三相电压畸变条件下软件锁相环分析与实现

合集下载

基于DSP的三相软件锁相环设计

收稿日期:2004-05-13作者简介:琚兴宝(1976-),男,硕士研究生,研究方向为电力电子技术。

文章编号:1009-3664(2004)05-0001-04变换与控制基于DSP 的三相软件锁相环设计琚兴宝,徐至新,邹建龙,陈方亮(华中科技大学电气与电子工程学院,湖北武汉430074)摘要:准确获得电网电压的相位角,在电力电子装置设计中有重要的意义。

文中提出了一种在dq 坐标下用DSP 实现的三相软件锁相环,采用滞后控制器使其具有很强的抗干扰能力,和传统的锁相环相比,软件锁相环在实际应用中有更好的效果。

关键词:相位;锁相环;滞后控制;DSP 中图分类号:TN712T N715文献标识码:ADesign of SPLL Based on DSPJU Xing -bao,XU Zh-i x in,ZOU Jian -long,CHEN Fang -liang (Department of Electrical &Electronic Engineering,Huazhong U niversity of Science and Technology,Wuhan 430074,China)Abstract:To obtain phase accurately is important in a desig n of pow er electronic equipments.T hree phases Softw are Phase -Locked Loop(SPLL)based on DSP in the dq reference frame is proposed in this paper.Time -lag controller makes SPLL more robust.T he perform ance of SPLL is more satisfac -tory compared w ith the tradition ones.Key words:phase;phase -locked loop;time -lag controller;DSP 在设计某些电力电子装置(如U PS 、有源滤波器)时,准确而又快速地获得三相电网电压的相位角是保证整个系统具有良好的稳态和动态性能的前提条件。

电网电压不平衡且严重畸变时的软件锁相技术

电网电压不平衡且严重畸变时的软件锁相技术
党存禄;赵晓刚
【期刊名称】《自动化与仪器仪表》
【年(卷),期】2014()1
【摘要】针对传统软件锁相环(SPLL)在三相电压不平衡且严重畸变条件下不能准确跟踪电网电压的频率和相位的问题。

本文提出了一种基于相序解耦(SDR)级联二阶广义积分(SOGI)的新型软件锁相模型,通过SDR和SOGI实现了正负序分离,电压基波提取,以及滤波功能,有效地消除了负序分量、谐波分量对准确获取频率和相位信息的影响。

仿真结果表明在三相电压不平衡且严重畸变的条件下,该新型SPLL 能够准确地锁定电网电压的频率和相位,从而有效性地验证了新方法的正确性。

【总页数】4页(P151-154)
【关键词】软件锁相;正负序分离;电压畸变;相序解耦;二阶广义积分
【作者】党存禄;赵晓刚
【作者单位】兰州理工大学电气工程与信息工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM76
【相关文献】
1.电网电压不平衡和畸变的双馈风电锁相环研究与设计 [J], 徐强;张海燕;张莉;秦臻;郭子雷;
2.电网电压不平衡及谐波畸变时基波电压同步信号的检测 [J], 徐海亮;章玮;胡家兵;
贺益康;周鹏
3.电网电压不平衡和畸变的双馈风电锁相环研究与设计 [J], 徐强;张海燕;张莉;秦臻;郭子雷
4.电网电压不平衡及谐波畸变时基波电压正负序分量分离新方法 [J], 孙伟莎;程启明;程尹曼;谭冯忍;李涛;陈路
5.电网电压不平衡和谐波畸变下新型并网锁相环设计 [J], 王佳浩; 潘欢; 纳春宁因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于dq变换的三相软件锁相环设计_图文(精)

