目前已有越來越多的應用采用光纖電纜和組件作為點對點的高效率信息傳輸方式。

風力能源近年來已經逐漸成為滿足快速增長能源需求下非常受到歡迎的替代電力來源，和來源有限且蘊藏量逐漸減少的化石燃料不同，風力能源的來源完全不受限制并且非常容易取得。

把風力能源轉換成為實用的交流電需要如整流器(Rectifier)和逆變器(Inverter)等功率電子設備，在高功率發(fā)電系統(tǒng)中，電絕緣在確保電力產生的質量和可靠性上扮演了非常重要的角色。

光纖組件可以通過提供高電壓脈沖絕緣以及防止不必要信號進入功率電子設備提供保護。

風力發(fā)電系統(tǒng)中工業(yè)用光纖的主要應用包括整流器和逆變器的功率電子門驅動、控制和通信電路板、風力渦輪機控制單元、狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)以及風力電場聯(lián)網(wǎng)等。

風力渦輪機發(fā)電

風力渦輪機通過使用發(fā)電機把動能轉換成為電力能源，隨著風力條件的變化，發(fā)電機所產生的電力必須隨之轉換才能使用，在風力渦輪機中必須要有整流器、逆變器、變壓器以及濾波器等設備，以便可以長距離傳送所產生的實用交流電源，如圖1。

通常在風力電塔的底部安裝有變壓器設備，目的是將風力渦輪機產生的低電壓轉換成為方便傳送的中高電壓。

圖1:風力渦輪發(fā)電機系統(tǒng)的典型功能框圖。

[圖說]

Generator = 發(fā)電機

Wind Turbine Blade = 風力渦輪機葉片

Rectifier AC-DC = AC-DC整流器

DC Link = 直流鏈路

Inverter DC-AC = DC-AC逆變器

Fiber Optic = 光纖

Control Board and Communication = 控制和通信電路板

Turbine Control Unit(TCU) = 渦輪機控制單元(TCU)

3 Phase Line Filter and Transformer = 3相線路濾波器和變壓器

Utility Grade AC Power = 實用級交流電源

整流器和逆變器

整流器和逆變器為風力渦輪機系統(tǒng)中主要的組成部件，整流器可以把高噪聲交流電轉換成為直流電，而逆變器則可以把直流電轉換成干凈可靠的交流電輸出，這些設備的開關動作通常由嵌入式數(shù)字信號處理器(DSP)通過光纖鏈路控制，以提供具有高電絕緣能力的高效率可靠控制。

基本上在整流器和逆變器的控制開關上有幾個選擇，分別是絕緣柵雙極晶體管(IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor)、門極可關斷晶閘管(GTO, Gate Turn Off Thyristor)、集成門極換流晶閘管(IGCT, Integrated Gate Commutated Thyristor)、對稱型門極換流晶閘管(SGCT, Symmetrical Gate Commutated Thyristor)以及發(fā)射極關斷晶閘管(ETO, Emitter Turn-off Thyristor)等。

光纖組件普遍用於控制高電壓和電流開關設備，提供可靠的控制和反饋信號，請參考圖2和圖3。

圖2:使用Avago HFBR-0500Z Versatile Link通用鏈路收發(fā)器實現(xiàn)的典型IGBT門驅動電路典型功能框圖。

[圖說]

Control Board = 控制電路板

Versatile Link HFBR-0500Z series = Versatile Link通用鏈路HFBR-0500Z系列

Driver Logic and Protection Functions = 驅動器控制邏輯和保護功能

Gate Driver = 門驅動器

Driver = 驅動器

圖3:使用HFBR-0500Z收發(fā)器的典型ETO二級電壓源轉換器相位連接圖。

[圖說]

Over Current Protection = 過電流保護

PWM Command = PWM命令

Current Control = 電流控制

Controller = 控制器

Versatile Link HFBR-0500Z series = Versatile Link通用鏈路HFBR-0500Z系列

POF = POF塑料光纖

Gate Driver = 門驅動器

狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

大多數(shù)現(xiàn)代的風力渦輪機都具有可以監(jiān)測并依不同風力條件進行系統(tǒng)控制的智能功能，例如大氣環(huán)境傳感器可以檢測風速和風向，其他傳感器則能夠用來監(jiān)測渦輪風機部件的狀況和強度以避免發(fā)生問題。

風力渦輪機必須可以承受極端的天氣條件，如暴風雪或閃電，在這些情況下，非常重要的一點是確保渦輪風機的監(jiān)測系統(tǒng)在設計上可以提供高電壓和大電流隔離，相較於光電耦合器和其他類似器件，光纖由於可以提供高了許多的電壓和電流隔離能力，因此成為較好的信號傳遞媒體選擇。

風力渦輪機和風力電場聯(lián)網(wǎng)

通過狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)所收集的數(shù)據(jù)，搭配上每個渦輪風機使用的短距離POF塑料光纖鏈路，通常會以多路復用方式接入硬包層(HCS, Hard-Clad Silica)或多模光纖電纜，如果風力電塔的高度高於100米，就可能需要更長距離的HCS和多模光纖。

光纖具有監(jiān)固的特性，可以提供惡劣環(huán)境的更高抵抗能力，并且重量非常輕，這些特性使得它非常適合應用于風力渦輪機發(fā)電的垂直布線需求。