ADI SHARC助力Northern Power Systems的風輪機產生清潔能源
2010-01-05
作者：ADI
隨著傳統燃料生產和消耗所導致的環境和經濟問題與日俱增，清潔的可再生能源市場應運而生。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，這得益于全球對可迅速安裝在世界上幾乎任何位置的無排放發電。
引領風能技術發展的先鋒Northern Power Systems公司（佛蒙特州馬里）提供社區和電力設施級別的風輪機系統，這些系統通過其創新型“無傳動裝置”風輪機設計、高效能量捕獲能力以及低維護要求實現了差異化。這家公司的旗艦產品Northwind 100風輪機設計用于社區級風力發電設施，可使政府機關、企業、農場、學校和其它機構在需要的地方（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數字信號處理器和元器件實現了系統管理效率的最大化。
經典設計
Northern Power Systems公司的風輪機技術采用其專有的永磁直驅（PMDD）設計架構，這種架構可省去風輪機轉子與發電機之間的變速箱。Northern Power Systems工程設計團隊通過直接將轉子與發電機耦合，顯著減少了系統內部的運動部件數量，從而最終打造出比傳統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”的設計方法體現了Northern Power Systems公司的工程技術理念，使得該公司的工程設計團隊需要尋覓到同樣經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">SHARC （ http://www.analog.com/zh/sharc ）數字信號處理器、數據轉換器以及其它先進元器件來確保高性能系統的運行，可為諸如學校/大學、企業、農場和政府機關等社區的風能應用提供100千瓦的額定功率。ADI公司在新一代能源基礎設施領域的專業經驗可確保像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，以提升其系統設計的價值、性能和創新性。
高性能信號處理
在Northwind 100風輪機中，風能捕獲和能源轉換功能由系統的轉子、發電機和功率變換器等部件幫助實現。轉子將風力的氣流能量轉換成機械軸扭矩；發電機以可變頻率將機械軸功率轉換成電力，并向轉子提供反扭矩；功率變換器將變頻發電機輸出轉換成恒定頻率，以饋送到電網。
Northwind 100發電機的電力流由功率轉換器調節，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提供穩定的清潔電力流，從而可簡化電網并網基礎設施，維護電網穩定。省去變速箱傳輸可極大地減少生命周期內的維護工作，提高系統可靠性。
這個系統的核心是ADI公司的32位浮點SHARC 21363(http://www.analog.com/zh/adsp-21363 )數字信號處理器，此處理器運行實時閉環控制算法，可部分根據嵌入在數據采集硬件中的ADI AD7656 (http://www.analog.com/zh/ad7656 )16位模數轉換器（ADC）以及固定在風輪機發動機艙的ADI雙軸iMEMS® ADXL203 (http://www.analog.com/zh/adxl203)加速度計配件所提供的輸入數據，來有效控制Northwind 100的發電機和功率轉換器子系統。SHARC 21363處理器采用增強型單指令多數據（SIMD）架構，具有高達333 MHz/2 GFLOPS的內核處理性能并支持IEEE 32位/40位浮點和32位定點運算，可提供保證這些子系統精確協調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集，可提供范圍廣泛的配置選項。Northwind 100的數據采集平臺采用了ADI AD7656，該器件可提供饋入系統實時閉環控制算法的高速信號采樣和數據轉換。SHARC 21363的六個高速串口（SPORT）為此提供了便利，可產生無縫連接的信號鏈，有助于將設計復雜度降到最低。
ADI為創新提供動力
ADI公司用于ADI處理器系列的軟件開發和調試環境VisualDSP++易于安裝和使用，幫助Northern Power Systems公司精簡了產品開發過程。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人員縮短設計周期和上市時間。
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環境污染降到最低的超高效發電系統。對于電力設施和消費類應用，ADI公司也能使Northern Power Systems這樣的技術開發商設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。