【正文】 開(kāi)關(guān)電源的電磁噪聲從噪聲源來(lái)說(shuō)可分為兩大類：一類是由于外界因素影響而使開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的干擾，如通過(guò)電網(wǎng)傳輸過(guò)來(lái)的共模和差模噪聲、外部電磁輻射對(duì)開(kāi)關(guān)電源控制電路的干擾等；另一類是開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部元器件產(chǎn)生的電磁噪聲，如開(kāi)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。對(duì)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。工頻整流濾波使用的大電容充電放電、開(kāi)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。這些噪聲通過(guò)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。(1) 開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾源開(kāi)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(kāi)關(guān)電源電路，但無(wú)論何種類型都是利用半導(dǎo)體器件作為開(kāi)關(guān)工作的，并以導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間的比值來(lái)控制輸出電壓的高低。同時(shí)AC/DC變換還可以實(shí)現(xiàn)兩端電源的隔離。在風(fēng)電機(jī)組中，開(kāi)關(guān)電源主要包括AC/DC和DC/DC兩種。據(jù)統(tǒng)計(jì)[15]，風(fēng)電機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)損壞的模塊有30%是由于開(kāi)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(kāi)關(guān)電源引起的故障在50%以上。 開(kāi)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(kāi)關(guān)電源，開(kāi)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(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。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(zhǎng)時(shí)間供電。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。然而這種UPS存在一個(gè)切換時(shí)間問(wèn)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(chǎng)所。 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。 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(duì)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]。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。這樣就在出現(xiàn)瞬間過(guò)電壓時(shí)就能起到穩(wěn)定后級(jí)電路電壓的作用，如果瞬間電壓過(guò)高，則保險(xiǎn)絲Q1熔斷動(dòng)作，此時(shí)應(yīng)啟動(dòng)繼電保護(hù)電路，迅速切除電源。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(jí)電路。因而在配電系統(tǒng)中需要對(duì)不同的負(fù)載供電電源進(jìn)行隔離或者分開(kāi)供電。在供電系統(tǒng)中需要使控制系統(tǒng)電源和大功率的動(dòng)力負(fù)載電源分開(kāi)，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(dòng)力電、400V三相動(dòng)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。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，在風(fēng)力機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)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(duì)電源系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)和保護(hù)環(huán)節(jié)十分重要。下面根據(jù)不同的受干擾對(duì)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)組控制系統(tǒng)抗干擾研究 針對(duì)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。 感應(yīng)電壓 若輻射場(chǎng)以電場(chǎng)為主，則 公式（418） 若輻射場(chǎng)以磁場(chǎng)為主，則 公式（419）其中是兩根導(dǎo)線之間的距離。可以看出在兩根導(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(chǎng)對(duì)回路的耦合稱為共模耦合。 