PROFIBUS總線橋在風力發電系統中的應用

　　中國的風能資源十分豐富，目前已經探明的風能儲量約為3226GW，其中可利用風能約為253GW，主要分布在西北、華北和東北的草原和戈壁以及東部和東南沿海及島嶼上。根據統計，截至到2006年底，中國大陸地區已建成并網型風電場91座，累計運行風力發電機組3311臺，總容量達259.9萬kW（以完成整機吊裝作為統計依據）。已經建成并網發電的風場主要分布在新疆、內蒙、廣東、浙江、遼寧等16個省區。根據電監會公布的數據，截至2006年底,中國發電裝機容量達到62200萬kW，風力發電占全國總裝機容量的0.42%。截至到2006年底，全世界總風電裝機容量已經達到7390.4萬kW，其中德國總裝機容量2062.2萬kW，位居世界第一，中國2006年風電新增裝機容量僅次于美國、德國、印度和西班牙，列第五位；總裝機容量列世界第六位。因此，風力發電將成為我國最具大規模開發前景的新能源之一。

　　風力發電系統主要有恒速恒頻風力發電機系統和變速恒頻風力發電機系統兩大類。恒速恒頻風力發電系統一般使用同步電機或者鼠籠式異步電機作為發電機，通過定槳距失速控制的風輪機使發電機的轉速保持在恒定的數值繼而保證發電機端輸出電壓的頻率和幅值的恒定，其運行范圍比較窄，只能在一定風速下捕獲風能，發電效率較低。變速恒頻風力發電系統一般采用永磁同步電機或者雙饋電機作為發電機，通過變槳距控制風輪使整個系統在很大的速度范圍內按照最佳的效率運行，是目前風力發電技術的發展方向。對于風機來說，其調速范圍一般在同步速的50%～150％之間，如果采用普通鼠籠異步電機系統或者永磁同步電機系統，變頻器的容量要求與所拖動的發電機容量相當，這是非常不經濟的。雙饋異步風力發電系統定子和電網直接相連接，轉子和功率變換器相連接，通過變換器的功率僅僅是轉差功率，這是各種傳動系統中效率比較高的，該結構適合于調速范圍不寬的風力發電系統，尤其是大、中容量的風力發電系統。

　　1、帶有PROFIBUS通訊接口的變頻器簡介

　　西安某風電變頻裝置運用于1.5MW變速恒頻雙饋風力發電機組，通過調節雙饋發電機勵磁電流，使得發電機按最佳功率輸出690V、50Hz的恒定電壓。整個控制過程通過兩個階段實現，額定風速以下，調節發電機反力矩使轉速跟隨風速變化，以便按最佳葉尖速比輸出功率；高于額定風速時，配合變槳矩系統改變槳葉節距限制機組獲取的能量，使風電機組保持在額定功率點發電。

　　1．1 功能簡介

　　▲ 最佳葉尖速比控制：根據風速變化對發電機轉速進行實時調節，使得風機在額定功率以下能運行在最大功率捕獲點，優化了風機功率輸出性能，提高了整機風能利用率；

　　▲軟并網技術：調節發電機輸出電壓的頻率、幅值、相位，使其與電網嚴格同步，實現變速恒頻無沖擊電流并網；

　　▲有功與無功的解耦控制：通過調節勵磁電流的有功與無功分量，分別調節發電機的有功功率和無功功率。在可以調節電網的功率因數，補償電網的無功需求的同時，提高電力系統的靜態和動態性能；

　　▲定子磁鏈定向矢量控制技術：通過調節發電機勵磁電流實現在不同的轉速下的恒頻發電，滿足用電負載和電網的要求，同時按最佳葉尖速比實時調節發電機輸出功率，提高了機組的經濟效益。

　　1.2 設計特點

　　▲ 高效的防護措施和成熟可靠的器件選型，使得變頻器適應風電行業風沙多、溫差變化大和振動大等特殊的工作環境；

　　▲ 通過PROFIBUS現場總線接口，實時與上位機進行數據處理；

　　▲ 模塊化的設計理念，使得變頻器結構緊湊、易于維護；

　　▲ 完善的故障保護和信息顯示，在有效保護風電機組的同時，提供可視化的用戶界面；

　　▲ 高性能的矢量控制和PWM脈沖整流技術，為變頻器的可靠運行提供了有效保障。

　　2、基于PB-OEM1-DPRAM嵌入式模塊的PROFIBUS接口的設計

　　該風電變頻器的PROFIBUS接口是在鼎實科技的嵌入式PROFIBUS接口卡PB-OEM1-DPRAM的基礎上開發而成。鼎實科技的PB-OEM1-DPRAM專為自主開發具有PROFIBUS-DP通信功能的產品，且對實時響應時間有較高要求的用戶，以OEM方式提供PROFIBUS-DP從站通信接口。風電變頻器的CPU將PB-OEM1-DPRAM作為一個外存儲器，將PROFIBUS輸入數據存入OEM1對應的存儲區中，同時從OEM1的對應區域中讀取PROFIBUS輸入數據，OEM1自動完成所有PROFIBUS的數據交換，用戶不需要關心PROFIBUS的通訊細節。