引言
     中國(guó)的風(fēng)能資源十分豐富，目前已經(jīng)探明的風(fēng)能儲(chǔ)量約為3226GW，其中可利用風(fēng)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(jì)，截至到2006年底，中國(guó)大陸地區(qū)已建成并網(wǎng)型風(fēng)電場(chǎng)91座，累計(jì)運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組3311臺(tái)，總?cè)萘窟_(dá)259.9萬(wàn)kW（以完成整機(jī)吊裝作為統(tǒng)計(jì)依據(jù)）。已經(jīng)建成并網(wǎng)發(fā)電的風(fēng)場(chǎng)主要分布在新疆、內(nèi)蒙、廣東、浙江、遼寧等16個(gè)省區(qū)。根據(jù)電監(jiān)會(huì)公布的數(shù)據(jù)，截至2006年底,中國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到62200萬(wàn)kW，風(fēng)力發(fā)電占全國(guó)總裝機(jī)容量的0.42%。截至到2006年底，全世界總風(fēng)電裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到7390.4萬(wàn)kW，其中德國(guó)總裝機(jī)容量2062.2萬(wàn)kW，位居世界第一，中國(guó)2006年風(fēng)電新增裝機(jī)容量?jī)H次于美國(guó)、德國(guó)、印度和西班牙，列第五位；總裝機(jī)容量列世界第六位。因此，風(fēng)力發(fā)電將成為我國(guó)最具大規(guī)模開(kāi)發(fā)前景的新能源之一。

     風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要有恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)和變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)兩大類。恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)一般使用同步電機(jī)或者鼠籠式異步電機(jī)作為發(fā)電機(jī)，通過(guò)定槳距失速控制的風(fēng)輪機(jī)使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持在恒定的數(shù)值繼而保證發(fā)電機(jī)端輸出電壓的頻率和幅值的恒定，其運(yùn)行范圍比較窄，只能在一定風(fēng)速下捕獲風(fēng)能，發(fā)電效率較低。變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)一般采用永磁同步電機(jī)或者雙饋電機(jī)作為發(fā)電機(jī)，通過(guò)變槳距控制風(fēng)輪使整個(gè)系統(tǒng)在很大的速度范圍內(nèi)按照最佳的效率運(yùn)行，是目前風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展方向。對(duì)于風(fēng)機(jī)來(lái)說(shuō)，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(jī)系統(tǒng)或者永磁同步電機(jī)系統(tǒng)，變頻器的容量要求與所拖動(dòng)的發(fā)電機(jī)容量相當(dāng)，這是非常不經(jīng)濟(jì)的。雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)定子和電網(wǎng)直接相連接，轉(zhuǎn)子和功率變換器相連接，通過(guò)變換器的功率僅僅是轉(zhuǎn)差功率，這是各種傳動(dòng)系統(tǒng)中效率比較高的，該結(jié)構(gòu)適合于調(diào)速范圍不寬的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，尤其是大、中容量的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。

     西安某風(fēng)電變頻裝置運(yùn)用于1.5MW變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，通過(guò)調(diào)節(jié)雙饋發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，使得發(fā)電機(jī)按最佳功率輸出690V、50Hz的恒定電壓。整個(gè)控制過(guò)程通過(guò)兩個(gè)階段實(shí)現(xiàn)，額定風(fēng)速以下，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)反力矩使轉(zhuǎn)速跟隨風(fēng)速變化，以便按最佳葉尖速比輸出功率；高于額定風(fēng)速時(shí)，配合變槳矩系統(tǒng)改變槳葉節(jié)距限制機(jī)組獲取的能量，使風(fēng)電機(jī)組保持在額定功率點(diǎn)發(fā)電。

▲ 最佳葉尖速比控制：根據(jù)風(fēng)速變化對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，使得風(fēng)機(jī)在額定功率以下能運(yùn)行在最大功率捕獲點(diǎn)，優(yōu)化了風(fēng)機(jī)功率輸出性能，提高了整機(jī)風(fēng)能利用率；