摘要：针对传统锁相环在电压畸变条件下不能获得准确相位的问题，根据软件锁相环（ＳＰＬＬ）原理．提出了一种基于如坐标变换原理获得ＳＰＬＬ线性化模型，并通过ＰＩ控制实现的新型三相ＳＰＬＬ。在三相电压不平衡时。利用Ｔ／４（Ｔ为三相电压周期）延时计算法实现正、负序分量分离，有效地抑制负序分量对相位的影响。通过仿真实验系统，对提出的控制策略在各种电压畸变及三相电压不平衡条件下进行验证。结果表明，该ＳＰＬＬ的动态响应速度快、稳态性能好。并对电压畸变有很强的抑制作用。关键词：软件锁相环：幽坐标变换；畸变电压；正、负序分量中图分类号：ＴＰ２１４
‰㈨：Ｕ以．ｃｏｓ（－ｔｏｔ＋Ｏ一．＋ｎ／）２＋）ｓｉｎ（ｔｏｔ＋０ｐ
％（１－阴）－以
一ｎ／２）＋（６）…’
以ｓｉｎ（一似＋巩＋ｈｉ２）
根据三角函数关系对式（６）进行简化，可得
到式（７）：
ｆＵａ（ｔ－ｒ／４）＂＂坼ｓｉｎ（ｔｏｔ＋０ｐ）一玑ｓｉｎ（一ｔｏｔ＋Ｏ．）
川【％（１－ｒ／４）２一坼ｃｏｓ（ｔｏｔ＋郎）＋以ｃｏｓ（一础＋巩）
第３１卷第４期
电力自动化设备
ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔ
ＶｏＬ３１Ｎｏ．４Ａｐｒ．２０１１
＠２０１１年４，Ｅｌ
基于由变换的三相软件锁相环设计
吉正华１，韦芬卿２，杨海英１
（１．国电南瑞科技股份有限公司，江苏南京２１００６１；
２．国网电力科学研究院，江苏南京２１０００３）
３正、负序分量分离
如果电网电压不平衡．电网电压可由正序分量、负序分量、零序分量３个部分合成。由坐标变换原理可知，三相不平衡电压经过ａ口坐标变换后，零序分量经过口口坐标变换后都为零，再将正序分量和零序分量分离。这样软件锁相的输出可以不受负序和零序的影响．可以保证软件锁相跟踪的是正序基波分量．从而达到抑制畸变电压的目的。

新型软件锁相环三相电压型PWM整流器的控制[1](精)

第４２卷第５期２００８年５月电力电子技术ＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＶｏｌ．４２，Ｎｏ．５Ｍａｙ，２００８新型软件锁相环三相电压型ＰＷＭ整流器的控制曹世华１，张维娜１，沈鸿２，房静１（１．西安理工大学，陕西西安７１００４８；２．深圳易能电气技术有限公司，广东深圳５１８０５７）摘要：在电网电压频率波动或者三相不平衡的情况下，硬件锁相很难准确检测到基波正序的相位。

在结合ＰＷＭ整流并用仿真和实验验证了该器空间矢量解耦控制算法的基础上，将软件锁相环技术应用在ＰＷＭ整流器控制系统中，方案的可行性。

实验结果表明，该方案解决了电网电压频率波动及三相不平衡时的相位同步等问题，并在工程上具有一定参考价值。

关键词：整流器；脉宽调制；软件；锁相／数字信号处理器中图分类号：ＴＭ４６１文献标识码：Ａ文章编号：１０００－１００Ｘ（２００８）０５－００７２－０２Ｔｈｒｅｅ－ＰｈａｓｅＶｏｌｔａｇｅＰＷＭＲｅｃｔｉｆｉｅｒＣｏｎｔｒｏｌｏｆＮｏｖｅｌＳｏｆｔＰｈａｓｅ－ｌｏｃｋｅｄＬｏｏｐＣＡＯＳｈｉ－ｈｕａ１，ＺＨＡＮＧＷｅｉ－ｎａ１，ＳＨＥＮＨｏｎｇ２，ＦＡＮＧＪｉｎｇ１（１．Ｘｉ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００４８，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｈｅｎｚｈｅｎＥｎｃｏｍＥｌｅｃｔｒｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＣｏ．，ＬＴＤ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ５１８０５７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏａｃｃｕｒａｔｅｄｅｔｅｃｔｔｈｅｐｈａｓｅｏｆｐｏｓｉｔｉｖｅｓｅｑｕｅｎｃｅｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｖｏｌｔａｇｅｗｈｉｌｅｔｈｅｐｏｗｅｒｎｅｔｗｏｒｋｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｓｖａｒｉｅｄａｎｄｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｉｓｕｎｂａｌａｎｃｅｄ．ＢａｓｅｄｏｎＳＶＰＷＭｒｅｃｔｉｆｉｅｒｄｅｃｏｕｐｌｅｄｃｏｎｔｒｏｌ，ａｎｏｖｅｌｓｏｆｔｐｈａｓｅｌｏｃｋｅｄｌｏｏｐｉｓｕｓｅｄｉｎＰＷＭｒｅｃｔｉｆｉｅｒｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｖｅａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｐｒｏｖｅｓｔｈｅｓｃｈｅｍｅｉｓｆｅａｓｉｂｌｅ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｉｓｓｃｈｅｍｅｉｓｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎｆｏｒｐｏｗｅｒｎｅｔｗｏｒｋｆｒｅｑｕｅｎｃｙｖａｒｉａｔｉｏｎｓａｎｄｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｕｎｂａｌａｎｃｅａｎｄｓｏｏｎ．Ｉｔｈａｓｃｅｒｔａｉｎｒｅｆｅｒｅｎｃｅｖａｌｕｅｉｎｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ；ｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ｓｏｆｔｗａｒｅ；ｐｈａｓｅ－ｌｏｃｋｅｄ／ｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｏｒ１引言时，若相位不能与电网同步，将给电网带来谐波污染。

