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引言
     中國的風能資源十分豐富，目前已經(jīng)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(jù)統(tǒng)計，截至到2006年底，中國大陸地區(qū)已建成并網(wǎng)型風電場91座，累計運行風力發(fā)電機組3311臺，總容量達259.9萬kW（以完成整機吊裝作為統(tǒng)計依據(jù)）。已經(jīng)建成并網(wǎng)發(fā)電的風場主要分布在新疆、內(nèi)蒙、廣東、浙江、遼寧等16個省區(qū)。根據(jù)電監(jiān)會公布的數(shù)據(jù)，截至2006年底,中國發(fā)電裝機容量達到62200萬kW，風力發(fā)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(jīng)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(fā)電將成為我國最具大規(guī)模開發(fā)前景的新能源之一。

     風力發(fā)電系統(tǒng)主要有恒速恒頻風力發(fā)電機系統(tǒng)和變速恒頻風力發(fā)電機系統(tǒng)兩大類。恒速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)一般使用同步電機或者鼠籠式異步電機作為發(fā)電機，通過定槳距失速控制的風輪機使發(fā)電機的轉速保持在恒定的數(shù)值繼而保證發(fā)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(fā)電效率較低。變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)一般采用永磁同步電機或者雙饋電機作為發(fā)電機，通過變槳距控制風輪使整個系統(tǒng)在很大的速度范圍內(nèi)按照最佳的效率運行，是目前風力發(fā)電技術的發(fā)展方向。對于風機來說，其調(diào)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(tǒng)或者永磁同步電機系統(tǒng)，變頻器的容量要求與所拖動的發(fā)電機容量相當，這是非常不經(jīng)濟的。雙饋異步風力發(fā)電系統(tǒng)定子和電網(wǎng)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(tǒng)中效率比較高的，該結構適合于調(diào)速范圍不寬的風力發(fā)電系統(tǒng)，尤其是大、中容量的風力發(fā)電系統(tǒng)。

     西安某風電變頻裝置運用于1.5MW變速恒頻雙饋風力發(fā)電機組，通過調(diào)節(jié)雙饋發(fā)電機勵磁電流，使得發(fā)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(xiàn)，額定風速以下，調(diào)節(jié)發(fā)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(tǒng)改變槳葉節(jié)距限制機組獲取的能量，使風電機組保持在額定功率點發(fā)電。

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

▲軟并網(wǎng)技術：調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出電壓的頻率、幅值、相位，使其與電網(wǎng)嚴格同步，實現(xiàn)變速恒頻無沖擊電流并網(wǎng)；

▲有功與無功的解耦控制：通過調(diào)節(jié)勵磁電流的有功與無功分量，分別調(diào)節(jié)發(fā)電機的有功功率和無功功率。在可以調(diào)節(jié)電網(wǎng)的功率因數(shù)，補償電網(wǎng)的無功需求的同時，提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能；

▲定子磁鏈定向矢量控制技術：通過調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁電流實現(xiàn)在不同的轉速下的恒頻發(fā)電，滿足用電負載和電網(wǎng)的要求，同時按最佳葉尖速比實時調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出功率，提高了機組的經(jīng)濟效益。

圖1 帶有PROFIBUS接口的風電變頻器

▲ 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(yè)風沙多、溫差變化大和振動大等特殊的工作環(huán)境；

▲ 通過PROFIBUS現(xiàn)場總線接口，實時與上位機進行數(shù)據(jù)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。

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(fā)而成。鼎實科技的PB-OEM1-DPRAM專為自主開發(fā)具有PROFIBUS-DP通信功能的產(chǎn)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(shù)據(jù)存入OEM1對應的存儲區(qū)中，同時從OEM1的對應區(qū)域中讀取PROFIBUS輸入數(shù)據(jù)，OEM1自動完成所有PROFIBUS的數(shù)據(jù)交換，用戶不需要關心PROFIBUS的通訊細節(jié)。

