【正文】 ，m。當(dāng)導(dǎo)線中流過高頻電流時(shí)，由于高頻集膚效應(yīng)，導(dǎo)線中的電流主要集中在導(dǎo)體的表面，而導(dǎo)線中幾乎沒有電流，因此導(dǎo)線的交流電阻將大于直流電阻，可以用下式表示： 公式（42）式中 ——金屬集膚的深度，為磁導(dǎo)率，為頻率。上式也可表示為： 公式（43）由式（43）可知交流電阻與成正比，該式適用于高頻。導(dǎo)線的交流電阻可用改變截面積形狀的方法來減小，如同樣截面積的矩形導(dǎo)線比圓形表面具有更大的表面，所以交流電阻比圓導(dǎo)線小。接地導(dǎo)線常采用扁平矩形導(dǎo)線來代替圓導(dǎo)線，以較小高頻電阻。（2）傳輸線的電感當(dāng)導(dǎo)線中流有電流時(shí)，導(dǎo)線中和導(dǎo)線周圍都存在磁場，因此導(dǎo)線具有內(nèi)電感和外電感，內(nèi)電感與內(nèi)磁場有關(guān)，用下式表示： 公式（44）平行雙線組成環(huán)路的電感（外電感）為： 公式（45）式中s為平行雙線的間隔，r為導(dǎo)線半徑。平行雙線的總電感應(yīng)為內(nèi)電感和外電感之和。但由式（44）和式（45）看內(nèi)電感遠(yuǎn)小于外電感，而且頻率升高時(shí)內(nèi)電感進(jìn)一步下降，所以內(nèi)電感通?？梢院雎?，一般稱導(dǎo)線的電感時(shí)均指導(dǎo)線的外電感。由式（45）知，導(dǎo)線越粗，電感越小，但由于電感和導(dǎo)線半徑是對數(shù)關(guān)系，所以半徑擴(kuò)大到一定程度后再增加導(dǎo)線半徑也不會使電感有太多的減小。導(dǎo)線間的間隔越大，電感越大，同樣，間隔增加到一定程度后電感也不會有明顯的增加，這時(shí)導(dǎo)線中電流產(chǎn)生的磁力線幾乎都包含在平行線組成的環(huán)內(nèi)了。（3）傳輸線的電感任何兩塊金屬之間都存在電容，平行導(dǎo)線對之間的電容為： 公式（46）由上式可見，導(dǎo)線的間隔越遠(yuǎn)，電容越小，導(dǎo)線的線徑越粗，電容越大。（4）傳輸線的特征阻抗傳輸線具有電阻、電感和電容，對于均勻一致的傳輸線，它們均勻的分布在傳輸線的各個(gè)部分，如圖41所示，稱為分布參數(shù)。為了更好的描述傳輸線的分布參數(shù)特性，引入“特征阻抗”的概念，定義為： 公式（47）式中 ——傳輸線特征阻抗； ——傳輸線分布電感； ——傳輸線分布電容。 傳輸線阻抗分布對于平行雙導(dǎo)線，其特征阻抗可由式（45）和式（46）求得為： 公式（48）由上式知特征阻抗是表征傳輸線本身特性的一個(gè)物理量，與傳輸線內(nèi)的電流、電壓無關(guān)，只與傳輸線的結(jié)構(gòu)（線徑、線間距）和傳輸線周圍的介質(zhì)有關(guān)。如同軸電纜傳輸線的特征阻抗通常為50或75，雙絞線特征阻抗為100200，印制電路板上的印制導(dǎo)線特征阻抗也在100200左右。特征阻抗與導(dǎo)線長度無關(guān)，它描述的是傳輸線的分布參數(shù)特征。 傳輸線處理方法傳輸線的分布電阻、分布電感、分布電容必然影響傳輸線中的信號傳輸，如何考慮分布參數(shù)的影響與傳輸線的長度密切相關(guān)。根據(jù)傳輸線長度與信號頻率的關(guān)系，可把傳輸線分為長線和短線，長線和短線應(yīng)采取不同的方法處理[11][23]。（1）傳輸線短線處理當(dāng)傳輸線長度小于等于1/20的信號波長時(shí)或者傳輸延時(shí)小于等于1/4數(shù)字信號脈沖上升時(shí)間時(shí)傳輸線可視為短路，即 或 公式（49）式中 ——傳輸線長度； ——傳輸線中信號波長，是信號傳輸速度，為頻率； ——傳輸線中數(shù)字脈沖信號的傳輸延時(shí)時(shí)間，； ——傳輸線中數(shù)字脈沖信號的上升時(shí)間。 