三相电压不平衡条件下锁相环的设计与实现

类别：全日制硕士研究生题目：三相电压不平衡条件下锁相环的设计与实现英文题目：Design and Realization of Phase Locked Loop under Three-phase Unbalance Voltages 研究生：林百娟学科名称：控制理论与控制工程指导教师：王生铁教授田桂珍讲师二○○九年五月硕士学位论文分类号:学校代码: 10128 U D C : 学号: 20061197摘要为了保证并网逆变器、静止同步补偿器等电力电子装置在三相不平衡、畸变或电压突降条件下正常工作,要求必须研究使用高性能锁相电路跟踪检测技术，能够快速、准确地锁定正序基波电压相位。

本文针对三相电压不平衡等现象研究了锁相环的设计及实现，主要包括以下几方面：首先，介绍了课题研究的背景及意义，并对锁相环的工作原理、种类及其发展状况作了较为全面的综述，总结了并网变换器对锁相环技术的基本要求。

其次，在分析基于单同步参考坐标系的软件锁相环(SSRF SPLL)的结构和工作原理的基础上，建立其数学模型，分析系统的稳态及动态性能，给出畸变电压下系统的追踪误差，并利用PSCAD/EMTDC软件对其进行仿真研究，结果显示该锁相环在三相电压不平衡时锁相精度不理想。

再次，根据电压不平衡条件下基于解耦双同步参考坐标系的软件锁相环（DDSRF SPLL）的设计思想，推导出双同步参考坐标系下正负序电压的解耦关系式，进行了多同步参考坐标系下正负序电压的解耦网络分析，建立了能够准确、快速地锁定正序电压的DDSRF SPLL结构模型。

仿真结果表明该方法能有效抑制输入电压的不平衡扰动，保证了锁相环的高性能输出。

然后，介绍基于对称分量法的单同步坐标系锁相环(EPLL-SSRF SPLL)的工作原理，利用增强型锁相环和计算单元提取正序分量，建立EPLL-SSRF SPLL的结构模型，研究动态参数对其性能的影响，仿真验证了该锁相环在电压畸变时具有良好性能。

基于同步坐标系的三相电网软件锁相环仿真研究

第２４卷第１期２０１５年２月淮阴丁学 Nhomakorabea院学
报
Ｖｏ１．２４Ｎｏ．１Ｆｅｂ．２０１５
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｕａｉｙｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
条件，计算出用于仿真的各个系统控制参数。利用Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件搭建该仿真模型，并在平衡电网电压和不平衡电
网电压情况下，对系统性能进行分析比较。仿真结果说明，同步坐标系方法能够获得较好的电网信息，相平衡电网时适
ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＳｔｕｄｙｏｆＳｏｆｔｗａｒｅＰｈａｓｅ— — ＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐＢａｓｅｄ
ｏｎｔｈｅＳｖｎ【ｈｒ０ｎ０ｕｓＲｅｆｅｒｅｎｃｅＦｒａｍｅｆｏｒＴｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅＧｒｉｄ
取电网电压变化的信息。阐述了软件锁相环的基本结构和原理，从理论上分析系统的稳定性和跟随特性，用矢量解耦的
方法研究了基于单同步旋转坐标系的软件锁相环的设计方法，用二阶系统的标准形式对调节器参数进行整定。根据实际
２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉ，ｌｅ￣，ｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ２３０００９，Ｃｈｉｎａ）