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(chǎng)為 公式（414） 公式（415）若輻射場(chǎng)以電場(chǎng)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(zhǎng)度。輻射場(chǎng)可以通過(guò)導(dǎo)線的耦合干擾，很多電子設(shè)備用金屬殼屏蔽，騷擾場(chǎng)可以通過(guò)引出的電源線或電纜耦合進(jìn)入設(shè)備造成干擾。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(hào)。（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。（2） 等效天線輻射，導(dǎo)線、傳輸電纜中通過(guò)高頻電流，有天線輻射效應(yīng)，向周圍空間輻射電磁信號(hào)。 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(huì)通過(guò)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。一對(duì)導(dǎo)線上如流過(guò)共模電流則兩條線上的電流方向相同。 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。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(hào)從信號(hào)源出發(fā)通過(guò)傳輸線到達(dá)負(fù)載阻抗時(shí)，如果=則沒(méi)有反射，信號(hào)能量全部被吸收，這是匹配狀態(tài)，上的電壓就是信號(hào)的入射電壓。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。 短路可以用集中參數(shù)等效電路來(lái)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(zhǎng)度上的分布參數(shù)值乘以傳輸線長(zhǎng)度。根據(jù)傳輸線長(zhǎng)度與信號(hào)頻率的關(guān)系，可把傳輸線分為長(zhǎng)線和短線，長(zhǎng)線和短線應(yīng)采取不同的方法處理[11][23]。特征阻抗與導(dǎo)線長(zhǎng)度無(wú)關(guān)，它描述的是傳輸線的分布參數(shù)特征。 傳輸線阻抗分布對(duì)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(wú)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)。（4）傳輸線的特征阻抗傳輸線具有電阻、電感和電容，對(duì)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)。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(huì)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。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?？梢院雎裕话惴Q導(dǎo)線的電感時(shí)均指導(dǎo)線的外電感。（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(chǎng)，因此導(dǎo)線具有內(nèi)電感和外電感，內(nèi)電感與內(nèi)磁場(chǎng)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。導(dǎo)線的交流電阻可用改變截面積形狀的方法來(lái)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。當(dāng)導(dǎo)線中流過(guò)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(méi)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。 傳導(dǎo)干擾在電路原理圖中，傳輸線僅僅是一對(duì)理想的連接導(dǎo)線，但在實(shí)際使用中傳輸線具有電阻、電容、電感，尤其在頻率比較高時(shí)這些分布參數(shù)對(duì)信號(hào)的傳輸有著十分重要的影響。干擾源周圍空間存在著電場(chǎng)和磁場(chǎng)，會(huì)對(duì)附近敏感設(shè)備產(chǎn)生干擾，這種方式稱為近場(chǎng)耦合干擾。電磁干擾(EMI)定義為：電磁騷擾引起的設(shè)備、傳輸通道或性能的下降?！保ǔ鲎試?guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB7285《電磁干擾和電磁兼容名詞術(shù)語(yǔ)》）簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)即：設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力[13]。因此對(duì)系統(tǒng)的可靠性和電磁兼容性的設(shè)計(jì)尤為重要。 第四章 風(fēng)電機(jī)組電磁干擾理論及電控系統(tǒng)抗干擾研究對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)電控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于風(fēng)機(jī)運(yùn)行環(huán)境十分惡劣，尤其對(duì)變流系統(tǒng)、電機(jī)控制系統(tǒng)的電力電子設(shè)備，電子電路與通訊接口及通信線路，系統(tǒng)與系統(tǒng)之間，系統(tǒng)內(nèi)部各元器件之間都存在各種各樣的干擾問(wèn)題。 