাত্মক মেরুতে সংযুক্ত থাকে, তখন বাহ্যিক বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রটি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের অন্তর্নির্মিত-কে দুর্বল করে দেয়, স্পেস চার্জ অঞ্চলটি সরু হয়ে যায় এবং বেশিরভাগ বাহক (ইলেকট্রন এবং ছিদ্র) একটি কারেন্ট তৈরি করতে জংশন অঞ্চল অতিক্রম করতে পারে, যার ফলে একটি নিম্ন রেসিস্ট্যান্সের অবস্থা হয়।
বিপরীত কাটঅফ: যখন P অঞ্চলটি ঋণাত্মক ইলেক্ট্রোডের সাথে সংযুক্ত থাকে এবং N অঞ্চলটি ধনাত্মক ইলেক্ট্রোডের সাথে সংযুক্ত থাকে, তখন বাহ্যিক বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের অন্তর্নির্মিত-কে উন্নত করে, স্পেস চার্জ অঞ্চলটি প্রশস্ত হয়, বেশিরভাগ চার্জ বাহক অবরুদ্ধ হয় এবং শুধুমাত্র কয়েকটি চার্জ বাহক একটি ছোট বিপরীত কারেন্ট (লিকেজ কারেন্ট) গঠন করে, যার ফলে উচ্চ রোধের অবস্থা হয়।
এই বৈশিষ্ট্যটি ডায়োডকে একমুখী শক্তি প্রবাহ অর্জনের জন্য একটি আদর্শ উপাদান করে তোলে। সিলিকন ডায়োডগুলিকে উদাহরণ হিসাবে নিলে, তাদের ফরোয়ার্ড কন্ডাকশন ভোল্টেজ ড্রপ প্রায় 0.6-0.7V, এবং তাদের রিভার্স ব্রেকডাউন ভোল্টেজ কয়েকশ ভোল্টে পৌঁছাতে পারে, যা নিম্ন ভোল্টেজ DC (যেমন 48V) থেকে মাঝারি ভোল্টেজ DC (যেমন 400V) এর বিচ্ছিন্নতা প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে পারে।

2, মাইক্রোগ্রিডগুলিতে একমুখী শক্তি সঞ্চালনের জন্য মূল প্রয়োজনীয়তা
মাইক্রোগ্রিডের শক্তি প্রবাহে বহু-উৎস, দ্বিমুখী এবং গতিশীল বৈশিষ্ট্য রয়েছে এবং এর শক্তি ব্যবস্থাপনার তিনটি মূল সমস্যা সমাধান করতে হবে:

শক্তির উত্সগুলির মধ্যে বিচ্ছিন্নতা: ভোল্টেজের ওঠানামা বা ত্রুটির কারণে বিভিন্ন শক্তির উত্স (যেমন ফটোভোলটাইক্স, শক্তি সঞ্চয়স্থান, ডিজেল জেনারেটর) একে অপরকে প্রভাবিত করা থেকে বিরত রাখতে।
শক্তি ফিডব্যাক নিয়ন্ত্রণ: শক্তিকে দুর্বল গ্রিডে প্রবাহিত হতে এবং মোটর ব্রেকিং বা ফোটোভোলটাইক ওভার জেনারেশনের সময় ভোল্টেজের বৃদ্ধি রোধ করতে।
দ্রুত ফল্ট আইসোলেশন: যখন একটি পাওয়ার সাপ্লাই বা লোড একটি শর্ট সার্কিট অনুভব করে, তখন ফল্টটি ছড়িয়ে পড়া রোধ করার জন্য ফল্টের পথটি কেটে দেওয়া হয়।
প্রথাগত সমাধানগুলি কন্টাক্টর বা সার্কিট ব্রেকারগুলির উপর নির্ভর করে, কিন্তু ধীর প্রতিক্রিয়ার সময় (মিলিসেকেন্ডে), যান্ত্রিক পরিধান এবং অন্যান্য সমস্যায় ভোগে। ডায়োড, তার ন্যানোসেকেন্ড প্রতিক্রিয়া গতি এবং কোন যান্ত্রিক যোগাযোগ বৈশিষ্ট্য সহ, দ্রুত এবং নির্ভরযোগ্য শক্তি বিচ্ছিন্নতা অর্জনের জন্য একটি মূল উপাদান হয়ে উঠেছে।