三相电压不平衡条件下锁相环的设计与实现

仿真结果表明该方法能有效抑制输入电压的不平衡扰动，保证了锁相环的高性能输出。

一种基于TMS320F2812的软件锁相环实现方法

第44卷第8期2010年8月电力电子技术Power ElectronicsVol.44，No.8August ，2010一种基于TMS320F2812的软件锁相环实现方法刘翔，张爱玲（太原理工大学，山西太原030024）摘要：介绍一种基于TMS320F2812三相软件锁相环的实现方法。

该方法利用PI 调节器输出的误差角频率与TMS320F2812定时器计数值的对应关系，产生定时器周期中断，在中断程序中加固定角度，达到锁相的目的。

该方法取代了软件锁相中复杂的积分环节，使实现方法简化。

在三相电压型PWM 整流器控制系统中的应用结果表明该方法的可行性。

关键词：软件锁相环；调节器；中断中图分类号：TN911.8文献标识码：A文章编号：1000-100X （2010）08-0060-02Realization Method of Software Phase -locked Loop Based on TMS320F2812LIU Xiang ，ZHANG Ai -ling（Taiyuan University of Technology ，Taiyuan 030024，China ）Abstract ：A realization method of three phases software phase -locked loop （SPLL ）based on TMS320F2812is presented.The method uses the correspondence between PI regulator output error of the angular frequency and the TMS320F2812timer counts ，resulting in timer periodic interrupt and adding a fixed angel during the interruption process ，to achieve the purpose of phase -locked.This method replaces the SPLL integral part of the complex to simplify the implementation method.A novel three phases SPLL is used in PWM rectifier control system ，the experimental results prove the scheme is feasible.It has certain reference value in the project.Keywords ：phase -locked loop ；rectifier ；interruptFoundation Project ：Supported by National Natural Science Foundation of China （No.50877051）基金项目：国家自然科学基金资助项目（50877051）定稿日期：2010-01-19作者简介：刘翔（1984-），男，山西太原人，硕士，研究方向为电力电子与电力传动。

三相电压不平衡下的软件锁相环设计

- 135 -三相电压不平衡下的软件锁相环设计刘焕1 滕锦芬1 李银玲2（1.华东交通大学电气与电子工程学院，江西南昌 330013；2.长江三峡能事达电气股份有限公司，湖北武汉 430070）【摘要】网侧电压相位的准确获取是PWM 整流器功能实现的前提，文章采用软件锁相环技术解决电压不平衡条件下硬件锁相不准的问题。

讨论了dq 旋转坐标系下锁相环的工作原理，分析了电压不平衡时的相位关系，并设计了相应的软件锁相环。

设计的软件锁相环在matlab/simulink 仿真中得到了验证，对其它电力电子装置中的软件锁相环设计具有借鉴和指导作用。

【关键词】软件锁相环；电压不平衡；PWM 整流器【中图分类号】TM461 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(2011)05-0135-02风力发电、UPFC、HVDC、SSSC、STATCOM 以及变频调速系统中存在的共同结构就是三相PWM 整流器，它可以灵活地控制网侧功率因素的状态运行，具有现能量双向传输的功能。

三相PWM 整流器运行控制的前提是要准确地获取网侧电压相位，主要有硬件和软件两种锁相环技术。

硬件锁相环技术通过捕获某相电压过零比较器输出脉冲的方法实现锁相，该方法具有简单易实现的优点，但在网侧三相电网电压不平衡的情况下，就不能通过某一相的信息获取三相的相位信息，从而影响锁相的精度。

而软件锁相环可以通过对三相电压进行综合处理，从而获取准确的相位信息，其优点在于可以在线修改控制算法，而不必改动硬件电路，使得软件锁相环的应用越来越广泛。

本文围绕三相电压不平衡PWM 整流的锁相问题，说明了三相平衡下的锁相原理，通过分析三相电压不平衡时的相位关系，设计相应的软件锁相环，在MATLAB 下建立了软件锁相环的仿真模型，仿真结果验证了此软件锁相环的有效性和可行性。

（一）软件锁相环原理锁相环由鉴相器、滤波器和压控振荡器三部分组成，假设u i (t)，u o (t)为锁相环输入和输出电压信号。

三相锁相环及仿真

三相锁相环及仿真Newly compiled on November 23, 20202三相电压软件锁相环仿真实现锁相环有很多种方法，目前在电力电子装置实际应用中常用的锁相环技术是过零比较方式，就是通过硬件电路检测电网电压的过零点来获得相位差的信号，然后用硬件或者软件实现锁相。