多圈磁性編碼器ATM60A4A0接口本章小結(jié) 本章主要對(duì)電控子系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、功能、機(jī)組運(yùn)行信號(hào)及系統(tǒng)軟硬件的實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì)。SSI高速同步串行接口只用簡(jiǎn)單的四條線就可以完后25條線才能完成的數(shù)據(jù)傳輸工作，大大簡(jiǎn)化了接線和數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程。編碼器接口定義如圖所示，其中，信號(hào)Data+、Data、Clock+、Clock為SSI同步串行接口。所以，磁性編碼器越來(lái)越多的被應(yīng)用在位置測(cè)量控制等方面。同時(shí)采用新型的SMR（磁敏電阻）或霍爾效應(yīng)傳感器作為敏感元件，信號(hào)穩(wěn)定、可靠。在高速度、高精度、小型化、長(zhǎng)壽命的要求下，磁性編碼器以其突出特點(diǎn)而獨(dú)具優(yōu)勢(shì)，成為發(fā)展高技術(shù)產(chǎn)品的關(guān)鍵之一。（2）磁性編碼器[22]磁性編碼器是近年發(fā)展起來(lái)的一種新型電磁敏感元件，它是隨著光學(xué)編碼器的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。多圈絕對(duì)編碼器運(yùn)用鐘表齒輪機(jī)械的原理，當(dāng)中心碼盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)齒輪傳動(dòng)另一組碼盤(pán)（或多組齒輪，多組碼盤(pán)），在單圈編碼的基礎(chǔ)上再增加圈數(shù)的編碼，以擴(kuò)大編碼器的測(cè)量范圍，這樣的絕對(duì)式編碼器就稱為多圈絕對(duì)值編碼器，它同樣是由機(jī)械位置確定編碼，每個(gè)位置編碼唯一不重復(fù)，而無(wú)需記憶。如果要測(cè)量旋轉(zhuǎn)超過(guò)360176。時(shí)，編碼又回到原點(diǎn)，這樣就不符合絕對(duì)編碼唯一的原則，這樣的編碼只能用于旋轉(zhuǎn)范圍360176。這樣，編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性得到大大提高。這樣的編碼器是由碼盤(pán)的機(jī)械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。為此，在實(shí)際應(yīng)用中中就需要每次操作先找參考點(diǎn)，開(kāi)機(jī)找零。解決的方法是增加參考點(diǎn)，編碼器每經(jīng)過(guò)參考點(diǎn)，將參考位置修正進(jìn)計(jì)數(shù)設(shè)備的記憶位置。當(dāng)編碼器不動(dòng)或停電時(shí)，依靠計(jì)數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶來(lái)記住位置。前文所介紹的增量型光電編碼器即可以實(shí)現(xiàn)位置測(cè)量。（1）絕對(duì)編碼器在風(fēng)電機(jī)組中，位置信號(hào)的測(cè)量的對(duì)象主要為變槳距葉片位置。位置控制主要是達(dá)到精確的位置控制，速度環(huán)要實(shí)現(xiàn)快速的跟蹤，電流環(huán)實(shí)現(xiàn)快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。另外，電動(dòng)變槳距的三個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器必須在其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)精確的同步功能，要求之間的通訊必然要達(dá)到系統(tǒng)的整體精度要求。 逆變器輸出頻率可調(diào)的交流電，輸入到電樞繞組中。 對(duì)于三相永磁同步電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度，磁極位置和系統(tǒng)的定位控制三個(gè)功能要采用絕對(duì)式光電編碼器。定子上有三相電樞繞組，接可控的變頻電源。伺服系統(tǒng)主要由四部分組成：三相永磁同步電動(dòng)機(jī)，速度和位置傳感器，變頻器，控制器。到目前為止，高性能的電伺服系統(tǒng)大多采用永磁同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)，控制驅(qū)動(dòng)器多采用快速、準(zhǔn)確定位的全數(shù)字位置伺服系統(tǒng)[15]。對(duì)定子電流幅值和相位進(jìn)行控制，達(dá)到了對(duì)定子對(duì)定子電流瞬間值進(jìn)行細(xì)微控制的要求。由磁極位置信號(hào)控制同步伺服電動(dòng)機(jī)電樞電流的相位，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向與電樞電流矢量的磁場(chǎng)在空間上正交，在其它條件一定時(shí)，所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩最大。在伺服電動(dòng)機(jī)軸的非負(fù)載側(cè)安裝速度檢測(cè)器和位置傳感器。另一方面有要求變漿距電機(jī)具有扭矩大、結(jié)構(gòu)小、總量輕、響應(yīng)速度快、控制精度高等特點(diǎn)?？赏ㄟ^(guò)這兩個(gè)限位開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)進(jìn)行剎車控制。