▲ PROFIBUS-DP協(xié)議，符合EN57170 V2和IEC61158；

▲ 標準PROFIBUS-DP驅動接口，波特率自適應，最大波特率12M；

▲ PROFIBUS 輸入/輸出數(shù)量可自由設定，最大112字節(jié)輸入+112字節(jié)輸出；

▲ 可實現(xiàn)PROFIBUS用戶參數(shù)化功能：用戶模板可將一次性設置的參數(shù)在主站配置中設定，如溫度上限報警值等；主站在與從站連接時一次將這些用戶參數(shù)傳送到從站，用戶模板可使用這些參數(shù)實現(xiàn)參數(shù)化。用戶參數(shù)化功能的好處是：避免將一次性設置的參數(shù)作為PROFIBUS-I/O，占用周期性數(shù)據(jù)通信時間和空間資源；

▲ 接口板與用戶板接口為雙口RAM（25ns讀/寫周期），用戶板按普通RAM的讀寫時序即可對接口板進行操作；

▲ 接口板與用戶板之間以互相中斷和硬件握手方式對雙口RAM進行數(shù)據(jù)交換，保證了數(shù)據(jù)交換的實時性和完整性（一致性）；

▲ 接口板與用戶模板的數(shù)據(jù)交換有字校驗和，保證了數(shù)據(jù)的安全性：

▲ 需用戶板供電2組5VDC：VCC/GND-150mA和5V/0V-100mA；

▲ 工作環(huán)境溫度：-25～ 55℃；

▲ 工作相對濕度：5～95% ；

▲     外形尺寸（mm）：50×70。

地 址	內(nèi)    容	注 釋	地 址	內(nèi)    容	注 釋
0000	版本代碼	（保留）	0100	版本月份	（保留）
0001	版本年份	（保留）	0101	版本日期	（保留）
0002	空閑		0102	空閑
0003	‥‥		0103	‥‥
0004	用戶模板狀態(tài)字節(jié)1		0104	接口板狀態(tài)字
0005	用戶模板狀態(tài)字節(jié)2	‥‥	0105	接口板狀態(tài)字	‥‥
0006	命令字節(jié)1	來自用戶模板	0106	備用
0007	命令字節(jié)2	‥‥	‥‥	‥‥
‥‥	備用		‥‥	‥‥
000F	‥‥		010F	‥‥
0010	初始化數(shù)據(jù)0	（站號）	0110	用戶參數(shù)數(shù)據(jù)1	來自Profibus主站
0011	初始化數(shù)據(jù)1	（ID號H）	0111	參數(shù)數(shù)據(jù)2	‥‥
0012	初始化數(shù)據(jù)2	（ID號L）	0112	參數(shù)數(shù)據(jù)3	‥‥
0013	初始化數(shù)據(jù)3	（CFG長度≤8）	0113	參數(shù)數(shù)據(jù)4	‥‥
0014	初始化數(shù)據(jù)4	（CFG數(shù)據(jù)1）	0114	參數(shù)數(shù)據(jù)5	‥‥
‥‥	‥‥	（CFG數(shù)據(jù)n）	0115	參數(shù)數(shù)據(jù)6	‥‥
001D	初始化數(shù)據(jù)13	備用	0116	參數(shù)數(shù)據(jù)7	‥‥
001E	初始化數(shù)據(jù)14	PB輸入長度	‥‥	‥‥	‥‥
001F	初始化數(shù)據(jù)15	PB輸出長度	‥‥	‥‥	‥‥
0020	初始化數(shù)據(jù)16	用戶參數(shù)長度	0110+L-1	參數(shù)數(shù)據(jù)L	L = （L_ini[16]）
0021	初始化校驗和字H17	∑0010-0020	0110+L	用戶參數(shù)校驗和字H	∑0110-（0110 + L-1）
0022	初始化校驗和字L18	‥‥	0110+L+1	用戶參數(shù)校驗和字L	‥‥
‥‥	備用		‥‥	備用
002F	‥‥		014F	‥‥
0050	Profibus輸入字節(jié)長度m	m <= 112	0150	Profibus輸出字節(jié)長度	n<= 112
0051	Profibus輸入字節(jié)1	來自用戶模板	0151	Profibus輸出字節(jié)1	來自Profibus主站
0052	Profibus輸入字節(jié)2	‥‥	0152	Profibus輸出字節(jié)2	‥‥
‥‥	‥‥	‥‥	‥‥	‥‥	‥‥
0051+m	Profibus輸入字節(jié)m	‥‥	0150+n	Profibus輸出字節(jié)n	‥‥
‥‥	Profibus輸入校驗和字H	∑0050-0050+m	‥‥	Profibus輸出校驗和字H	∑0150-0150+n
‥‥	Profibus輸入校驗和字L	‥‥	‥‥	Profibus輸出校驗和字L	‥‥
00C4	備用		01C4	備用