这种方案原理和结构都很简单，也易于工程上的实现。

但是一个工频周期内电网电压只能检测到两个过零点，这限制了锁相环的锁相速度；而且,当电网侧电压中有含有的谐波或这三相不平衡时，这种方法就不能准确的确定基波正序的过零点了，进而而影响了锁相的精度[38]。

为了避免过零点检测方法带来的问题，本文采用三相软件锁相环(SPLL)[39]方法。

电压合成矢量u s与d、q轴电压分量u sd、u sq的关系图如图所示，对于三相电网，电压合成矢量u s的幅值是不变的，则q轴电压分量u sq反映了d轴电压分量u sd与电网电压合成矢量u s的相位关系。

从图中可以看出，当u sq<0时，说明d轴超前u s，应该减小同步信号的频率；u sq>0时，说明d 轴滞后u s，此时应该增大同步信号频率；u sq＝0时，说明d轴与u s同相。

可见，可以通过控制电网电压q轴分量u sq＝0恒成立，使电网电压合成矢量u s定向于d轴电压分量u sd，实现两者同相位，因此可以得到一个对电压矢量u s进行锁相的方法。

采集得到的压三相对称正弦相电压的瞬时值可以表示为：a m1b m1c m1cos2cos()32cos()3u Uu Uu Uθθπθπ⎧⎪=⎪⎪=-⎨⎪⎪=+⎪⎩(2-36)式中，θ1=ω1t，为输入相位角，ω1为电网角频率；U m为电网电压幅值。

三相对称电压变换到两相静止坐标系α、β轴电压分量u sα、u sβ，两相静止αβ坐标系再经两相旋转坐标系变换后得到的d、q轴电压分量u sd、u sq可以表示为：sd m1sq m1cos()sin()u Uu Uθθθθ=-⎧⎪⎨=-⎪⎩(2-36) 式中，θ＝ωt，三相电压SPLL的输出相位角，ω输出角频率。

三相电压畸变条件下软件锁相环分析与实现

定稿日期：２００７－０１－２２作者简介：周国梁（１９８０－），男，福建上杭人，博士研究生，研究方向为柔性交直流输电与电能质量。

１引言锁相技术广泛用于电力电子装置的控制，用以获得瞬时相位信息，提供计算基准。

其性能对于整个系统性能的影响至关重要，在存在电压畸变如谐波、频率突变、相位突变以及三相不平衡条件下，锁相电路必须能够快速、准确地锁定电压相位。

传统的电压过零锁相电路依赖于电压信号零点时刻的检测，当系统存在电压畸变时，电压信号零点与基波零点不一致，甚至有可能在基波零点附近有多个信号过零点，且动态性能较差。

因此，要满足现代电力电子技术的需要就必须研究使用高精度锁相电路跟踪检测技术。

文献［１，２］对开环锁相系统进行了分析，将三相电压经过α，β变换得到其α，β分量，从而得到其相角值。

这种方法需求得反三角函数值，计算速度较慢，尤其在系统频率变动和三相不平衡时，对畸变电压的抑制作用弱，因此无法正确锁相。

文献［３］提出一种基于三角函数正交性以及自适应滤波原理的相位跟踪闭环控制系统，它克服了模拟锁相环的缺点。

但这种方法采用了傅立叶分析法，使跟踪速度变慢。

为解决上述问题，提出了一种基于智能ＰＩ控制的软件锁相环，通过同步旋转坐标跟踪原理，达到相位锁定的目的。

针对其响应速度与滤波效果之间存在的矛盾，提出了根据锁相误差调整环路带宽的智能ＰＩ控制方法。

试验结果表明，该控制方法的动态响应速度快，稳态滤波效果好。

２软锁相原理设三相系统电压正序分量为：ｕｓａ＝Ｕｃｏｓ（ωｔ＋φ）ｕｓｂ＝Ｕｃｏｓ（ωｔ＋φ－２π／３）ｕｓｃ＝Ｕｃｏｓ（ωｔ＋φ＋２π／３!#"#$）（１）将电压信号从ａ，ｂ，ｃ三相坐标变换到α，β坐标，有：ｕｓαｕｓβ%&＝２３’１－１／２－１／２０３’／２－３’／%&２ｕｓａｕｓｂｕｓｃ())*+,,-（２）通过下式将电压α，β坐标矢量投影到ｄ，ｑ坐标，得：ｕｓｄｕｓｑ%&＝ｃｏｓθｓｉｎθ－ｓｉｎθｃｏｓ%&θｕｓαｕｓβ%&（３）上式的变换相当于引入一个同步旋转坐标，若能使θ与实际正序电压矢量角度θ＊同步变化，则可达到相位锁定的目的。

