ADI助力Northern Power Systems的风轮机设计

随着传统燃料生产和消耗所导致的环境和经济问题与日俱增，清洁的可再生能源市场应运而生。作为一种弥补石油、煤碳和天然气为中心的能源生产方式而且取之不尽用之不竭的方式，风能正得到大范围地普及。在过去的十年里，全球风能容量以平均每年30%以上的累积速度不断增长，这得益于全球对可迅速安装在世界上几乎任何位置的无排放发电。

引领风能技术发展的先锋Northern Power Systems公司（佛蒙特州马里）提供社区和电力设施级别的风轮机系统，这些系统通过其创新型“无传动装置”风轮机设计、高效能量捕获能力以及低维护要求实现了差异化。这家公司的旗舰产品Northwind 100风轮机设计用于社区级风力发电设施，可使政府机关、企业、农场、学校和其它机构在需要的地方（甚至在风速相对较低的位置）。为了帮助确保Northwind 100系统能够提供最高能量输出和投资回报，Northern Power Systems公司借助精密的ADI数字信号处理器和元器件实现了系统管理效率的最大化。

1 经典设计

Northern Power Systems公司的风轮机技术采用其专有的永磁直驱（PMDD）设计架构，这种架构可省去风轮机转子与发电机之间的变速箱。Northern Power Systems工程设计团队通过直接将转子与发电机耦合，显著减少了系统内部的运动部件数量，从而最终打造出比传统变速箱风轮机维护要求更低但更加可靠的风轮机。这种“少即是多”的设计方法体现了Northern Power Systems公司的工程技术理念，使得该公司的工程设计团队需要寻觅到同样经典的无需进行性能或功能折衷的信号处理平台。最终他们在ADI找到了他们所期待的解决方案。

Northern Power Systems公司的Northwind 100借助ADI SHARC （ http://www.analog.com/zh/sharc ）数字信号处理器、数据转换器以及其它先进元器件来确保高性能系统的运行，可为诸如学校/大学、企业、农场和政府机关等社区的风能应用提供100千瓦的额定功率。ADI公司在新一代能源基础设施领域的专业经验可确保像Northern Power Systems这样的公司能够在整个信号链中采用先进的元器件，以提升其系统设计的价值、性能和创新性。

2 高性能信号处理

在Northwind 100风轮机中，风能捕获和能源转换功能由系统的转子、发电机和功率变换器等部件帮助实现。转子将风力的气流能量转换成机械轴扭矩；发电机以可变频率将机械轴功率转换成电力，并向转子提供反扭矩；功率变换器将变频发电机输出转换成恒定频率，以馈送到电网。

Northwind 100发电机的电力流由功率转换器调节，以对可变风速进行补偿，从而有助于最大限度地提取能量。这种能力使Northwind 100风轮机能够为本地电网提供稳定的清洁电力流，从而可简化电网并网基础设施，维护电网稳定。省去变速箱传输可极大地减少生命周期内的维护工作，提高系统可靠性。

这个系统的核心是ADI公司的32位浮点SHARC 21363(http://www.analog.com/zh/adsp-21363 )数字信号处理器，此处理器运行实时闭环控制算法，可部分根据嵌入在数据采集硬件中的ADI AD7656 (http://www.analog.com/zh/ad7656 )16位模数转换器（ADC）以及固定在风轮机发动机舱的ADI双轴iMEMS? ADXL203 (http://www.analog.com/zh/adxl203)加速度计配件所提供的输入数据，来有效控制Northwind 100的发电机和功率转换器子系统。SHARC 21363处理器采用增强型单指令多数据（SIMD）架构，具有高达333 MHz/2 GFLOPS的内核处理性能并支持IEEE 32位/40位浮点和32位定点运算，可提供保证这些子系统精确协调地工作所需的实时处理带宽和强大性能。

SHARC 21363处理器具有集成式3 Mb SRAM/4 Mb ROM片上存储器和丰富的外设集，可提供范围广泛的配置选项。Northwind 100的数据采集平台采用了ADI AD7656，该器件可提供馈入系统实时闭环控制算法的高速信号采样和数据转换。

SHARC 21363的六个高速串口（SPORT）为此提供了便利，可产生无缝连接的信号链，有助于将设计复杂度降到最低。

3 ADI为创新提供动力

ADI公司用于ADI处理器系列的软件开发和调试环境VisualDSP++易于安装和使用，帮助Northern Power Systems公司精简了产品开发过程。VisualDSP++是ADI公司CROSSCORE软件和硬件工具系列的成员之一，此工具还配备了EZ-KIT Lite评估套件，所有这些都有助于开发人员缩短设计周期和上市时间。

将高性能ADI元器件用作Northwind 100风轮机的核心，Northern Power Systems公司可确保客户获得能够减少能源费用并将社区环境污染降到最低的超高效发电系统。对于电力设施和消费类应用，ADI公司也能使Northern Power Systems这样的技术开发商设计出可提升能效并在清洁和可再生能源上获得最高投资回报的智能系统。