ADI助力Northern Power Systems的風輪機設(shè)計

隨著傳統(tǒng)燃料生產(chǎn)和消耗所導(dǎo)致的環(huán)境和經(jīng)濟問題與日俱增，清潔的可再生能源市場應(yīng)運而生。作為一種彌補石油、煤碳和天然氣為中心的能源生產(chǎn)方式而且取之不盡用之不竭的方式，風能正得到大范圍地普及。在過去的十年里，全球風能容量以平均每年30%以上的累積速度不斷增長，這得益于全球?qū)裳杆侔惭b在世界上幾乎任何位置的無排放發(fā)電。

引領(lǐng)風能技術(shù)發(fā)展的先鋒Northern Power Systems公司（佛蒙特州馬里）提供社區(qū)和電力設(shè)施級別的風輪機系統(tǒng)，這些系統(tǒng)通過其創(chuàng)新型“無傳動裝置”風輪機設(shè)計、高效能量捕獲能力以及低維護要求實現(xiàn)了差異化。這家公司的旗艦產(chǎn)品Northwind 100風輪機設(shè)計用于社區(qū)級風力發(fā)電設(shè)施，可使政府機關(guān)、企業(yè)、農(nóng)場、學校和其它機構(gòu)在需要的地方（甚至在風速相對較低的位置）。為了幫助確保Northwind 100系統(tǒng)能夠提供最高能量輸出和投資回報，Northern Power Systems公司借助精密的ADI數(shù)字信號處理器和元器件實現(xiàn)了系統(tǒng)管理效率的最大化。

經(jīng)典設(shè)計
Northern Power Systems公司的風輪機技術(shù)采用其專有的永磁直驅(qū)（PMDD）設(shè)計架構(gòu)，這種架構(gòu)可省去風輪機轉(zhuǎn)子與發(fā)電機之間的變速箱。Northern Power Systems工程設(shè)計團隊通過直接將轉(zhuǎn)子與發(fā)電機耦合，顯著減少了系統(tǒng)內(nèi)部的運動部件數(shù)量，從而最終打造出比傳統(tǒng)變速箱風輪機維護要求更低但更加可靠的風輪機。這種“少即是多”的設(shè)計方法體現(xiàn)了Northern Power Systems公司的工程技術(shù)理念，使得該公司的工程設(shè)計團隊需要尋覓到同樣經(jīng)典的無需進行性能或功能折衷的信號處理平臺。最終他們在ADI找到了他們所期待的解決方案。

Northern Power Systems公司的Northwind 100借助ADI SHARC （ http://www.analog.com/zh/sharc ）數(shù)字信號處理器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器以及其它先進元器件來確保高性能系統(tǒng)的運行，可為諸如學校/大學、企業(yè)、農(nóng)場和政府機關(guān)等社區(qū)的風能應(yīng)用提供100千瓦的額定功率。ADI公司在新一代能源基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的專業(yè)經(jīng)驗可確保像Northern Power Systems這樣的公司能夠在整個信號鏈中采用先進的元器件，以提升其系統(tǒng)設(shè)計的價值、性能和創(chuàng)新性。

高性能信號處理
在Northwind 100風輪機中，風能捕獲和能源轉(zhuǎn)換功能由系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子、發(fā)電機和功率變換器等部件幫助實現(xiàn)。轉(zhuǎn)子將風力的氣流能量轉(zhuǎn)換成機械軸扭矩；發(fā)電機以可變頻率將機械軸功率轉(zhuǎn)換成電力，并向轉(zhuǎn)子提供反扭矩；功率變換器將變頻發(fā)電機輸出轉(zhuǎn)換成恒定頻率，以饋送到電網(wǎng)。

Northwind 100發(fā)電機的電力流由功率轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)，以對可變風速進行補償，從而有助于最大限度地提取能量。這種能力使Northwind 100風輪機能夠為本地電網(wǎng)提供穩(wěn)定的清潔電力流，從而可簡化電網(wǎng)并網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，維護電網(wǎng)穩(wěn)定。省去變速箱傳輸可極大地減少生命周期內(nèi)的維護工作，提高系統(tǒng)可靠性。

這個系統(tǒng)的核心是ADI公司的32位浮點SHARC 21363(http://www.analog.com/zh/adsp-21363 )數(shù)字信號處理器，此處理器運行實時閉環(huán)控制算法，可部分根據(jù)嵌入在數(shù)據(jù)采集硬件中的ADI AD7656 (http://www.analog.com/zh/ad7656 )16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）以及固定在風輪機發(fā)動機艙的ADI雙軸iMEMS? ADXL203 (http://www.analog.com/zh/adxl203)加速度計配件所提供的輸入數(shù)據(jù)，來有效控制Northwind 100的發(fā)電機和功率轉(zhuǎn)換器子系統(tǒng)。SHARC 21363處理器采用增強型單指令多數(shù)據(jù)（SIMD）架構(gòu)，具有高達333 MHz/2 GFLOPS的內(nèi)核處理性能并支持IEEE 32位/40位浮點和32位定點運算，可提供保證這些子系統(tǒng)精確協(xié)調(diào)地工作所需的實時處理帶寬和強大性能。

SHARC 21363處理器具有集成式3 Mb SRAM/4 Mb ROM片上存儲器和豐富的外設(shè)集，可提供范圍廣泛的配置選項。Northwind 100的數(shù)據(jù)采集平臺采用了ADI AD7656，該器件可提供饋入系統(tǒng)實時閉環(huán)控制算法的高速信號采樣和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。SHARC 21363的六個高速串口（SPORT）為此提供了便利，可產(chǎn)生無縫連接的信號鏈，有助于將設(shè)計復(fù)雜度降到最低。

ADI為創(chuàng)新提供動力
ADI公司用于ADI處理器系列的軟件開發(fā)和調(diào)試環(huán)境VisualDSP++易于安裝和使用，幫助Northern Power Systems公司精簡了產(chǎn)品開發(fā)過程。VisualDSP++是ADI公司CROSSCORE軟件和硬件工具系列的成員之一，此工具還配備了EZ-KIT Lite評估套件，所有這些都有助于開發(fā)人員縮短設(shè)計周期和上市時間。
將高性能ADI元器件用作Northwind 100風輪機的核心，Northern Power Systems公司可確保客戶獲得能夠減少能源費用并將社區(qū)環(huán)境污染降到最低的超高效發(fā)電系統(tǒng)。對于電力設(shè)施和消費類應(yīng)用，ADI公司也能使Northern Power Systems這樣的技術(shù)開發(fā)商設(shè)計出可提升能效并在清潔和可再生能源上獲得最高投資回報的智能系統(tǒng)。