工業(yè)用光纖在風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用

目前已有越來越多的應(yīng)用采用光纖電纜和組件作為點(diǎn)對點(diǎn)的高效率信息傳輸方式。

風(fēng)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(yùn)藏量逐漸減少的化石燃料不同，風(fēng)力能源的來源完全不受限制并且非常容易取得。

把風(fēng)力能源轉(zhuǎn)換成為實(shí)用的交流電需要如整流器(Rectifier)和逆變器(Inverter)等功率電子設(shè)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(hào)進(jìn)入功率電子設(shè)備提供保護(hù)。

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)測系統(tǒng)以及風(fēng)力電場聯(lián)網(wǎng)等。

風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電

風(fēng)力渦輪機(jī)通過使用發(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。

[圖說]

Generator = 發(fā)電機(jī)
Wind Turbine Blade = 風(fēng)力渦輪機(jī)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(jī)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(shí)用級(jí)交流電源

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)備的開關(guān)動(dòng)作通常由嵌入式數(shù)字信號(hào)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(guān)上有幾個(gè)選擇，分別是絕緣柵雙極晶體管(IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor)、門極可關(guān)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(guān)斷晶閘管(ETO, Emitter Turn-off Thyristor)等。