▲軟并網(wǎng)技術(shù)：調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出電壓的頻率、幅值、相位，使其與電網(wǎng)嚴(yán)格同步，實(shí)現(xiàn)變速恒頻無(wú)沖擊電流并網(wǎng)；

▲有功與無(wú)功的解耦控制：通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的有功與無(wú)功分量，分別調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的有功功率和無(wú)功功率。在可以調(diào)節(jié)電網(wǎng)的功率因數(shù)，補(bǔ)償電網(wǎng)的無(wú)功需求的同時(shí)，提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能；

▲定子磁鏈定向矢量控制技術(shù)：通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流實(shí)現(xiàn)在不同的轉(zhuǎn)速下的恒頻發(fā)電，滿足用電負(fù)載和電網(wǎng)的要求，同時(shí)按最佳葉尖速比實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出功率，提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益。

圖1 帶有PROFIBUS接口的風(fēng)電變頻器

▲ 高效的防護(hù)措施和成熟可靠的器件選型，使得變頻器適應(yīng)風(fēng)電行業(yè)風(fēng)沙多、溫差變化大和振動(dòng)大等特殊的工作環(huán)境；

▲ 通過(guò)PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線接口，實(shí)時(shí)與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；

▲ 模塊化的設(shè)計(jì)理念，使得變頻器結(jié)構(gòu)緊湊、易于維護(hù)；

▲ 完善的故障保護(hù)和信息顯示，在有效保護(hù)風(fēng)電機(jī)組的同時(shí)，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(shù)，為變頻器的可靠運(yùn)行提供了有效保障。

該風(fēng)電變頻器的PROFIBUS接口是在鼎實(shí)科技的嵌入式PROFIBUS接口卡PB-OEM1-DPRAM的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)而成。鼎實(shí)科技的PB-OEM1-DPRAM專為自主開(kāi)發(fā)具有PROFIBUS-DP通信功能的產(chǎn)品，且對(duì)實(shí)時(shí)響應(yīng)時(shí)間有較高要求的用戶，以O(shè)EM方式提供PROFIBUS-DP從站通信接口。風(fēng)電變頻器的CPU將PB-OEM1-DPRAM作為一個(gè)外存儲(chǔ)器，將PROFIBUS輸入數(shù)據(jù)存入OEM1對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)中，同時(shí)從OEM1的對(duì)應(yīng)區(qū)域中讀取PROFIBUS輸入數(shù)據(jù)，OEM1自動(dòng)完成所有PROFIBUS的數(shù)據(jù)交換，用戶不需要關(guān)心PROFIBUS的通訊細(xì)節(jié)。