短路可以用集中參數(shù)等效電路來分析，即把傳輸線看成是由集中參數(shù)電阻、電感、電容組成的網(wǎng)絡(luò)，其值大小分別等于單位長度上的分布參數(shù)值乘以傳輸線長度。如果一對傳輸線終端短路，符合短路條件（49），則可以看成是一個(gè)電阻R和一個(gè)電感L串聯(lián)，總的阻抗為： 公式（410） 對于大多數(shù)傳輸線來說，有： 公式（411） 公式（412）有以上兩式可知，當(dāng)頻率低于3kHZ時(shí)，傳輸環(huán)路中電阻起主要作用。當(dāng)頻率大于3kHZ以后電感起主要作用，即使交流電阻由于肌膚效應(yīng)也隨頻率升高而增加。（2）傳輸線長線處理 當(dāng)傳輸線的長度符合下列條件時(shí)稱為上線 或 公式（413）長線不能用幾種參數(shù)網(wǎng)絡(luò)來替代，而要用傳輸線理論來分析，考慮阻抗匹配問題，即傳輸線兩端的負(fù)載阻抗和源阻抗都應(yīng)該和傳輸線特征阻抗相等，否則就要產(chǎn)生反射。如圖42所示的傳輸線路中，是源阻抗，是負(fù)載阻抗，當(dāng)信號從信號源出發(fā)通過傳輸線到達(dá)負(fù)載阻抗時(shí)，如果=則沒有反射，信號能量全部被吸收，這是匹配狀態(tài)，上的電壓就是信號的入射電壓。如果,即負(fù)載端不匹配，則入射能量不能被負(fù)載全部吸收，有一部分被反射回去，有反射電壓存在，上的電壓為入射電壓和反射電壓之差。 傳輸線阻抗 騷擾電流在導(dǎo)線上傳輸時(shí)有兩種方式：共模方式和差模方式。一對導(dǎo)線上如流過差模電流則兩條線上的電流大小相等，方向相反，一般有用信號都是差模電流。一對導(dǎo)線上如流過共模電流則兩條線上的電流方向相同。騷擾在傳輸線上即可以差模方式出現(xiàn)，亦可以共模方式出現(xiàn)。 當(dāng)設(shè)備或元件共用電源線和地線時(shí)，設(shè)備或元器件之間就會通過公共阻抗產(chǎn)生相互干擾，如共用電源則稱為供電源阻抗干擾，共用地線稱共地線阻抗干擾。 輻射干擾的傳播 輻射騷擾的發(fā)射主要有以下方式：（1） 天線輻射，如廣播、電視、通信、雷達(dá)等發(fā)射設(shè)備都是天線輻射。（2） 等效天線輻射，導(dǎo)線、傳輸電纜中通過高頻電流，有天線輻射效應(yīng)，向周圍空間輻射電磁信號。（3） 設(shè)備的電磁泄漏，如ISM設(shè)備即可的縫隙、孔徑等處都可以向外界泄露電磁信號。（4） 放電輻射，包括電暈放電、火花放電、湖光放電、輝光放電、靜電放電等，都具有很寬的輻射頻譜。設(shè)備中的天線除了接收有用信號之外，同樣可以接收騷擾信號。各種導(dǎo)線、電纜、機(jī)殼都有天線效應(yīng)，可以接收輻射騷擾信號。接受能力與騷擾信號的特性有關(guān)：水平放置的天線可以接收水平極化波騷擾信號；垂直放置的天線可以接收垂直極化波騷擾信號。輻射場可以通過導(dǎo)線的耦合干擾，很多電子設(shè)備用金屬殼屏蔽，騷擾場可以通過引出的電源線或電纜耦合進(jìn)入設(shè)備造成干擾。設(shè)有兩個(gè)設(shè)備A和B，通過兩根平行導(dǎo)線連接，輻射場在導(dǎo)線上可能產(chǎn)生兩種感應(yīng)電壓。 輻射干擾（1） 在導(dǎo)線與系統(tǒng)地構(gòu)成的回路上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，： 等效電路設(shè)輻射場為 公式（414） 公式（415）若輻射場以電場為主（頻率較高時(shí)），在回路上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓為 公式（416）其中是導(dǎo)線距地面的高度，是導(dǎo)線的長度。 若輻射場以磁場為主（頻率較低時(shí)），在回路上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓為 公式（417）其中是空間波阻抗?？