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、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。

 

 

通過狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)所收集的數(shù)據(jù)，搭配上每個渦輪風(fēng)機(jī)使用的短距離POF塑料光纖鏈路，通常會以多路復(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)境傳感器可以檢測風(fēng)速和風(fēng)向，其他傳感器則能夠用來監(jiān)測渦輪風(fēng)機(jī)部件的狀況和強(qiáng)度以避免發(fā)生問題。
 

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)測系統(tǒng)在設(shè)計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)通過使用發(fā)電機(jī)把動能轉(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

 

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(guān)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(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。
 

光纖組件普遍用於控制高電壓和電流開關(guān)設(shè)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(shí)現(xiàn)的典型IGBT門驅(qū)動電路典型功能框圖

 

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