基于dq变换的改进三相软件锁相环研究

基于 dq变换的改进三相软件锁相环研究摘要：本文研究基于三相四线制有源电力滤波器，对基于dq变换的软件锁相环进行了推导，并指出由于正弦函数的特点和闭环过程，系统会自动稳定在锁相正确时的运行点。

研究相位和频率突变时PI参数的作用，为降低三相电压不对称和谐波对于锁相的影响，在PLL计算之前加入提取基波正序电压的环节。

最后对上述内容进行仿真验证。

关键词：软件锁相环；dq变换；不对称；谐波1 引言实时相位是并网逆变器的基本信息，是APF有功、无功、不平衡和谐波电流跟踪控制的基准。

对于电网电压相对理想或控制器计算能力较弱的应用场合，一般使用硬件电路采用过零点比较锁相，通过硬件滤波可排除谐波电压干扰。

但是对于有较大基波不平衡电压的场合，硬件锁相无不平衡检测能力，只能检测某一相的相位，而不是APF要求的基波正序电压的相位，无法满足要求。

并网逆变器常使用基于傅里叶变换或基于dq变换的软件锁相环，本文采用基于dq变换的三相软件锁相环。

2 基本工作原理文献[1-8]研究了基于dq的软件锁相环，其基本原理如下。

为分析方便，假设三相电压为理想基波正序电压，三相电压表达式为：(2-1)式中：ua ，ub，uc表示三相电压；U表示电压峰值；ω表示电网电压基波角频率；t表示时间；θ表示初相角。

dq变换矩阵为：(2-2)式中：C表示dq变换矩阵；ω1表示dq变换矩阵的角频率，α表示dq变换矩阵的初相角。

将式(2-2)左乘式(2-1)可得：(2-3)式中：ud 表示电压d轴分量；uq表示电压q轴分量。

观察式(2-3)可知，若dq变换矩阵与基波正序电压的角频率和初相角完全一致，则ud 为0，即ud表示实际的锁相误差信号，因此对ud进行PI调节即可实现对于基波正序电压的锁相。

锁相环基本工作原理如图2-1所示，pllpi 表示ud的PI结果；2πfc 表示电网额定角频率，fc一般为50Hz；ωc表示锁相的角频率；f表示锁相的实际电网频率；Ts表示开关周期，10kHz开关频率对应100μs；表示锁相的实时相角，反馈到dq变换公式。

C2000微控制器针对三相并网应用的软件锁相环设计说明书

应用报告ZHCA581A–November2013使用C2000™微控制器针对三相并网应用的软件锁相环设计Manish Bhardwaj摘要并网应用需要对电网相角进行准确估算以将电能同步馈入电网。

这通过一个软件锁相环(PLL)实现。

这份应用报告讨论了为三相并网逆变器设计软件锁相环时的不同需要，并且提出一个使用C2000控制器来设计锁相环的方法。

为了举例说明，讨论了两个常见的PLL结构[1]，[2]，并且使用C2000MCU对其进行设计。

内容1简介 (1)2同步基准框锁相环(PLL) (3)3三相电网内的不均衡 (12)4去耦合双同步基准框PLL (13)5太阳能库和ControlSuite (25)6参考书目 (26)附图目录1从三相电压到静态和旋转基准框的变换 (2)2三相到旋转基准框变换模拟 (2)3静态基准框上基于3相位的SPLL (3)4不同电网条件下的PLL响应 (9)5SRF SPLL使用流程图 (11)6三相电网内的不均衡 (12)7不均衡三相系统的正和负序列 (13)8DDSRF PLL结构 (15)9不同电网条件下的PLL响应 (20)10DDSRF SPLL流程图 (24)11太阳能库和ControlSuite (25)1简介此工具的相位角是诸如光伏(PV)逆变器等将电能馈入电网的功率器件运行所需的关键信息。