梢钥闯鲈趦筛鶎?dǎo)線中產(chǎn)生方向相同、大小和相位也相同的電流、稱為共模電壓，這種場對回路的耦合稱為共模耦合。（2） 兩根線和設(shè)備（輸出、輸入端）構(gòu)成的的回路上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓,。 感應(yīng)電壓 若輻射場以電場為主，則 公式（418） 若輻射場以磁場為主，則 公式（419）其中是兩根導(dǎo)線之間的距離。在兩根導(dǎo)線中產(chǎn)生方向相反、大小相等的電流、稱為差模電壓，這種場對回路的耦合稱為差模耦合。 風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)抗干擾研究 針對電磁騷擾的不同類型和傳播途徑，需要采取不同的抗干擾措施，抑制或消除干擾。對風(fēng)電機(jī)組電控系統(tǒng)來說，易受干擾對象分別為電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和變流系統(tǒng)部分。下面根據(jù)不同的受干擾對象和干擾類型進(jìn)行具體抗干擾設(shè)計(jì)和研究。 風(fēng)電機(jī)組電源系統(tǒng)抗干擾技術(shù)及保護(hù)在風(fēng)電機(jī)組中，電源系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定無疑是最為重要的一環(huán)，它直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的是否能夠穩(wěn)定運(yùn)行乃至系統(tǒng)設(shè)備和操作人員的安全問題。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，在風(fēng)力機(jī)組現(xiàn)場損壞的模塊中有一半以上是因?yàn)殡娫聪到y(tǒng)故障引起的，因而，對電源系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)和保護(hù)環(huán)節(jié)十分重要。在供電系統(tǒng)中需要使控制系統(tǒng)電源和大功率的動力負(fù)載電源分開，由電網(wǎng)提供690V/50HZ三相交流電源，經(jīng)由配電室分為四路輸出：690V三相動力電、400V三相動力電、230V PLC電源供電、230V UPS電源供電，然后再由各路電源進(jìn)行電源管理、分配。由于風(fēng)電機(jī)組動力負(fù)載包括偏航電機(jī)、變槳距電機(jī)、風(fēng)機(jī)、繼電器等大功率器件的接通和斷開，變流器的IGBT變流裝置在工作時(shí)都會給供電電源產(chǎn)生很嚴(yán)重的干擾，這些干擾包括脈沖噪聲、電壓瞬時(shí)跌落或中斷、諧波、高頻噪聲等，這些都可能對控制系統(tǒng)的穩(wěn)定帶來很大的安全隱患。因而在配電系統(tǒng)中需要對不同的負(fù)載供電電源進(jìn)行隔離或者分開供電。 配電系統(tǒng) 交流電源系統(tǒng)及保護(hù) 交流電源保護(hù),三相690V/50HZ交流電經(jīng)變壓器接入風(fēng)力發(fā)電機(jī)配電柜。在交流電接入端需要先接一電涌保護(hù)裝置，即圖中F1，以吸收交流干擾尖峰脈沖或者雷電瞬間高壓，把電壓限定在一定范圍內(nèi)，保護(hù)后級電路。電涌保護(hù)器的工作原理是在限定電壓以內(nèi)呈高阻狀態(tài)，一旦有瞬間高壓出現(xiàn)，其阻抗突然變低，允許高壓電流通過，當(dāng)瞬時(shí)高壓脈沖消失后，又恢復(fù)高阻狀態(tài)。