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用于风力涡轮机和风力发电场的工业光纤产品

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用于风力涡轮机和风力发电场的工业光纤产品

概述
全球变暖和传统能源(如化石燃料能源)排放的二氧化碳造成的气候变化，为替代发电创造了巨大的市场。风力发电已经成为满足快速增长的能源需求的一种流行的替代能源。
将风能转换为公用事业级交流电源需要电力电子设备，如整流器和逆变器。在大功率发电系统中，电绝缘对保证发电质量和可靠性至关重要。在电力电子设备中，光纤元件通过提供绝缘来防止高压故障和不需要的信号，从而起到保护作用。
北亿纤通可以提供高度可靠的工业光纤组件，用于发电市场的数据采集/控制和隔离。这些产品具有高绝缘电压和高抗电磁干扰性能，可以安装在靠近电力输送管道的地方运行，并不会被这些管道发出的破坏性电气干扰影响。随着全球对可再生能源需求的增长，风力涡轮机的设计变得越来越大，北亿纤通的工业光纤产品可以广泛应用于新型发电市场的许多场景。

目前工业光纤组件在风力涡轮机系统中的主要应用包括：
● 整流器和逆变器的电力电子栅极驱动器
● 控制和通信板
● 涡轮控制单元
● 状态监测系统
● 风电场联网

风力发电
风力发电机通过发电机将动能转化为电能。随着风力条件的变化，发电机产生的电能需要进行转换才能使用，所以在风力涡轮机内需要安装整流器、逆变器、变压器和滤波器，以实现公用事业级交流电力的长距离传输(图1)。变压器通常安装在塔底部，以提供从风力涡轮机产生的低压到传输中/高压的电压转换。

图1风力发电示意框图

整流器和逆变器
整流器和逆变器是风力发电系统的关键部件。整流器将嘈杂的交流电源转换为直流电源，而逆变器将直流电源转换为清洁可靠的交流电源，这些器件的开关通常由DSP嵌入式控制器通过光纤链路控制，以提供高效可靠的开关控制，且具有高电流隔离能力。

目前用于整流和逆变控制开关的功率器件有：
● 绝缘栅双极晶体管(IGBT)
● 栅极关断晶闸管(GTO)
● 集成栅极整流晶闸管(IGCT)
● 对称栅整流晶闸管(SGCT)
● 发射极关断可控硅(ETO)
北亿纤通的光纤元件通常用于控制高压电流开关器件，具有可靠的控制和反馈信号的能力(图2和图3)。

图 2 IGBT 栅极驱动示意框图（650nm系列产品）
图 3 ETO 双电平电压源变换器相位支路框图（650nm系列产品）

表1可用于控制功率半导体器件的产品型号

产品型号	产品说明	支持速率	传输距离 POF(1mm)
FT-1521ETZ	650nm发射	DC-5MBd	80m
FT-2521ETZ	650nm接收	DC-5MBd	80m
FT-1521CZ	650nm发射	DC-5MBd	110m
FT-2521CZ	650nm接收	DC-5MBd	110m
FT-1528Z	650nm发射	DC-10MBd	53m
FT-2528Z	650nm接收	DC-10MBd	53m
FT-1528CZ	650nm发射	DC-10MBd	110m
FT-2528CZ	650nm接收	DC-10MBd	110m
FT-1629Z	650nm发射	DC-50MBd	50m
FT-2529Z	650nm接收	DC-50MBd	50m

注：光传输距离随运行速率变化，较低的数据速率允许较长的光链路距离。

状态监测系统
大多数现代风力涡轮机都有智能功能来监测和控制系统，以适应不同的风力条件。例如，大气传感器检测风速和风向，其他传感器监测涡轮机部件的状态和强度，以避免出现故障。
风力涡轮机需要承受极端天气条件，如风暴和闪电。在这些极端条件下，必须要确保涡轮机的监测系统设计能够提供高电压和高电流隔离。与光耦合器和其他类似组件相比，光纤以更高的电压和电流隔离等优异特性成为首选。
在风力机机舱内(图4)的短链路距离传输可以使用POF(塑料光纤)和北亿纤通650nm系列产品。北亿纤通可以提供卡扣式、闭锁式和旋入式连接器等多功能链接子系列产品，允许设计和维修人员进行现场连接，安装，维修，维护和安装。
除了良好的隔离性能外，这些产品还提供出色的信号完整性，因为它们不受电磁干扰(EMI) 的影响。它们是在高电压/高电流应用中具有可靠数据传输的长距离监控系统通信的出色解决方案。

图 4 光纤通信元件在风力涡轮机机舱内的应用

风力涡轮机和风电场网络
从状态监测系统收集的数据，在单个风力涡轮机中使用短链路光纤链路，通常多路复用到多模光纤电缆中。如果风力涡轮机塔架高度大于100米，则可能需要更长的多模光纤连接距离。光纤电缆既坚固，又能抵抗恶劣的环境因素，而且重量轻，完全满足风力涡轮机塔架垂直布线的要求。
北亿纤通开发了一系列用于风力涡轮机监测系统和网络应用的650nm、850nm 光纤发射器和接收器，数据传输速率最高可达50MBd, 以满足不同链路距离的客户需求。可以提供工业标准连接器如 ST/ST螺纹等。850nm系列产品可在多模光纤上运行，与POF 解决方案相比，可提供更大的带宽和链路距离，通常用于风力涡轮机塔和长距离风力发电场网络。

图 5 风电场配置

表2常用的光纤产品型号

产品型号	产品说明	支持速率	传输距离
			POF (1mm)	62.5μm/125μm
FT-1629Z	650nm接收	DC-50MBd	50m	/
FT-2529Z	650nm发射
FTBR-1414TZ	850nm发射	DC-50MBd	/	2000m
FTBR-2418TZ	850nm接收

注：光传输距离随运行速率变化，较低的数据速率允许较长的光链路距离

北亿纤通 | F-tone Networks

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