一个PLL是一个闭环系统，在这个系统中，内部振荡器被控制用来使用反馈环来保存一个外部周期信号的时间和相位。

此锁的质量直接影响并网应用中控制环路的性能。

在线路多级时，电压不均衡、线路骤降、相位损耗和频率变化是与电网对接设备的常见状况。

此PLL需要能够抑制这些错误源，并且保持一个到电网电压的洁净相位锁。

在三相系统中，通常将三相时间变化量转换为一个直流系统（在一个旋转基准框内）。

公式1显示电压的顺序为Va →Vc→Vb并且频率为ω。

C2000is a trademark of Texas Instruments.All other trademarks are the property of their respective owners.0000cos()sin()0sin()cos()0001V TV dq dqv v d v X v q v v o o ab ab q q a q q b =®éùéùéùêúêúêú=-êúêúêúêúêúêúëûêúëûëû001cos(23)cos(4cos()0sin(2sin(43)sin()0V T V abc abc V V t a V X V t V b V c V o ab ab p pw a p pw b =®éùúéùéùùúêúêúú=úêúêúúúêúêúúûëûêúúëûúûaV cV Alphacos()cos(-2/3)cos(-4/3)V t a V V t b wt V c w w p p éùéùêúêú=êúêúêúêúëûëû简介(1)图1.从三相电压到静态和旋转基准框的变换要把三相量变换为旋转基准框，第一步是将三相量变换为一个正交分量系统（alpha ，beta 也被称为静态基准框），变换方法是将三相量投射到一个正交坐标轴上。

分布式发电系统三相变流器软件锁相环设计

位频率发生微小变化时进行调节的能力【２１。此处设计的软件锁相环主要基于瞬时无功理论，其原理为将三相电压转换到ｄ，ｑ坐标系中，采用低通滤波器减弱在ｄ．口变换过程中畸变电压及
（西安交通大学，陕西西安７１００４９）
摘要：分布式发电并网要求与大电网同频同相，基于瞬时无功理论的软件锁相环可实现电网电压的实时跟踪，但是当电压存在畸变时会出现错误的相位信息。设计了一种加入二阶低通滤波器的软件锁相环，并在光伏发电的实验平台上进行了验证。实验结果表明在电网电压畸变及三相电网电压不对称时，加入二阶低通滤波器
（１）
『Ｍｄ］『Ｕｃｏｓ（ｎｚｏｔ — ｔｏ＋￣ｐ一０１）］
Ｉｑｌ＝ＩＵｓｉｎ（ｒｕａｔ一＋一０１）ｌ
ｌ ‰＿Ｊｌ０Ｊ
（２）
４３
由式（２）及瞬时无功理论［３］可知，当软件锁相
ｔｏｔｈｅｍａｉｎｐｏｗｅｒｇｉｒｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｔｈｅｏｒｙ，ａｓｏｆｔｗａｒｅｐｈａｓｅ — ｌｏｃｋｅｄｌｏｏｐｃａｎｋｅｅｐｔｒａｃｋｏｆｔｈｅｖｏｈａｇｅｐｈａｓｅｏｆｈｅｔｍａｉｎｇｒｉｄ．Ｗｈｅｎｔｈｅｈｒｔｅｅ — ｐｈａｓｅｖｏｈａｇｅｏｆｔｈｅｇｉｒｄｉｓａｓｙｍｍｅｔｉｒｃｏｒｗｉｔｈｈａｒｍｏｎｉｃｃｏｍｐｏ。

