引言

　　中國的(de)風能資源十分豐富，目前已經探明的(de)風能儲量約為(wèi)3226GW，其中可(kě)利用風能約為(wèi)253GW，主要分布在西北、華北和(hé)東北的(de)草(cǎo)原和(hé)戈壁以及東部和(hé)東南沿海及島嶼上。根據統計，截至到2006年(nián)底，中國大陸地(dì)區已建成并網型風電場91座，累計運行風力發電機組3311台，總容量達259.9萬kW（以完成整機吊裝作為(wèi)統計依據）。已經建成并網發電的(de)風場主要分布在新疆、內(nèi)蒙、廣東、浙江、遼甯等16個省區。根據電監會公布的(de)數據，截至2006年(nián)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(de)0.42%。截至到2006年(nián)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(yī)，中國2006年(nián)風電新增裝機容量僅次于美國、德國、印度和(hé)西班牙，列第五位；總裝機容量列世界第六位。因此，風力發電将成為(wèi)我國最具大規模開發前景的(de)新能源之一(yī)。
　　風力發電系統主要有恒速恒頻風力發電機系統和(hé)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(yī)般使用同步電機或者鼠籠式異步電機作為(wèi)發電機，通過定槳距失速控制的(de)風輪機使發電機的(de)轉速保持在恒定的(de)數值繼而保證發電機端輸出電壓的(de)頻率和(hé)幅值的(de)恒定，其運行範圍比較窄，隻能在一(yī)定風速下捕獲風能，發電效率較低(dī)。變速恒頻風力發電系統一(yī)般采用永磁同步電機或者雙饋電機作為(wèi)發電機，通過變槳距控制風輪使整個系統在很大的(de)速度範圍內(nèi)按照最佳的(de)效率運行，是目前風力發電技術的(de)發展方向。對于風機來說，其調速範圍一(yī)般在同步速的(de)50%～150％之間，如(rú)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(de)容量要求與所拖動的(de)發電機容量相當，這是非常不經濟的(de)。雙饋異步風力發電系統定子(zǐ)和(hé)電網直接相連接，轉子(zǐ)和(hé)功率變換器相連接，通過變換器的(de)功率僅僅是轉差功率，這是各種傳動系統中效率比較高(gāo)的(de)，該結構适合于調速範圍不寬的(de)風力發電系統，尤其是大、中容量的(de)風力發電系統。
1、帶有PROFIBUS通訊接口的(de)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(de)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随風速變化，以便按最佳葉尖速比輸出功率；高(gāo)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(de)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(gāo)了整機風能利用率；
▲軟并網技術：調節發電機輸出電壓的(de)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(de)解耦控制：通過調節勵磁電流的(de)有功與無功分量，分别調節發電機的(de)有功功率和(hé)無功功率。在可(kě)以調節電網的(de)功率因數，補償電網的(de)無功需求的(de)同時，提高(gāo)電力系統的(de)靜态和(hé)動态性能；
▲定子(zǐ)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(de)轉速下的(de)恒頻發電，滿足用電負載和(hé)電網的(de)要求，同時按最佳葉尖速比實時調節發電機輸出功率，提高(gāo)了機組的(de)經濟效益。

 圖1 帶有PROFIBUS接口的(de)風電變頻器
 

1.2 設計特點
▲ 高(gāo)效的(de)防護措施和(hé)成熟可(kě)靠的(de)器件選型，使得變頻器适應風電行業風沙多、溫差變化大和(hé)振動大等特殊的(de)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(lǐ)；
▲ 模塊化的(de)設計理(lǐ)念，使得變頻器結構緊湊、易于維護；
▲ 完善的(de)故障保護和(hé)信息顯示，在有效保護風電機組的(de)同時，提供可(kě)視(shì)化的(de)用戶界面；
▲ 高(gāo)性能的(de)矢量控制和(hé)PWM脈沖整流技術，為(wèi)變頻器的(de)可(kě)靠運行提供了有效保障 。

2、基于PB-OEM1-DPRAM嵌入式模塊的(de)PROFIBUS接口的(de)設計
　　該風電變頻器的(de)PROFIBUS接口是在鼎實科技的(de)嵌入式PROFIBUS接口卡PB-OEM1-DPRAM的(de)基礎上開發而成。鼎實科技的(de)PB-OEM1-DPRAM專為(wèi)自(zì)主開發具有PROFIBUS-DP通信功能的(de)産品，且對實時響應時間有較高(gāo)要求的(de)用戶，以OEM方式提供PROFIBUS-DP從站通信接口。風電變頻器的(de)CPU将PB-OEM1-DPRAM作為(wèi)一(yī)個外存儲器，将PROFIBUS輸入數據存入OEM1對應的(de)存儲區中，同時從OEM1的(de)對應區域中讀取PROFIBUS輸入數據，OEM1自(zì)動完成所有PROFIBUS的(de)數據交換，用戶不需要關心PROFIBUS的(de)通訊細節。