這樣就在出現(xiàn)瞬間過電壓時(shí)就能起到穩(wěn)定后級電路電壓的作用，如果瞬間電壓過高，則保險(xiǎn)絲Q1熔斷動作，此時(shí)應(yīng)啟動繼電保護(hù)電路，迅速切除電源。在電涌保護(hù)裝置后分別設(shè)置一組電流互感器和電壓互感器，接入監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行過壓、過流、相序保護(hù)及功率測量。由于風(fēng)電機(jī)組還需要400V電壓，因而需要接入690V/400V變壓器，產(chǎn)生400V/50HZ三相交流電送至風(fēng)電機(jī)組各功能單元，同時(shí)690V電源也要送至主控室、變流器、機(jī)艙等部件。在每一部分供電電路中，都需要接入保險(xiǎn)絲，使本部分電路發(fā)生故障時(shí)迅速切除電源，并且反映到主控系統(tǒng)，以快速找出故障點(diǎn)。 UPS電源及保護(hù)由于風(fēng)電機(jī)組所處的環(huán)境非常惡劣，電網(wǎng)的突然停電或風(fēng)力機(jī)組的突發(fā)性故障使電網(wǎng)電壓和電流發(fā)生很大的瞬時(shí)變化，從而引起脈沖噪聲、高頻噪聲、計(jì)算機(jī)程序中斷、數(shù)據(jù)丟失等嚴(yán)重后果，所以在對控制系統(tǒng)供電必須考慮安裝不間斷供電電源（UPS），以保證電網(wǎng)停電時(shí)控制器及外設(shè)仍能正常工作[28]。UPS電源一般可分為在線式和后備式兩種。 后備式UPS，平時(shí)蓄電池處于充電狀態(tài)，在停電時(shí)逆變器緊急切換到工作狀態(tài)，將電池提供的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的交流電輸出，因此后備式UPS也被稱為離線式UPS。后備式UPS電源的優(yōu)點(diǎn)是：運(yùn)行效率高、噪音低、價(jià)格相對便宜，主要適用于市電波動不大，對供電質(zhì)量要求不高的場合。然而這種UPS存在一個(gè)切換時(shí)間問題，一般介于2至10毫秒，因此不適合用在關(guān)鍵性的供電不能中斷的場所。 在線式UPS，這種UPS一直使其逆變器處于工作狀態(tài)，它首先通過電路將外部交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，再通過高質(zhì)量的逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為高質(zhì)量的正弦波交流電輸出給計(jì)算機(jī)。在線式UPS在供電狀況下的主要功能是穩(wěn)壓及防止電波干擾；在停電時(shí)則使用備用直流電源（蓄電池組）給逆變器供電。由于逆變器一直在工作，因此不存在切換時(shí)間問題，適用于對電源有嚴(yán)格要求的場合。在風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)供電部分采用在線式UPS，以保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行，并在掉電情況下關(guān)鍵控制部分仍能正常工作。在變槳系統(tǒng)中采用后備式UPS供電方式，在風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障或掉電時(shí)能夠迅速進(jìn)行槳葉控制，使其處于順槳狀態(tài)。由于順槳完成后不再需要電源供電，因此變槳后備電源不須長時(shí)間供電。由于UPS電源在整流逆變環(huán)節(jié)及抗干擾和電磁兼容方面都和開關(guān)電源具有相同的特性，其電磁兼容性設(shè)計(jì)參照下節(jié)內(nèi)容。 