基于dq变换的三相软件锁相环设计

基于dq变换的三相软件锁相环设计一、概述在电力系统中，三相软件锁相环（PLL）扮演着至关重要的角色，它能够实现对电网电压、电流等信号的相位和频率的精确跟踪。

随着电力电子技术的不断发展，对三相软件锁相环的性能要求也越来越高。

基于dq变换的三相软件锁相环设计，以其独特的优势，在电力系统中得到了广泛的应用。

dq变换，也称为Park变换，是一种将三相静止坐标系下的电量转换为两相旋转坐标系下的电量的方法。

通过dq变换，我们可以将三相交流信号转化为直流信号，从而简化了信号处理的复杂度。

在三相软件锁相环中，dq变换的应用使得对电网信号的相位和频率跟踪更加准确和快速。

基于dq变换的三相软件锁相环设计，不仅具有高精度、高动态性能的特点，而且能够适应不同电网条件下的运行需求。

通过合理的参数设计和优化算法，可以进一步提高三相软件锁相环的性能，使其在电力系统中发挥更大的作用。

本文将对基于dq变换的三相软件锁相环设计进行详细介绍，包括其基本原理、实现方法、性能分析以及优化策略等方面。

通过本文的阐述，读者可以深入了解基于dq变换的三相软件锁相环的工作原理和实现过程，为其在电力系统中的应用提供有益的参考。

1. 介绍三相电力系统的重要性及其在电力系统中的应用三相电力系统作为现代电力工业的核心组成部分，其重要性不言而喻。

三相电以其独特的优势，如高效性、稳定性和经济效益，在电力系统中占据了举足轻重的地位。

三相电的高效性是其广泛应用的关键所在。

相较于单相电，三相电的功率输出更为稳定，能够有效降低电线损耗，从而提高电能的传输效率。

这种高效性使得三相电在大型电力设备和系统中得到了广泛的应用，如大型发电机组、高压输电线路以及大型工厂的供电系统等。

三相电的稳定性也是其受到青睐的重要原因。

三相电的电压波动相对较小，能够保持较为稳定的输出电压，这对于电力设备的正常运行至关重要。

在大型电气设备中，如电动机、变压器等，三相电的稳定输出能够确保设备的稳定运行，提高设备的使用寿命和运行效率。

三相并网逆变器的软件锁相环研究

１７
成．其结构见图２．ｌＵｌ —Ｕ
ｃ。ｓ（
ｃＯｓ（＋
皇一）
差，且当电网电压出现畸变或三相不平衡时，可能导致同步信号的零点与基波零点不一致，或出现多个
扑结构见图１，其中丁、Ｔ。、Ｔ。、Ｔ、Ｔ、Ｔ。分别代
表主电路部分的６个开关管，利用ＬＣ滤波器进行滤波，滤波器输出并网电流为。、Ｉｊ．
第２８卷第４期
ＶＯ１．２８ＮＯ．４
湖北工业大学学
报
２０１３年Ｏ８月
Ａｕｇ．２０１３
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｕｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
实现方案．
［关键词］并网逆变器；软件锁相环；２陷波器；仿真实验［中图分类号］ＴＭ４６４［文献标识码］：Ａ
并网逆变器作为能量传输的通道，是新能源发
电、光伏发电和分布式发电系统等的重要组成部分，
［收稿日期］２０１３ —０４ —２２［作者简介］潘￣（１９６２），男，上海人，湖北工业大学副教授，研究方向为控制理论与控制工程
图１三相并网逆变器拓扑结构
２三相软件锁相环的基本原理
［摘要］针对传统的软件锁相环在电压畸变和三相电压不平衡的情况下存在的锁相精度不高和动态响应慢的问题，利用坐标变换方法，在传统的软件锁相环基础上，添加了２陷波器环节，成功实现了正、负序分量的分离，从理论分析和仿真两方面证实了该方法能够精确的锁定电压相位，且具有较好的动态响应特性，并提出了基于ＦＰＧＡ的

一种三相电压的软件锁相方法

，ｅｉｇ９９９ＵｏｔｅＡ，０６ｂｉｎ）Ｐ０ｊ
Ａｂｔｃ：ｎｅｅｄｓｒｄｖｌｇｏｄｔｎｔｅｓｓｅｗｕｄｐｏｕｅｅｒｒｐａｅｉｆｒｔｎｂａｉｏａｓｒｔＵｄｒｔｉｔｔｏｔｅｃｎｉｏ，ｈｙｔｍｏｌｒｄｃｒｏｈｓｏｍａｉｙｔｄｔｎｌａｈｏｅａｉｎｏｒｉ
摘要：传统的硬件锁相方法在畸变电压条件下会得到错误的相位信息。这里提出了一种基于Ｐ控制Ｉ
的软件锁相环，通过同步旋转坐标跟踪原理，达到相位锁定的目的。在波形畸变、相位突变等条件下，具有都
良好的抗干扰能力，以较快速度、高精度实现锁相。仿真实验验证了该方法的正确性。能较
要满足现代电力电子技术的需要，必须研究使用就
获得瞬时相位信息，以提供计算基准，其性能对于
整个系统性能的影响至关重要。准确而快速地获得电网电压的相位角是保证系统具有良好稳态和动
态性能的前提。
收稿日期：０１０ — ４２１— ８２
２２
国避鼢
高精度锁相跟踪检测技术。在存在电压畸变如谐
波、率突变、频相位突变以及三相不平衡条件下，锁到了锁相的目的。
通过以上分析，得三相软件锁相环的结构如可