▲ 開發(fā)周期短：用戶不需要了解PROFIBUS開發(fā)技術，不需要購買PROFIBUS開發(fā)系統(tǒng)；不需要自己編寫GSD文件，可在短時間內(nèi)完成開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的PROFIBUS產(chǎn)品；

▲ 應用簡單：用戶產(chǎn)品的CPU通過雙口RAM向接口板讀/寫輸入/輸出數(shù)據(jù)，接口板自動轉換成PROFIBUS-DP協(xié)議與PROFIBUS主站通信。

▲ 完整的技術資料：《PB-OEM1-DPRAM產(chǎn)品手冊》包括：開發(fā)實驗板PB-OEM1- DPRAM Evaluation Board原理圖、雙口RAM通訊協(xié)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，全部資料可從網(wǎng)上下載。

▲ 高速：PB-OEM1-DPRAM型產(chǎn)品支持12M波特率，最快數(shù)據(jù)更新周期小于1ms 。

▲ 應用廣泛：可廣泛用于各種產(chǎn)品，如變頻器、電機啟動保護裝置、智能高低壓電器、電量測量裝置、各種變送器、智能現(xiàn)場測量設備及儀表等等。

▲ 提供方式：以OEM方式提供，因此用戶對產(chǎn)品有自主知識產(chǎn)權、品牌、商標注冊權。

▲ 最大PROFIBUS-I/O：112字節(jié)輸入+112字節(jié)輸出。

▲ 可實現(xiàn)PROFIBUS用戶參數(shù)化功能：用戶模板可將一次性設置的參數(shù)通過GSD文件在主站配置中設定，如溫度上限報警值等；主站在與從站連接時一次將這些用戶參數(shù)傳送到從站，用戶模板可使用這些參數(shù)實現(xiàn)參數(shù)化。用戶參數(shù)化功能的好處是：避免將一次性設置參數(shù)作為PROFIBUS-I/O，占用周期性數(shù)據(jù)通信時間和空間資源。

     該公司采用鼎實公司的PB-OEM1-DPAM嵌入式接口所開發(fā)的風電變頻器，在內(nèi)蒙古某風電廠投運以來，通訊一直正常，有效地保證了自動控制系統(tǒng)的正常運行�！笆�五”期間，中國的并網(wǎng)風電得到迅速發(fā)展。成為繼歐洲、美國和印度之后發(fā)展風力發(fā)電的主要市場之一。具有PROFIBUS通訊接口的風電變頻器具有廣泛的應用前景。采用PB-OEM1-DPRAM開發(fā)PROFIBUS從站產(chǎn)品具有開發(fā)周期短，性能穩(wěn)定，方便易用等優(yōu)點，在風電產(chǎn)品的開發(fā)領域值得推廣。

 

備注：采用鼎實公司嵌入式板卡PB-OEM2-SE、PB-OEM3-IO和PB-OEM4-PCI同樣可以開發(fā)其他類型的PROFIBUS從站。