基于同步旋转坐标变换的三相锁相环设计
三相不平衡条件下基于可变采样周期的锁相环研究
（5）
为了实现相位锁定，应当控制使得 φu 与 φref 相 等。 从式（4）、（5）可知通过调节 Ts 可实现参考相位 和实际相位的零误差，且最终稳定后的采样频率是 Npll 倍的工频。
由上述仿真可以看出，当三相电网出现电压不 平衡、存在谐波电压或者是频率突变时，该锁相环 都可以完全锁定电网中的正序基波分量。
4 小结
图 4 频率突变时 VSP_PLL 锁相情况
本文将滑动 Gortzel 滤波器加入基于采样周期 变 化 的 锁 相 环 （VSP_PLL）中 ，在 三 相 电 压 不 平 衡 、 存 在谐波电压或者是频率突变时可以很好地锁定三 相电网中的正序基波分量，而且系统具有动态性能 好、动态响应时间短、稳态精度高等优点。
其 中 flag 为 频 率 突 变 标 志 位 、ua 为 A 相 相 电 压 、ua+为 A 相 正 序 相 电 压 、cos(φref)为 参 考 相 位 对 应 的余弦函数、eφ 为 相 位 误 差 、eSG 为 滤 波 器 输 出 的 相 位误差、fs 为采样频率。
由图 4 可知，当发生频率突变时，系统经过两 个工频周期的调节时间最终再次达到稳定。 可以看 出，系统的动态性能好，动态响应时间短。 由图 5、图 6 可知， 滤波器可以完全消除相位误差中的振荡信 号，最终实现稳态零误差。
system under distorted utility condition [J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 1997, 33(1): 58-63. [3] P Rodriguez, J Pou, J Bergas, et al. Double Synchronronous Reference Frame PLL for Power Converters Control [J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2005, 22 (2): 1415-1421. [4] Masound Karimi -Ghartemani, M Reza Iravani. A Method for Synchronization of Power Electronic Converters in Polluted and Variable -Frequency Environments [J]. IEEE Transactions on. 2004,19(3): 1263-1270. [5] (美) G. Richard Lyons 著, 朱 光 明, 程 建 远, 刘 保 童,等 译, 王万银校. 数字信号处理(第二版)[M]. 北京 ：机 械 工 业 出 版社, 2006. [6] R Petrocelli, S Maestri, M Benedetti, and R Retegui. Digital synchronization method for three phase systems [J]. in Intelligent Signal Processing 2007. WISP 2007. IEEE in-
基于dq变换的三相软件锁相环设计_图文(精)
‰㈨：Ｕ以．ｃｏｓ（－ｔｏｔ＋Ｏ一．＋ｎ／）２＋）ｓｉｎ（ｔｏｔ＋０ｐ
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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。
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。
三相锁相环环路设计
三相锁相环环路设计
三相锁相环（Phase-Locked Loop, PLL）是一种闭环相位控制系统，用于同步三相电压或电流信号。
它由鉴相器（Phase Detector）、环路滤波器（Loop Filter）和电压控制振荡器（V oltage Controlled Oscillator, VCO）三个主要部分组成。
以下是三相锁相环的基本设计步骤：
1. 确定相位差：将输入的三相电压或电流信号与参考电压或电流信号进行比较，得到相位差。
2. 滤波：将环路输出信号进行滤波，以消除高频噪声和直流偏移。
3. 调节振荡频率：通过调节电压控制振荡器（VCO）的电压，控制振荡器的频率，从而调整环路的相位。
4. 调节相位差：通过调节环路滤波器的反馈电阻或电感，调节环路的相位稳定性。
5. 调节增益：通过调节环路滤波器的增益，调节环路的放大倍数，以保证环路的稳定性。
