工業(yè)用光纖在風力發(fā)電的應用

時間：2015-03-09 21:00:05

關鍵字：光纖風力

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[導讀] 目前已有越來越多的應用采用光纖電纜和組件作為點對點的高效率信息傳輸方式。風力能源近年來已經(jīng)逐漸成為滿足快速增長能源需求下非常受到歡迎的替代電力來源，和來源有限且蘊藏量逐漸減少的化石燃料不同，風力能源的

目前已有越來越多的應用采用光纖電纜和組件作為點對點的高效率信息傳輸方式。

風力能源近年來已經(jīng)逐漸成為滿足快速增長能源需求下非常受到歡迎的替代電力來源，和來源有限且蘊藏量逐漸減少的化石燃料不同，風力能源的來源完全不受限制并且非常容易取得。

把風力能源轉(zhuǎn)換成為實用的交流電需要如整流器(Rectifier)和逆變器(Inverter)等功率電子設備，在高功率發(fā)電系統(tǒng)中，電絕緣在確保電力產(chǎn)生的質(zhì)量和可靠性上扮演了非常重要的角色。

光纖組件可以通過提供高電壓脈沖絕緣以及防止不必要信號進入功率電子設備提供保護。

風力發(fā)電系統(tǒng)中工業(yè)用光纖的主要應用包括整流器和逆變器的功率電子門驅(qū)動、控制和通信電路板、風力渦輪機控制單元、狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)以及風力電場聯(lián)網(wǎng)等。

風力渦輪機發(fā)電

風力渦輪機通過使用發(fā)電機把動能轉(zhuǎn)換成為電力能源，隨著風力條件的變化，發(fā)電機所產(chǎn)生的電力必須隨之轉(zhuǎn)換才能使用，在風力渦輪機中必須要有整流器、逆變器、變壓器以及濾波器等設備，以便可以長距離傳送所產(chǎn)生的實用交流電源，如圖1。

通常在風力電塔的底部安裝有變壓器設備，目的是將風力渦輪機產(chǎn)生的低電壓轉(zhuǎn)換成為方便傳送的中高電壓。

圖1:風力渦輪發(fā)電機系統(tǒng)的典型功能框圖。

[圖說]

Generator = 發(fā)電機

Wind Turbine Blade = 風力渦輪機葉片

Rectifier AC-DC = AC-DC整流器

DC Link = 直流鏈路

Inverter DC-AC = DC-AC逆變器

Fiber Optic = 光纖

Control Board and Communication = 控制和通信電路板

Turbine Control Unit(TCU) = 渦輪機控制單元(TCU)

3 Phase Line Filter and Transformer = 3相線路濾波器和變壓器

Utility Grade AC Power = 實用級交流電源

整流器和逆變器

整流器和逆變器為風力渦輪機系統(tǒng)中主要的組成部件，整流器可以把高噪聲交流電轉(zhuǎn)換成為直流電，而逆變器則可以把直流電轉(zhuǎn)換成干凈可靠的交流電輸出，這些設備的開關動作通常由嵌入式數(shù)字信號處理器(DSP)通過光纖鏈路控制，以提供具有高電絕緣能力的高效率可靠控制。

基本上在整流器和逆變器的控制開關上有幾個選擇，分別是絕緣柵雙極晶體管(IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor)、門極可關斷晶閘管(GTO, Gate Turn Off Thyristor)、集成門極換流晶閘管(IGCT, Integrated Gate Commutated Thyristor)、對稱型門極換流晶閘管(SGCT, Symmetrical Gate Commutated Thyristor)以及發(fā)射極關斷晶閘管(ETO, Emitter Turn-off Thyristor)等。

光纖組件普遍用於控制高電壓和電流開關設備，提供可靠的控制和反饋信號，請參考圖2和圖3。

圖2:使用Avago HFBR-0500Z Versatile Link通用鏈路收發(fā)器實現(xiàn)的典型IGBT門驅(qū)動電路典型功能框圖。

[圖說]

Control Board = 控制電路板

Versatile Link HFBR-0500Z series = Versatile Link通用鏈路HFBR-0500Z系列

Driver Logic and Protection Functions = 驅(qū)動器控制邏輯和保護功能

Gate Driver = 門驅(qū)動器

Driver = 驅(qū)動器

圖3:使用HFBR-0500Z收發(fā)器的典型ETO二級電壓源轉(zhuǎn)換器相位連接圖。

[圖說]

Over Current Protection = 過電流保護

PWM Command = PWM命令