開關(guān)電源及保護(hù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的直流供電電源大都采用開關(guān)電源，開關(guān)電源由于體積小、重量輕、效率高，具有傳統(tǒng)線性電源無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。作為風(fēng)電機(jī)組一個(gè)重要的電源部件和重要端口，開關(guān)電源為電磁干擾提供了傳播途徑，同時(shí)它的可靠性也影響到整個(gè)機(jī)組的可靠工作，并且開關(guān)電源也是對外電磁發(fā)射的主要來源。據(jù)統(tǒng)計(jì)[15]，風(fēng)電機(jī)組現(xiàn)場損壞的模塊有30%是由于開關(guān)電源故障引起的，再加上由于電源不穩(wěn)定和干擾引起其他功能性部件故障，設(shè)備由開關(guān)電源引起的故障在50%以上?？梢?，開關(guān)電源穩(wěn)定性和可靠性設(shè)計(jì)對整個(gè)系統(tǒng)具有非常重要的意義。在風(fēng)電機(jī)組中，開關(guān)電源主要包括AC/DC和DC/DC兩種。AC/DC變換是交流電轉(zhuǎn)化為直流電，其功率流向可以是雙向流動的，功率由電源向負(fù)載稱為“整流”，功率流向由負(fù)載返回電源稱為“逆變”。同時(shí)AC/DC變換還可以實(shí)現(xiàn)兩端電源的隔離。DC/DC變換是將固定的直 流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榭勺兊闹绷麟妷海鶕?jù)不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還可以設(shè)定電源輸入輸出端是否進(jìn)行隔離。(1) 開關(guān)電源的電磁干擾源開關(guān)電源有很多的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以構(gòu)成多種多樣的開關(guān)電源電路，但無論何種類型都是利用半導(dǎo)體器件作為開關(guān)工作的，并以導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間的比值來控制輸出電壓的高低。由于通常工作在20KHZ以上的開關(guān)頻率下，所以電路中的、很大，產(chǎn)生很大的浪涌電壓、浪涌電流和其他各種噪聲。這些噪聲通過電源線以共?；虿钅７绞较蛲鈧鲗?dǎo)，同時(shí)還向周圍空間輻射噪聲。 開關(guān)電源產(chǎn)生EMI最根本的原因，就是在其工作過程中產(chǎn)生的高和高，它們產(chǎn)生的浪涌電流和尖峰脈沖形成了干擾源。工頻整流濾波使用的大電容充電放電、開關(guān)管高頻工作時(shí)的電壓切換、輸出整流二極管的反向恢復(fù)電流都是這類干擾源。開關(guān)電源中電壓、電流波形大多數(shù)為接近矩形的周期波，如開關(guān)管的驅(qū)動波形、MOSFET漏源波形等。對于矩形波，周期的倒數(shù)決定了波形的基波頻率；兩倍脈沖邊緣上升時(shí)間或下降時(shí)間的倒數(shù)決定了這些邊緣引起頻率分量的頻率值，其典型值一般在MHZ以上的范圍，諧波頻率將更高。這些高頻信號都對開關(guān)電源基本信號，尤其是控制電路的信號造成干擾。開關(guān)電源的電磁噪聲從噪聲源來說可分為兩大類：一類是由于外界因素影響而使開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾，如通過電網(wǎng)傳輸過來的共模和差模噪聲、外部電磁輻射對開關(guān)電源控制電路的干擾等；另一類是開關(guān)電源內(nèi)部元器件產(chǎn)生的電磁噪聲，如開關(guān)管和整流管的電流尖峰產(chǎn)生的諧波及電磁輻射干擾。開關(guān)電源在受到EMI的同時(shí)也對電網(wǎng)其他設(shè)備及負(fù)載產(chǎn)生