在实际应用中，为了获得最佳的锁相环性能，通常会对环路进行优化设计，例如将环路简化为二阶或三阶模型，计算环路参数和增益，以获得最佳相位稳定性和带宽。
此外，在设计三相锁相环时，还需要考虑到一些特殊的需求，例如在三相并网逆变器中，需要设计软件锁相环以同
步三相电压或电流信号。
针对这些需求，可以使用C2000控制器等硬件平台来设计锁相环电路。
基于同步坐标系的三相电网软件锁相环仿真研究
报
Ｖｏ １ ． ２ ４ Ｎｏ ．１ Ｆｅ ｂ． ２ ０１ ５
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈｕ ａ ｉ ｙ ｉ ｎ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
条件 ， 计算 出用 于仿真 的各个 系统控 制参数 。利用 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ ／ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ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
Ｓｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｔ ｕｄ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ Ｐｈ ａ ｓ ｅ— — Ｌｏ ｃ ｋ ｅ ｄ Ｌｏ ｏ ｐ Ｂａ ｓ ｅ ｄ
ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｓ ｖ ｎ 【 ｈ ｒ ０ ｎ ０ ｕ ｓ Ｒｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎｃ ｅ Ｆｒ ａ ｍｅ ｆ ｏ ｒ Ｔｈｒ ｅ ｅ—ｐｈ ａ ｓ ｅ Ｇｒ ｉ ｄ
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 ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ， ｌ ｅ￣ ， ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｈｅ ｆ ｅ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，Ｈ ｅ ｆ ｅ ｉ ２ ３ ０ ０ ０ ９ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
三相锁相环算法
三相锁相环算法三相锁相环算法是一种常用的控制算法，用于同步两个或多个信号的相位和频率。
它在许多领域中都有广泛的应用，如通信系统、电力系统和自动控制系统等。
本文将详细介绍三相锁相环算法的原理、应用和优缺点。
一、原理三相锁相环算法的原理基于负反馈控制的思想。
它通过比较输入信号和参考信号的相位差，然后根据相位差的大小调整输出信号的频率和相位，从而使输出信号与参考信号保持同步。
具体来说，三相锁相环算法包括三个主要组件：相位检测器、环路滤波器和压控振荡器。
相位检测器用于测量输入信号与参考信号的相位差，环路滤波器用于平滑相位差的变化，压控振荡器用于调整输出信号的频率和相位。
二、应用三相锁相环算法在通信系统中有着广泛的应用。
例如，在无线通信系统中，接收机需要与发射机保持同步，以确保信号的正确接收。
通过使用三相锁相环算法，接收机可以根据接收到的信号与发射信号之间的相位差，自动调整自身的频率和相位，实现同步接收。
三相锁相环算法还可以应用于电力系统中。
在电力系统中，各个发电机需要同步工作，以确保电网的稳定运行。
通过使用三相锁相环算法，发电机可以根据电网的频率和相位差，自动调整自身的频率和相位，实现与电网的同步。
三相锁相环算法还可以应用于自动控制系统中。
例如，在自动驾驶系统中，多个传感器需要同步工作，以提供准确的环境感知数据。
通过使用三相锁相环算法，各个传感器可以根据参考信号，自动调整自身的频率和相位，实现同步工作。
三、优缺点三相锁相环算法具有以下优点：1. 可以实现快速同步：三相锁相环算法可以快速地将输出信号与参考信号同步，确保信号的准确接收或传输。
2. 高精度的同步：三相锁相环算法可以达到很高的同步精度，通常可以达到纳秒级别的精度。
3. 稳定性好：三相锁相环算法通过负反馈控制，可以实现对相位差的稳定控制，使系统具有良好的稳定性。
