风力能源,近年来已经逐渐成为满足快速增长能源需求下非常受到欢迎的替代电力来源,和来源有限且蕴藏量逐渐减少的化石燃料不同,风力能源的来源完全不受限制并且非常容易取得。要将把风力能源转换成为实用的交流电,需要如整流器(Rectifier)和逆变器(Inverter)等功率电子设备,在高功率发电系统中,电绝缘在确保电力产生的质量和可靠性上扮演了非常重要的角色,而光纤组件可以通过提供高电压脉冲绝缘以及防止不必要信号进入功率电子设备提供保护。风力发电系统中工业用光纤的主要应用包括整流器和逆变器的功率电子门驱动、控制和通信电路板、风力涡轮机控制单元、状态监测系统以及风力电场联网等
整流器和逆变器
整流器和逆变器为风力涡轮机系统中主要的组成部件,整流器可以把高噪声交流电转换成为直流电,而逆变器则可以把直流电转换成干净可靠的交流电输出,这些设备的开关动作通常由嵌入式数字信号处理器(DSP)通过光纤链路控制,以提供具有高电绝缘能力的高效率可靠控制。
基本上在整流器和逆变器的控制开关上有几个选择,分别是绝缘栅双极晶体管(IGBT,Insulated Gate Bipolar Transistor)、门极可关断晶闸管(GTO,Gate Turn Off Thyristor)、集成门极换流晶闸管(IGCT,Integrated Gate Commutated Thyristor)、对称型门极换流晶闸管(SGCT,Symmetrical Gate Commutated Thyristor)以及发射极关断晶闸管(ETO,Emitter Turn-off Thyristor)等。光纤组件普遍用於控制高电压和电流开关设备,提供可靠的控制和反馈信号,请参考
光纤实现典型IGBT门驱动电路功能框图
使用光纤的典型ETO二级电压源转换器相位连接图
高压变频系统
在高压变频系统中,我们认识到在控制单元柜部分的信号主要是弱电,但整个系统工作环境较为恶劣、传输距离不确定(较远),存在各种高压电信号。如果采用纯粹的铜线进行传输,则需要面临各种干扰、升压、降压、损耗大、易腐蚀等问题,从而导致可靠性低、实用性低、资源浪费等结果。通过将电信号转变为光信号的这个方式,解决了采用铜线传输中的变压、损耗、干扰等问题,其主要应用在控制柜和变频功率单元柜的的通信。
智能电力抄表系统
我国目前普遍采用的载波电力抄表系统由于其技术原因,出现严重数据漏抄现象。不能满足电力系统高度可靠的要求。智能电网对高速、可靠以及低成本的在原有载波智能电表的基础上提出由POF塑料光纤智能电力抄表系统取代载波抄表系统。
目前已发布国家标准《GB∕T 31990.1-2015塑料光纤电力信息传输系统技术规范》、南网标准《Q/CSG1209025.1-2020计量自动化系统塑料光纤通信技术规范》