2.1 PB-OEM1-DPRAM技術指标
▲ PROFIBUS-DP協議，符合EN57170 V2和(hé)IEC61158；
▲ 标準PROFIBUS-DP驅動接口，波特率自(zì)适應，最大波特率12M；
▲ PROFIBUS 輸入/輸出數量可(kě)自(zì)由設定，最大112字節輸入+112字節輸出；
▲ 可(kě)實現PROFIBUS用戶參數化功能：用戶模闆可(kě)将一(yī)次性設置的(de)參數在主站配置中設定，如(rú)溫度上限報警值等；主站在與從站連接時一(yī)次将這些用戶參數傳送到從站，用戶模闆可(kě)使用這些參數實現參數化。用戶參數化功能的(de)好處是：避免将一(yī)次性設置的(de)參數作為(wèi)PROFIBUS-I/O，占用周期性數據通信時間和(hé)空間資源；
▲ 接口闆與用戶闆接口為(wèi)雙口RAM（25ns讀/寫周期），用戶闆按普通RAM的(de)讀寫時序即可(kě)對接口闆進行操作；
▲ 接口闆與用戶闆之間以互相中斷和(hé)硬件握手方式對雙口RAM進行數據交換，保證了數據交換的(de)實時性和(hé)完整性（一(yī)緻性）；
▲ 接口闆與用戶模闆的(de)數據交換有字校驗和(hé)，保證了數據的(de)安全性：
▲ 需用戶闆供電2組5VDC：VCC/GND-150mA和(hé)5V/0V-100mA；
▲ 工作環境溫度：0～ 50℃；
▲ 工作相對濕度：5～95% ；
▲ 外形尺寸（mm）：50×70。

2.2 雙口RAM（1K）單元地(dì)址分區表

 
3、PB-OEM1-DPRAM産品特點
▲ 開發周期短(duǎn)：用戶不需要了解PROFIBUS開發技術，不需要購買PROFIBUS開發系統；不需要自(zì)己編寫GSD文件，可(kě)在短(duǎn)時間內(nèi)完成開發具有自(zì)主知識産權的(de)PROFIBUS産品；
▲ 應用簡單：用戶産品的(de)CPU通過雙口RAM向接口闆讀/寫輸入/輸出數據，接口闆自(zì)動轉換成PROFIBUS-DP協議與PROFIBUS主站通信。
▲ 完整的(de)技術資料：《PB-OEM1-DPRAM産品手冊》包括：開發實驗闆PB-OEM1- DPRAM Evaluation Board原理(lǐ)圖、雙口RAM通訊協議、通訊程序C源碼、外形尺寸及接插件尺寸圖、40針接插件管腳定義及說明等，全部資料可(kě)從網上下載。
▲ 高(gāo)速：PB-OEM1-DPRAM型産品支持12M波特率，最快數據更新周期小于1ms 。
▲ 應用廣泛：可(kě)廣泛用于各種産品，如(rú)變頻器、電機啓動保護裝置、智能高(gāo)低(dī)壓電器、電量測量裝置、各種變送器、智能現場測量設備及儀表等等。
▲ 提供方式：以OEM方式提供，因此用戶對産品有自(zì)主知識産權、品牌、商标注冊權。
▲ 最大PROFIBUS-I/O：112字節輸入+112字節輸出。
▲ 可(kě)實現PROFIBUS用戶參數化功能：用戶模闆可(kě)将一(yī)次性設置的(de)參數通過GSD文件在主站配置中設定，如(rú)溫度上限報警值等；主站在與從站連接時一(yī)次将這些用戶參數傳送到從站，用戶模闆可(kě)使用這些參數實現參數化。用戶參數化功能的(de)好處是：避免将一(yī)次性設置參數作為(wèi)PROFIBUS-I/O，占用周期性數據通信時間和(hé)空間資源。

4、結束語
　　該公司采用鼎實公司的(de)PB-OEM1-DPAM嵌入式接口所開發的(de)風電變頻器，在內(nèi)蒙古某風電廠投運以來，通訊一(yī)直正常，有效地(dì)保證了自(zì)動控制系統的(de)正常運行。“十五”期間，中國的(de)并網風電得到迅速發展。成為(wèi)繼歐洲、美國和(hé)印度之後發展風力發電的(de)主要市場之一(yī)。具有PROFIBUS通訊接口的(de)風電變頻器具有廣泛的(de)應用前景。采用PB-OEM1-DPRAM開發PROFIBUS從站産品具有開發周期短(duǎn)，性能穩定，方便易用等優點，在風電産品的(de)開發領域值得推廣。
備注：采用鼎實公司嵌入式闆卡PB-OEM2-SE、PB-OEM3-IO和(hé)PB-OEM4-PCI同樣可(kě)以開發其他類型的(de)PROFIBUS從站。