然而，三相锁相环算法也存在一些缺点：1. 系统复杂：三相锁相环算法由多个组件组成，需要进行参数调整和系统优化，增加了系统的复杂性。
基于d-q坐标变换的三相锁相环研究
Ｕ ｑ ＞ ０ ，ｄ 轴滞后 ｕ 应 增 大 同 步 信 号 频 率 ；Ｕ ｑ ＜ Ｏ ，ｄ 轴 超 前ｕ 应减 小 同 步信 号 频 率 ；Ｕ ｑ ： ０ ，ｄ 轴 与ｕ 同 相位 。因 此 ，可 以通过 控 制ｕ ，使ｕ ＝ Ｏ 来 实现 两 者之 间 的 同相 ，完成 鉴相 。 相位 锁定后 ， ０ 与 ０的 差 值 趋 近 于 零 ，可将 式线 性化 为 ：
何 准 确 快速 地 锁住 电网 相位 ，不仅 对 于 能 ｃ ｏ ｓ （ ： ２ ） 量 充 分利 用 有 重大 意 义 ， 同时 对于 并 网 逆 变 器 本 身 的稳 定性 也 具 有相 当的 意义 。 在 式中： ０ ． 为 电网输 入相 位 角 ｕｃ ＝Ｆ （ ） ・ （ ） （ １ １ ） 三 相 并 网逆 变 器 中 ，常 用过 零 点 电压 检 测 通 过静 止 坐标 系 变 换 ，将 静止 三 维坐 本 文采 用 的环 路滤 波 器为 一个 一 阶 比 的方 法 来 实现 锁相 ，这 种方 法 虽然 简 单 易 标 系 转 换成 静 止 二维 坐标 系 ：将 三 相 电压 例 积分 滤波 器 。传递 函数 为 ：
Ｆ （ ） ＝ 二
（ １ ２ ）
； １ ０ ｌ 一 盔 Ｉ
１ ． 引言 能源 是 人 类赖 以生存 和 发展 的重要 基 础 ，可以说人类社会是越来越离不开能源…。 当 今 世界 ，随着 的 经济 迅 猛 发展 和 社会 的 日益 进步 ，人类 对 能源 需求 量 也可 以说是
鉴 相 器 是 一 个 相 位 的 比 较 环 节 ， 用 来 检测 输 入 信 号 相位 ０ （ ｔ ） 与 反 馈信 号相 位０ （ ｔ ） 的相 位 差 ０ （ ｔ ） ，并将 这个 信 号 之 间 的 相 位 差 转 换 为 电 压 形 式 ，鉴 相 器 的 输 出 电压 ｕ 与相位 之 间的函数关 系 ： 日益 增加 ，使得 煤 炭 、石 油 、 天然 气等 化 ｕ （ ｔ ） ＝ ，（ ０ （ ｔ ） ） ，这 个 函 数 关 系 是 鉴 相 石 能源 的枯 竭速 度 迅猛 。与 此 同时 ，技 术 器 的鉴 相 特 性 ， 当输入 信 号 的信 噪 比 下降 的 发 展对 于 环境 的影 响 同样 不可 忽 视 ，如 时 ，鉴 相特 性就 趋近 于 正弦 。 何 能 找到 一 种可 再 生 的绿 色 能源 成 为全 世 本文 中三相 Ｐ Ｌ Ｌ 的鉴 相器 是通 过 ｄ － ｑ 旋 界 共 同要 面 对 问题 ，太 阳能 发 电技 术就 是 转 坐标 变 换 来实 现 的 。将 三 相 电 网电压 向 在 这 个时 候 出现 在 了人们 的 眼 前 ， 由于其 量 ｕ 经Ｃ ｌ ａ ｒ ｋ 变 换使 静 止 的 三相 坐 标 系变 无 污 染 ，可 再 生这 些优 点 ，使得 太 阳 能发 换 成 两 相 正 交 的 静 止 向量 ｕ 、 ｕ 。 ，假 设 电技术 成为 了未来 发展 的主 流 。 三 相 电压 Ｕ ，ｕ ，ｕ 。 是 理 想 的 ， 归一 化 后 光伏 并网 逆变 器 作为 太 阳 能发 电系统 得 ： 的 重 要组 成 部 分 ，受 到 了越 来越 多 人 的关 Ｃ Ｏ Ｓａ 注 ，而锁 相 技 术又 作 为 并网 逆变 器 的 一项 『 “ ］ Ｃ Ｏ Ｓ （ 一 ÷ ） 重 要 技 术 ，也 受 到 了人 们广 泛 的关 注 。 如 “ ｌ ｊ ｌ ＝
基于d_q坐标变换的三相锁相环研究_姜英
uc (t ) p (15)
式中 为积分因子，是相位与角频率 之间产生的关系； 将其进行拉氏变换可得传递函数：
2 ( s ) k0 (16) U c (s) s
/2013.04/
-61-
》 》
电工研究
》 》 电工研究
PLL θ1(t)
H (s) k0 k q F ( s ) s k0 k q F ( s )
(17)
在将F(s)带入式中可将传递函数写 为：
k0 kq 2 kk 1 s 2 s 0 q s 1 1 1 H (s) 1 s 2 k k kk s k0 k q s2 0 q 2 s 0 q s 1 1 1
100
把传递函数归一化后得：
H (s) 20 s 0 2 (19) s 20 s 0 2
2
PD
uq(t)
LF
uc(t)
VCO
θ2(t)
0 -100 -200 -300 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
图1 锁相环基本组成框图 Fig1.Phase-locked loop basic composition diagram