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

▲ 標(biāo)準(zhǔn)PROFIBUS-DP驅(qū)動(dòng)接口，波特率自適應(yīng)，最大波特率12M；

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

▲ 可實(shí)現(xiàn)PROFIBUS用戶參數(shù)化功能：用戶模板可將一次性設(shè)置的參數(shù)在主站配置中設(shè)定，如溫度上限報(bào)警值等；主站在與從站連接時(shí)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(shí)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(shè)置的參數(shù)作為PROFIBUS-I/O，占用周期性數(shù)據(jù)通信時(shí)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(shí)序即可對(duì)接口板進(jìn)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(duì)雙口RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，保證了數(shù)據(jù)交換的實(shí)時(shí)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(yàn)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(duì)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(lái)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(hào)）	0110	用戶參數(shù)數(shù)據(jù)1	來(lái)自Profibus主站
0011	初始化數(shù)據(jù)1	（ID號(hào)H）	0111	參數(shù)數(shù)據(jù)2	‥‥
0012	初始化數(shù)據(jù)2	（ID號(hào)L）	0112	參數(shù)數(shù)據(jù)3	‥‥
0013	初始化數(shù)據(jù)3	（CFG長(zhǎng)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(zhǎng)度	‥‥	‥‥	‥‥
001F	初始化數(shù)據(jù)15	PB輸出長(zhǎng)度	‥‥	‥‥	‥‥
0020	初始化數(shù)據(jù)16	用戶參數(shù)長(zhǎng)度	0110+L-1	參數(shù)數(shù)據(jù)L	L = （L_ini[16]）
0021	初始化校驗(yàn)和字H17	∑0010-0020	0110+L	用戶參數(shù)校驗(yàn)和字H	∑0110-（0110 + L-1）
0022	初始化校驗(yàn)和字L18	‥‥	0110+L+1	用戶參數(shù)校驗(yàn)和字L	‥‥
‥‥	備用		‥‥	備用
002F	‥‥		014F	‥‥
0050	Profibus輸入字節(jié)長(zhǎng)度m	m <= 112	0150	Profibus輸出字節(jié)長(zhǎng)度	n<= 112
0051	Profibus輸入字節(jié)1	來(lái)自用戶模板	0151	Profibus輸出字節(jié)1	來(lái)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(yàn)和字H	∑0050-0050+m	‥‥	Profibus輸出校驗(yàn)和字H	∑0150-0150+n
‥‥	Profibus輸入校驗(yàn)和字L	‥‥	‥‥	Profibus輸出校驗(yàn)和字L	‥‥
00C4	備用		01C4	備用

▲ 開(kāi)發(fā)周期短：用戶不需要了解PROFIBUS開(kāi)發(fā)技術(shù)，不需要購(gòu)買PROFIBUS開(kāi)發(fā)系統(tǒng)；不需要自己編寫GSD文件，可在短時(shí)間內(nèi)完成開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的PROFIBUS產(chǎn)品；

▲ 應(yīng)用簡(jiǎn)單：用戶產(chǎn)品的CPU通過(guò)雙口RAM向接口板讀/寫輸入/輸出數(shù)據(jù)，接口板自動(dòng)轉(zhuǎn)換成PROFIBUS-DP協(xié)議與PROFIBUS主站通信。

▲ 完整的技術(shù)資料：《PB-OEM1-DPRAM產(chǎn)品手冊(cè)》包括：開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)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(shuō)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(yīng)用廣泛：可廣泛用于各種產(chǎn)品，如變頻器、電機(jī)啟動(dòng)保護(hù)裝置、智能高低壓電器、電量測(cè)量裝置、各種變送器、智能現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量設(shè)備及儀表等等。

▲ 提供方式：以O(shè)EM方式提供，因此用戶對(duì)產(chǎn)品有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、品牌、商標(biāo)注冊(cè)權(quán)。

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

▲ 可實(shí)現(xiàn)PROFIBUS用戶參數(shù)化功能：用戶模板可將一次性設(shè)置的參數(shù)通過(guò)GSD文件在主站配置中設(shè)定，如溫度上限報(bào)警值等；主站在與從站連接時(shí)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(shí)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(shè)置參數(shù)作為PROFIBUS-I/O，占用周期性數(shù)據(jù)通信時(shí)間和空間資源。

     該公司采用鼎實(shí)公司的PB-OEM1-DPAM嵌入式接口所開(kāi)發(fā)的風(fēng)電變頻器，在內(nèi)蒙古某風(fēng)電廠投運(yùn)以來(lái)，通訊一直正常，有效地保證了自動(dòng)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。“十五”期間，中國(guó)的并網(wǎng)風(fēng)電得到迅速發(fā)展。成為繼歐洲、美國(guó)和印度之后發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的主要市場(chǎng)之一。具有PROFIBUS通訊接口的風(fēng)電變頻器具有廣泛的應(yīng)用前景。采用PB-OEM1-DPRAM開(kāi)發(fā)PROFIBUS從站產(chǎn)品具有開(kāi)發(fā)周期短，性能穩(wěn)定，方便易用等優(yōu)點(diǎn)，在風(fēng)電產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)領(lǐng)域值得推廣。

 

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