ADI助力Northern Power Systems的風(fēng)輪機(jī)產(chǎn)生清潔能源

隨著傳統(tǒng)燃料生產(chǎn)和消耗所導(dǎo)致的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題與日俱增，清潔的可再生能源市場(chǎng)應(yīng)運(yùn)而生。作為一種彌補(bǔ)石油、煤碳和天然氣為中心的能源生產(chǎn)方式而且取之不盡用之不竭的方式，風(fēng)能正得到大范圍地普及。在過(guò)去的十年里，全球風(fēng)能容量以平均每年30%以上的累積速度不斷增長(zhǎng)，這得益于全球?qū)裳杆侔惭b在世界上幾乎任何位置的無(wú)排放發(fā)電。

引領(lǐng)風(fēng)能技術(shù)發(fā)展的先鋒Northern Power Systems公司（佛蒙特州馬里）提供社區(qū)和電力設(shè)施級(jí)別的風(fēng)輪機(jī)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)通過(guò)其創(chuàng)新型“無(wú)傳動(dòng)裝置”風(fēng)輪機(jī)設(shè)計(jì)、高效能量捕獲能力以及低維護(hù)要求實(shí)現(xiàn)了差異化。這家公司的旗艦產(chǎn)品Northwind 100風(fēng)輪機(jī)設(shè)計(jì)用于社區(qū)級(jí)風(fēng)力發(fā)電設(shè)施，可使政府機(jī)關(guān)、企業(yè)、農(nóng)場(chǎng)、學(xué)校和其它機(jī)構(gòu)在需要的地方（甚至在風(fēng)速相對(duì)較低的位置）。為了幫助確保Northwind 100系統(tǒng)能夠提供最高能量輸出和投資回報(bào)，Northern Power Systems公司借助精密的ADI數(shù)字信號(hào)處理器和元器件實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)管理效率的最大化。

經(jīng)典設(shè)計(jì)
Northern Power Systems公司的風(fēng)輪機(jī)技術(shù)采用其專有的永磁直驅(qū)（PMDD）設(shè)計(jì)架構(gòu)，這種架構(gòu)可省去風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)之間的變速箱。Northern Power Systems工程設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)通過(guò)直接將轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)耦合，顯著減少了系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)部件數(shù)量，從而最終打造出比傳統(tǒng)變速箱風(fēng)輪機(jī)維護(hù)要求更低但更加可靠的風(fēng)輪機(jī)。這種“少即是多”的設(shè)計(jì)方法體現(xiàn)了Northern Power Systems公司的工程技術(shù)理念，使得該公司的工程設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)需要尋覓到同樣經(jīng)典的無(wú)需進(jìn)行性能或功能折衷的信號(hào)處理平臺(tái)。最終他們?cè)贏DI找到了他們所期待的解決方案。

Northern Power Systems公司的Northwind 100借助ADI SHARC （ http://www.analog.com/zh/sharc ）數(shù)字信號(hào)處理器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器以及其它先進(jìn)元器件來(lái)確保高性能系統(tǒng)的運(yùn)行，可為諸如學(xué)校/大學(xué)、企業(yè)、農(nóng)場(chǎng)和政府機(jī)關(guān)等社區(qū)的風(fēng)能應(yīng)用提供100千瓦的額定功率。ADI公司在新一代能源基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)可確保像Northern Power Systems這樣的公司能夠在整個(gè)信號(hào)鏈中采用先進(jìn)的元器件，以提升其系統(tǒng)設(shè)計(jì)的價(jià)值、性能和創(chuàng)新性。

高性能信號(hào)處理
在Northwind 100風(fēng)輪機(jī)中，風(fēng)能捕獲和能源轉(zhuǎn)換功能由系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)和功率變換器等部件幫助實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)子將風(fēng)力的氣流能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械軸扭矩；發(fā)電機(jī)以可變頻率將機(jī)械軸功率轉(zhuǎn)換成電力，并向轉(zhuǎn)子提供反扭矩；功率變換器將變頻發(fā)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)換成恒定頻率，以饋送到電網(wǎng)。

Northwind 100發(fā)電機(jī)的電力流由功率轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)，以對(duì)可變風(fēng)速進(jìn)行補(bǔ)償，從而有助于最大限度地提取能量。這種能力使Northwind 100風(fēng)輪機(jī)能夠?yàn)楸镜仉娋W(wǎng)提供穩(wěn)定的清潔電力流，從而可簡(jiǎn)化電網(wǎng)并網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，維護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定。省去變速箱傳輸可極大地減少生命周期內(nèi)的維護(hù)工作，提高系統(tǒng)可靠性。

這個(gè)系統(tǒng)的核心是ADI公司的32位浮點(diǎn)SHARC 21363(http://www.analog.com/zh/adsp-21363 )數(shù)字信號(hào)處理器，此處理器運(yùn)行實(shí)時(shí)閉環(huán)控制算法，可部分根據(jù)嵌入在數(shù)據(jù)采集硬件中的ADI AD7656  (http://www.analog.com/zh/ad7656 )16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）以及固定在風(fēng)輪機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)艙的ADI雙軸iMEMS® ADXL203 (http://www.analog.com/zh/adxl203)加速度計(jì)配件所提供的輸入數(shù)據(jù)，來(lái)有效控制Northwind 100的發(fā)電機(jī)和功率轉(zhuǎn)換器子系統(tǒng)。SHARC 21363處理器采用增強(qiáng)型單指令多數(shù)據(jù)（SIMD）架構(gòu)，具有高達(dá)333 MHz/2 GFLOPS的內(nèi)核處理性能并支持IEEE 32位/40位浮點(diǎn)和32位定點(diǎn)運(yùn)算，可提供保證這些子系統(tǒng)精確協(xié)調(diào)地工作所需的實(shí)時(shí)處理帶寬和強(qiáng)大性能。

SHARC 21363處理器具有集成式3 Mb SRAM/4 Mb ROM片上存儲(chǔ)器和豐富的外設(shè)集，可提供范圍廣泛的配置選項(xiàng)。Northwind 100的數(shù)據(jù)采集平臺(tái)采用了ADI AD7656，該器件可提供饋入系統(tǒng)實(shí)時(shí)閉環(huán)控制算法的高速信號(hào)采樣和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。SHARC 21363的六個(gè)高速串口（SPORT）為此提供了便利，可產(chǎn)生無(wú)縫連接的信號(hào)鏈，有助于將設(shè)計(jì)復(fù)雜度降到最低。

ADI為創(chuàng)新提供動(dòng)力
ADI公司用于ADI處理器系列的軟件開(kāi)發(fā)和調(diào)試環(huán)境VisualDSP++易于安裝和使用，幫助Northern Power Systems公司精簡(jiǎn)了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程。VisualDSP++是ADI公司CROSSCORE軟件和硬件工具系列的成員之一，此工具還配備了EZ-KIT Lite評(píng)估套件，所有這些都有助于開(kāi)發(fā)人員縮短設(shè)計(jì)周期和上市時(shí)間。
將高性能ADI元器件用作Northwind 100風(fēng)輪機(jī)的核心，Northern Power Systems公司可確?？蛻臬@得能夠減少能源費(fèi)用并將社區(qū)環(huán)境污染降到最低的超高效發(fā)電系統(tǒng)。對(duì)于電力設(shè)施和消費(fèi)類應(yīng)用，ADI公司也能使Northern Power Systems這樣的技術(shù)開(kāi)發(fā)商設(shè)計(jì)出可提升能效并在清潔和可再生能源上獲得最高投資回報(bào)的智能系統(tǒng)。