1.引言 能源是人类赖以生存和发展的重要基 础，可以说人类社会是越来越离不开能源[1]。 当今世界，随着的经济迅猛发展和社会的 日益进步，人类对能源需求量也可以说是 日益增加，使得煤炭、石油、天然气等化 石能源的枯竭速度迅猛。与此同时，技术 的发展对于环境的影响同样不可忽视，如 何能找到一种可再生的绿色能源成为全世 界共同要面对问题，太阳能发电技术就是 在这个时候出现在了人们的眼前，由于其 无污染，可再生这些优点，使得太阳能发 电技术成为了未来发展的主流。 光伏并网逆变器作为太阳能发电系统 的重要组成部分，受到了越来越多人的关 注，而锁相技术又作为并网逆变器的一项 重要技术，也受到了人们广泛的关注。如 何准确快速地锁住电网相位，不仅对于能 量充分利用有重大意义，同时对于并网逆 变器本身的稳定性也具有相当的意义。在 三相并网逆变器中，常用过零点电压检测 的方法来实现锁相，这种方法虽然简单易 实现，但对于电网电压畸变敏感，容易失 效。为此，本文提出了一种基于d-q旋转 坐标变换的方式来实现锁相，使得锁相精 度高，动态效果好，仿真实验充分证明了 这一点。 2.原理与设计 2.1 锁相环的基本原理 为了避免太阳能电池所发的电能送入 电网后对电网造成谐波污染，需要保证向电 网输送电能时的输入电压信号相位角与电网 电压相位角同步，这就需要锁相技术。锁相 环就是通过对电网电压的检测与监控并对电 网电压相位进行控制的一项技术。 锁相环的基本任务[2]就是快速且准确 地检测出电网信号并且跟踪电网信号的频 率和相位。锁相环一般由鉴相器、环路滤 波器、压控振荡器所组成。其基本工作原 理：鉴相器将电网信号与控制系统同步信 号的相位差转化成电压，经过环路滤波器 滤除一些谐波后送入压控振荡器，从而改 变系统内部的相位和频率，使之于电网电 压一致。 如图1所示，是由鉴相器(PD)、环路 滤波器(LF)、压控振荡器(VCO)3个主要部 分组成的。 2.2 鉴相器（PD）
基于解耦双同步坐标变换的三相锁相环研究
基于解耦双同步坐标变换的三相锁相环研究唐轶;谢永强;王扬;刘全景;朱玉振【摘要】提出了一种三相电压在三相电压不对称、频率突变、相位突变、注入谐波等不平衡情况下,准确锁定基波正序电压频率以及相位的方法.正(负)序同步坐标变换后,将产生二倍频交流分量,这个分量可以看作是由负(正)序电压分量导致的.通过提取负(正)序同步坐标变换下的直流分量,对正(负)序同步坐标变换下的二倍频交流分量进行补偿,构建了正负序解耦模块;同时,合理设计低通滤波器,滤除高次谐波分量,从而准确提取出了三相不平衡电压的正序基波分量.仿真结果表明,该方法能更快速准确的锁定基波正序电压的频率及相位.%This paper proposes a method of three-phase voltage and frequency locked loop under distorted voltage conditions like voltage dip, frequency mutation, phase mutation, harmonics injected.After positive(negative) dq synchronous coordinate transformation, the dq axis voltage component contains AC component whose frequency is 2ω, which is caused by negative (positive) voltage component.After the dq axis DC voltage component is extracted from negative (positive) sequence dq synchronous reference frame transformation which c ompensates the 2ω AC component under the positive (negative) sequence dq transformation synchronous reference frame, and the negative-positive decoupling model is built.Meanwhile, the high-frequency harmonics are filtered by designing low-pass filter reasonably, so that positive-sequence fundamental component can be extracted from three-phase unbalanced voltage.The simulation result shows that, this method can make it that the frequency and phase ofpositive-sequence fundamental voltage can be locked faster and more accurately.