3, মাইক্রোগ্রিডে ডায়োডের সাধারণ প্রয়োগের পরিস্থিতি
(1) ডিসি বাস শক্তির একমুখী সংক্রমণ
ডিসি মাইক্রোগ্রিডে, ডায়োডগুলি সাধারণত একমুখী পরিবাহী লিঙ্ক তৈরি করতে ব্যবহৃত হয়, যা বিভিন্ন ভোল্টেজ স্তরের বাসবারগুলির মধ্যে শক্তি প্রবাহ নিয়ন্ত্রণ সক্ষম করে। যেমন:

ফটোভোলটাইক এনার্জি স্টোরেজ সিস্টেম: ফটোভোলটাইক অ্যারে ডায়োডের মাধ্যমে 48V DC বাসে শক্তি সরবরাহ করে এবং শক্তি সঞ্চয় করার ব্যাটারিটি একই বাসের সাথে একটি DC/DC কনভার্টারের মাধ্যমে সংযুক্ত থাকে। যখন ফোটোভোলটাইক আউটপুট শক্তি লোডের চাহিদাকে ছাড়িয়ে যায়, ডায়োডটি শক্তিকে ফটোভোলটাইক প্যানেলে প্রবাহিত হতে বাধা দেয়, বিপরীত পক্ষপাত গরম করার কারণে প্যানেলের ক্ষতি এড়ায়; এদিকে, শক্তি সঞ্চয় ব্যবস্থা দ্বিমুখী DC/DC রূপান্তরকারীর মাধ্যমে অতিরিক্ত শক্তি শোষণ করে।
একাধিক শক্তির উত্সের সমান্তরাল সংযোগ: একটি বায়ু সৌর শক্তি স্টোরেজ পরিপূরক মাইক্রোগ্রিডে, বিভিন্ন শক্তির উত্সগুলি ডায়োডের মাধ্যমে ডিসি বাসের সমান্তরালে সংযুক্ত থাকে। যখন একটি ত্রুটির কারণে একটি পাওয়ার সাপ্লাই বন্ধ হয়ে যায়, তখন ডায়োডটি স্বয়ংক্রিয়ভাবে বাসের সাথে তার সংযোগ বিচ্ছিন্ন করে দেয় যাতে ফল্ট ভোল্টেজটি অন্য পাওয়ার উত্সগুলিকে প্রভাবিত করতে না পারে।
(2) যোগাযোগের দিকে শক্তি প্রতিক্রিয়া দমন
যোগাযোগের মাইক্রোগ্রিডে, থাইরিস্টর বা আইজিবিটি-এর সাথে ডায়োডের সংমিশ্রণ শক্তি ফিডব্যাক সাপ্রেশন সার্কিট তৈরি করতে পারে। যেমন:

মোটর ড্রাইভ সিস্টেম: যখন মোটর ব্রেকিং অবস্থায় থাকে, তখন পুনরায় উৎপন্ন শক্তি বিপরীত সমান্তরাল ডায়োডের মাধ্যমে ডিসি বাসে ফেরত দেওয়া হয়। বাসের ভোল্টেজ খুব বেশি হলে, ডিসি বাসের ওভারভোল্টেজ প্রতিরোধ করে অতিরিক্ত শক্তিকে তাপ শক্তি খরচে রূপান্তর করতে ডায়োডটি ব্রেকিং প্রতিরোধকের সাথে সিরিজে সংযুক্ত থাকে।
ডিস্ট্রিবিউটেড জেনারেশন গ্রিড সংযোগ: ইনভার্টারের আউটপুট শেষে, ডায়োডগুলি গ্রিডের ত্রুটির (যেমন ভোল্টেজ বৃদ্ধি) ক্ষেত্রে শক্তিকে বৈদ্যুতিন সংকেতের মেরু বদলে প্রবাহিত হতে বাধা দিতে পারে, শক্তি ডিভাইসগুলিকে অতিরিক্ত ক্ষতি থেকে রক্ষা করে।
(3) দ্রুত দোষ বিচ্ছিন্নতা এবং সুরক্ষা
মাইক্রোগ্রিড ফল্ট সুরক্ষায় ডায়োডগুলির অনন্য সুবিধা রয়েছে। যেমন:

ডিসি শর্ট-সার্কিট সুরক্ষা: একটি ডিসি মাইক্রোগ্রিডে, যদি একটি শাখায় একটি শর্ট সার্কিট ঘটে, তবে শর্ট সার্কিট কারেন্ট একটি ডায়োডের মাধ্যমে একটি কম প্রতিবন্ধক বর্তনী তৈরি করবে। এই সময়ে, দ্রুত ফিউজ বা সার্কিট ব্রেকার ওভারকারেন্ট সিগন্যাল শনাক্ত করতে পারে এবং ত্রুটিপূর্ণ শাখাটিকে কেটে দিতে পারে, যখন ডায়োড শর্ট সার্কিট কারেন্টকে অন্যান্য সুস্থ শাখায় প্রবাহিত হতে বাধা দিতে পারে।
গ্রাউন্ডিং ফল্ট আইসোলেশন: আইটি গ্রাউন্ডিং সিস্টেমে, ইনসুলেশন মনিটরিং সার্কিট তৈরি করতে ডায়োড ব্যবহার করা যেতে পারে। যখন একটি নির্দিষ্ট পর্যায়ে একটি গ্রাউন্ডিং ফল্ট ঘটে, তখন ডায়োড একটি ছোট কারেন্ট তৈরি করতে সঞ্চালিত হয় এবং মনিটরিং ডিভাইস এই কারেন্ট সনাক্ত করে ফল্ট পয়েন্টটি সনাক্ত করে। একই সময়ে, ডায়োড ফল্ট কারেন্টের প্রশস্ততা সীমাবদ্ধ করে যাতে সরঞ্জামের ক্ষতি রোধ করা যায়।
4, ইঞ্জিনিয়ারিং অনুশীলনের মূল প্রযুক্তিগত পয়েন্ট
(1) ডায়োড নির্বাচন এবং পরামিতি ম্যাচিং
মাইক্রোগ্রিড অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে, ডায়োডগুলির নির্বাচন নিম্নলিখিত পরামিতিগুলি বিবেচনায় নেওয়া উচিত:

রেটেড ভোল্টেজ: এটি সিস্টেমের সর্বোচ্চ অপারেটিং ভোল্টেজের চেয়ে বেশি হওয়া উচিত এবং 20% -50% এর মার্জিন ছেড়ে দেওয়া উচিত। উদাহরণস্বরূপ, একটি 400V ডিসি বাসে, 600V বা তার বেশি ভোল্টেজ সহ্য করে এমন ডায়োড নির্বাচন করা উচিত।
রেট করা বর্তমান: এটি সর্বাধিক লোড বর্তমান এবং ওভারলোড ক্ষমতার উপর ভিত্তি করে নির্বাচন করা প্রয়োজন। উদাহরণস্বরূপ, একটি ফটোভোলটাইক সিস্টেমে, ডায়োডের রেট করা কারেন্ট ফোটোভোলটাইক অ্যারের শর্ট{1}}সার্কিট কারেন্টের চেয়ে বেশি হওয়া উচিত।
রিভার্স রিকভারি টাইম: উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি স্যুইচিং অ্যাপ্লিকেশানে (যেমন PWM মড্যুলেশন), দ্রুত পুনরুদ্ধার ডায়োডের সাথে অল্প রিভার্স রিকভারি টাইম (<50ns) should be selected to reduce switching losses.
তাপ প্রতিরোধক এবং তাপ অপচয়: ডায়োডের সংযোগের তাপমাত্রা 150 ডিগ্রির নিচে নিয়ন্ত্রণ করা উচিত এবং উপযুক্ত তাপ অপচয় পদ্ধতি (যেমন প্রাকৃতিক শীতলকরণ, বায়ু শীতল বা তরল শীতল) পাওয়ার খরচ অনুযায়ী নির্বাচন করা উচিত।
(2) সিস্টেম টপোলজি অপ্টিমাইজেশান
মাইক্রোগ্রিডগুলিতে ডায়োডগুলির টপোলজি কাঠামো নির্দিষ্ট প্রয়োজনীয়তা অনুসারে ডিজাইন করা দরকার। যেমন:

সিরিজ ডায়োড: প্রতিরোধী ভোল্টেজ স্তর উন্নত করতে ব্যবহৃত হয়, তবে অসম ভোল্টেজ বিতরণের কারণে ডায়োডের ওভারভোল্টেজ ভাঙ্গন রোধ করতে ভোল্টেজ সমতাকরণের দিকে মনোযোগ দেওয়া উচিত।
সমান্তরাল ডায়োড: কারেন্ট বহন ক্ষমতা উন্নত করতে ব্যবহৃত হয়, তবে অসম কারেন্ট বন্টনের কারণে ডায়োডের অতিরিক্ত গরম হওয়া এবং ক্ষতি রোধ করতে কারেন্ট শেয়ারিংয়ে মনোযোগ দেওয়া উচিত।
ডায়োড MOSFET/IGBT হাইব্রিড টপোলজি: এমন পরিস্থিতিতে যেখানে দ্বিমুখী শক্তি প্রবাহের প্রয়োজন হয়, ডায়োড এবং MOSFET/IGBT-এর একটি হাইব্রিড টপোলজি ব্যবহার করা যেতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, দ্বিমুখী DC/DC রূপান্তরকারীগুলিতে, ডায়োডগুলি একমুখী পরিবাহনের জন্য ব্যবহৃত হয় এবং MOSFETগুলি বিপরীত পরিবাহনের জন্য ব্যবহৃত হয়, শক্তির দ্বিমুখী প্রবাহ নিয়ন্ত্রণ অর্জন করে।
(3) সহযোগিতামূলক নিয়ন্ত্রণ কৌশল
মাইক্রোগ্রিডগুলিতে ডায়োডগুলির শক্তি ব্যবস্থাপনা নিয়ন্ত্রণ কৌশলগুলির সাথে সমন্বয় করা দরকার। যেমন:

