【導(dǎo)讀】光纖組件及電纜應(yīng)用于信息傳輸已經(jīng)被逐漸推廣,隨著人們對(duì)能源需求的增長(zhǎng),風(fēng)力能源走進(jìn)人們的視線。風(fēng)力電源的無(wú)污染、高效率、不受限的特點(diǎn)成為工程師的最?lèi)?ài)。把風(fēng)力能源轉(zhuǎn)換成為交流電,逆變器和整流器等功率電子設(shè)備成為關(guān)鍵元器件。在電力系統(tǒng)中,電絕緣和光纖組件都扮演著重要角色,它們是發(fā)電系統(tǒng)更加安全可靠地運(yùn)行。
風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中工業(yè)用光纖的主要應(yīng)用包括整流器和逆變器的功率電子門(mén)驅(qū)動(dòng)、控制和通信電路板、風(fēng)力渦輪機(jī)控制單元、狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及風(fēng)力電場(chǎng)聯(lián)網(wǎng)等。
風(fēng)力渦輪機(jī)和風(fēng)力電場(chǎng)聯(lián)網(wǎng)
通過(guò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所收集的數(shù)據(jù),搭配上每個(gè)渦輪風(fēng)機(jī)使用的短距離POF塑料光纖鏈路,通常會(huì)以多路復(fù)用方式接入硬包層(HCS, Hard-Clad Silica)或多模光纖電纜,如果風(fēng)力電塔的高度高於100米,就可能需要更長(zhǎng)距離的HCS和多模光纖。光纖具有監(jiān)固的特性,可以提供惡劣環(huán)境的更高抵抗能力,并且重量非常輕,這些特性使得它非常適合應(yīng)用于風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電的垂直布線需求。
狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
大多數(shù)現(xiàn)代的風(fēng)力渦輪機(jī)都具有可以監(jiān)測(cè)并依不同風(fēng)力條件進(jìn)行系統(tǒng)控制的智能功能,例如大氣環(huán)境傳感器可以檢測(cè)風(fēng)速和風(fēng)向,其他傳感器則能夠用來(lái)監(jiān)測(cè)渦輪風(fēng)機(jī)部件的狀況和強(qiáng)度以避免發(fā)生問(wèn)題。
風(fēng)力渦輪機(jī)必須可以承受極端的天氣條件,如暴風(fēng)雪或閃電,在這些情況下,非常重要的一點(diǎn)是確保渦輪風(fēng)機(jī)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上可以提供高電壓和大電流隔離,相較於光電耦合器和其他類(lèi)似器件,光纖由於可以提供高了許多的電壓和電流隔離能力,因此成為較好的信號(hào)傳遞媒體選擇。
風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電
風(fēng)力渦輪機(jī)通過(guò)使用發(fā)電機(jī)把動(dòng)能轉(zhuǎn)換成為電力能源,隨著風(fēng)力條件的變化,發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電力必須隨之轉(zhuǎn)換才能使用,在風(fēng)力渦輪機(jī)中必須要有整流器、逆變器、變壓器以及濾波器等設(shè)備,以便可以長(zhǎng)距離傳送所產(chǎn)生的實(shí)用交流電源,如圖1。
通常在風(fēng)力電塔的底部安裝有變壓器設(shè)備,目的是將風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的低電壓轉(zhuǎn)換成為方便傳送的中高電壓。
圖1:風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的典型功能框圖
整流器和逆變器
整流器和逆變器為風(fēng)力渦輪機(jī)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(shè)備的
開(kāi)關(guān)動(dòng)作通常由嵌入式數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)通過(guò)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(kāi)關(guān)上有幾個(gè)選擇,分別是絕緣柵雙極晶體管(IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor)、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管(GTO, Gate Turn Off Thyristor)、集成門(mén)極換流晶閘管(IGCT, Integrated Gate Commutated Thyristor)、對(duì)稱(chēng)型門(mén)極換流晶閘管(SGCT, Symmetrical Gate Commutated Thyristor)以及發(fā)射極關(guān)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(kāi)關(guān)設(shè)備,提供可靠的控制和反饋信號(hào),請(qǐng)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(shí)現(xiàn)的典型IGBT門(mén)驅(qū)動(dòng)電路典型功能框圖
圖3:使用HFBR-0500Z收發(fā)器的典型ETO二級(jí)電壓源轉(zhuǎn)換器相位連接圖