在槳葉上還有兩個(gè)限位開(kāi)關(guān)，分別指示節(jié)距角0176。當(dāng)來(lái)自滑環(huán)的電網(wǎng)電壓掉電時(shí)，備用電源直接給變槳控制系統(tǒng)供電，仍可保證整套變槳電控系統(tǒng)正常工作。順槳到90176。每個(gè)葉片的變槳控制柜，都配備一套由超級(jí)電容組成的備用電源，超級(jí)電容儲(chǔ)備的能量，在保證變槳控制柜內(nèi)部電路正常工作的前提下，足以使葉片以10176。變槳系統(tǒng)可以通過(guò)控制撥碼開(kāi)關(guān)分別進(jìn)入自動(dòng)或手動(dòng)狀態(tài)，在自動(dòng)狀態(tài)所有控制過(guò)程由控制系統(tǒng)來(lái)完成，在手動(dòng)狀態(tài)可以手動(dòng)控制槳葉的節(jié)距角從090176。然后控制系統(tǒng)將等待風(fēng)速降低到再啟動(dòng)風(fēng)速以下，重新啟動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)。風(fēng)速超過(guò)停止風(fēng)速值，系統(tǒng)將發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)斷開(kāi)，并將葉片角度調(diào)節(jié)到全順漿位置（90176。3）高風(fēng)速（高于額定風(fēng)速，低于切出風(fēng)速）風(fēng)機(jī)發(fā)出額定功率的電；當(dāng)風(fēng)速超過(guò)額定風(fēng)速時(shí)，風(fēng)的動(dòng)能足以滿足風(fēng)機(jī)產(chǎn)生額定功率，系統(tǒng)調(diào)整葉片的角度（調(diào)大葉片的角度）使功率達(dá)到額定值。當(dāng)風(fēng)速提高時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速以及發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也相應(yīng)提高，葉片的角度相應(yīng)地被控制器調(diào)小，直到發(fā)電機(jī)的連接達(dá)到最佳的條件。1）低風(fēng)速（低于風(fēng)機(jī)切入風(fēng)速），控制系統(tǒng)將發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)斷開(kāi)；風(fēng)速低于但是接近于風(fēng)機(jī)切入風(fēng)速的時(shí)候(4m/s)，控制系統(tǒng)將葉片角度調(diào)整到45o左右。控制系統(tǒng)選擇這些變量的最合適的操作參數(shù)[12]。這樣，風(fēng)機(jī)保持在最佳的功率曲線運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲；當(dāng)風(fēng)速超過(guò)額定風(fēng)速時(shí)，系統(tǒng)調(diào)節(jié)葉片的受風(fēng)角度，使風(fēng)機(jī)產(chǎn)生額定的發(fā)電功率。調(diào)整風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速在同步轉(zhuǎn)速附近，尋找最佳時(shí)機(jī)并網(wǎng)。左右），風(fēng)輪開(kāi)始起動(dòng)。當(dāng)測(cè)量風(fēng)速在10分鐘內(nèi)平均達(dá)到起動(dòng)風(fēng)速時(shí)，槳葉向0176。變距風(fēng)輪的葉片在靜止時(shí)，節(jié)距角為90176。在輪毅內(nèi)齒圈的邊上又安了一個(gè)電渦流傳感器，直接檢測(cè)內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，即槳葉節(jié)距角變化，當(dāng)內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒，電渦流傳感器輸出一脈沖信號(hào)。 變槳控制系統(tǒng)原理 變漿距控制過(guò)程每個(gè)槳葉分別采用一個(gè)帶位移反饋的伺服電機(jī)進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)，位移傳感器采用光電編碼器，安裝在電動(dòng)機(jī)輸出軸上，采集電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度。 變槳控制系統(tǒng)原理 ，控制器根據(jù)當(dāng)前風(fēng)速大小，通過(guò)相應(yīng)的控制算法給定當(dāng)前葉片節(jié)距角為，通過(guò)節(jié)距角控制器把角度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的控制信號(hào)，通過(guò)伺服控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)變漿距機(jī)構(gòu)進(jìn)行節(jié)距角調(diào)整。在獨(dú)立變槳控制中，又有兩種選擇：獨(dú)立液壓變槳和獨(dú)立電變槳。 變槳控制系統(tǒng)變槳控制系統(tǒng)是雙饋型風(fēng)電機(jī)組的主要控制部分之一，變槳距技術(shù)的算法和實(shí)現(xiàn)是整個(gè)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。扭纜開(kāi)關(guān)是在電纜轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將金屬線纏繞在電纜上，當(dāng)金屬線都繞在電纜上后會(huì)拉動(dòng)此開(kāi)關(guān)，使風(fēng)機(jī)立即停止偏航，