ডায়োডের উপর ভিত্তি করে এনার্জি ম্যানেজমেন্ট অ্যালগরিদম: ডিসি বাস ভোল্টেজ এবং বিভিন্ন পাওয়ার উত্সের আউটপুট পাওয়ার নিরীক্ষণ করে, সর্বোত্তম শক্তি বরাদ্দ অর্জনের জন্য ডায়োডগুলির পরিবাহী অবস্থাকে গতিশীলভাবে সামঞ্জস্য করে।
ফল্ট সুরক্ষা কৌশল: ডায়োডের পরিবাহী বৈশিষ্ট্যের উপর ভিত্তি করে দ্রুত এবং নির্ভরযোগ্য ত্রুটি সনাক্তকরণ এবং বিচ্ছিন্নকরণ অ্যালগরিদম ডিজাইন করুন। উদাহরণস্বরূপ, যখন একটি নির্দিষ্ট শাখায় একটি অস্বাভাবিক স্রোত সনাক্ত করা হয়, তখন সেই শাখার ডায়োডটি অবিলম্বে কেটে দেওয়া হয় যাতে ত্রুটিটি ছড়িয়ে না যায়।
5, কেস স্টাডি: আইল্যান্ড মাইক্রোগ্রিডে ডায়োডের প্রয়োগ
একটি নির্দিষ্ট দ্বীপে মাইক্রোগ্রিড প্রকল্পটি একটি ডিসি বাস আর্কিটেকচার গ্রহণ করে, ফটোভোলটাইক, শক্তি সঞ্চয়স্থান, ডিজেল জেনারেটর এবং লোড একত্রিত করে। শক্তি ব্যবস্থাপনা পরিকল্পনা নিম্নরূপ:

ফটোভোলটাইক সিস্টেম: ফটোভোলটাইক অ্যারে ডায়োডের মাধ্যমে 48V ডিসি বাসে শক্তি সরবরাহ করে, যা রাতে বা ফল্টের সময় ফোটোভোলটাইক প্যানেলে শক্তি প্রবাহিত হতে বাধা দেয়।
এনার্জি স্টোরেজ সিস্টেম: লিথিয়াম ব্যাটারিগুলি এনার্জি চার্জিং এবং ডিসচার্জিং নিয়ন্ত্রণ অর্জনের জন্য একটি দ্বিমুখী DC/DC কনভার্টারের মাধ্যমে বাসের সাথে সংযুক্ত থাকে।
ডিজেল জেনারেটর: একটি ব্যাকআপ পাওয়ার উত্স হিসাবে, জেনারেটর বন্ধ হয়ে গেলে বাসবার থেকে শক্তির ব্যাকফ্লো প্রতিরোধ করার জন্য এটি ডায়োডের মাধ্যমে বাসবারের সাথে সংযুক্ত থাকে।
লোড ম্যানেজমেন্ট: ডিসি লোড সরাসরি বাসের সাথে সংযুক্ত থাকে, যখন এসি লোড একটি ইনভার্টারের মাধ্যমে সংযুক্ত থাকে। বৈদ্যুতিন সংকেতের মেরু বদল এর আউটপুট টার্মিনাল গ্রিড ত্রুটির ক্ষেত্রে বৈদ্যুতিন সংকেতের মেরু বদল করার ক্ষেত্রে শক্তি প্রবাহিত হতে বাধা দেওয়ার জন্য ডায়োড দিয়ে সজ্জিত।
এই স্কিমটি ডায়োডের মাধ্যমে ফটোভোলটাইক, এনার্জি স্টোরেজ এবং ডিজেল জেনারেটরের মধ্যে নিরাপদ বিচ্ছিন্নতা এবং একমুখী শক্তি প্রবাহ অর্জন করে, সিস্টেমের কার্যকারিতা 92% এ উন্নত করে এবং ফল্ট প্রতিক্রিয়া সময়কে 10 μs এর মধ্যে সংক্ষিপ্ত করে।