【期刊名称】《电测与仪表》【年(卷),期】2017(054)008【总页数】7页(P14-20)【关键词】不平衡电压;基波正序电压;解耦双同步坐标变换;滤波;三相同步锁相环【作者】唐轶;谢永强;王扬;刘全景;朱玉振【作者单位】中国矿业大学,江苏徐州 221008;中国矿业大学,江苏徐州 221008;中国矿业大学,江苏徐州 221008;中国矿业大学,江苏徐州 221008;中国矿业大学,江苏徐州 221008【正文语种】中文【中图分类】TM460 引言电网同步技术是电网中各功率变换器控制系统中的一个重要环节，它可以为其提供电网幅值、相位和频率等参数，以达到功率变换器与电网同步工作的目的。
基于同步旋转坐标变换的三相锁相环设计
基于同步旋转坐标变换的三相锁相环设计X潘龙懿,李 治(华北电力大学电力工程系,河北保定 071003) 摘 要:本文分析了有源电力滤波器需要实时检测正序基波电压的相位,作为计算和补偿标准。
着重研究了基于同步旋转坐标变换的三相锁相环软件技术,分析了连续和离散数学模型,提出实现全数字化相位跟踪检测的方法。
最后采用MA TLAB的定点符号工具箱和Sim ulink进行仿真。
理论推导和仿真验证了所提方法在电压波形畸变时仍实时可有效检测出正序基波相位。
关键词:同步旋转坐标变换;锁相环;有源电力滤波器;定点仿真0 引言在对电网谐波治理和无功补偿装置的设计中,有源电力滤波器是非常重要的环节。
锁相环技术广泛应用于电力电子装置的控制,用以获得瞬时相位信息,提高计算和补偿基准,其滤波和动态响应对提高有源电力滤波器性能至关重要。
在存在电压畸变(如谐波、频率突变、相位突变)以及三相不平衡情况下,锁相环必须能够准确快速地锁定正序基波电压相位。
过零比较锁相环〔1〕通过检测输入信号过零点来计算相位,但过零点检测对谐波和直流偏移非常敏感,且动态性能较差。
对于三相电网,采用提取单相的方法很难精确的实现dq0旋转坐标系与电网三相电压合成矢量的同步,必须综合三相电压的相位信息,采用三相软件同步的方法来实现相位同步,获取需要的基波电压相位〔1〕〔2〕〔3〕。
三相锁相环(Soft Phase-Locked Loop,即SPLL)在波形畸变、相位突变等条件下,都具有良好的抗干扰能力,更适合应用在电磁环境恶劣的有源电力滤波系统中〔3〕。
它利用同步旋转坐标变换检测角频率和相位信息,动静态特性较理想,能够满足有源电力滤波器实时检测基波相位的要求;同时,通过合理设计控制器参数,它对零序和负序分量、谐波、直流偏移也有较好的抑制能力。
一些基于DSP的数字锁相的算法,利用反三角函数计算得到相位信息〔4〕。
因求解反三角函数值是一项繁琐费时的计算,虽可用查找表来提高反三角函数的计算速度,则会引起计算精度的大幅度下降,带来不容忽视的计算误差。
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。
基于双同步旋转坐标的单_三相通用锁相算法设计_王汝泉
8
电源学报
总第 57 期
发电设备并网、大功率变频驱动设备并联的关键技 术之一， 特别是交流母线电压波形存在较大畸变 时，可靠、快速、准确的锁相技术对于变流装置并联 非常重要 。 ［1-3］ 目前，基于 dq 同步旋转坐标法的软 件锁相技术可实现平衡三相电压下相位的准确提 取，但当交流母线电压不平衡或畸变较大时，该方 法的锁相精度与可靠性尚存在不足［4］。 为此，文献 ［5，6］ 分 别 提 出 利 用 自 适 应 陷 波 器 ANF（adaptive notch filter） 和 滑 动 平 均 滤 波 器 MAF （moving average filter）来减小电压不平衡、波形畸变的影响，但 其 抗 扰 能 力 受 滤 波 器 带 宽 的 限 制 ； 文 献 ［7］ 使 用 广 义二阶积 分 器 SOGI（second order generalized integrator） 对电压基波和谐波中的正负序分量进行分 离提取， 再对基波正序分量闭环控制来实现锁相， 但该方法需要产生额外的虚拟正交信号； 文献 ［8，9］利用递归离散傅里叶变换、离散卡尔曼 滤 波 器以提高锁相效果，但控制算法复杂、运算负担大。 此外，通常的锁相算法仅适用于三相电网或单相交 流母线，而在高速动车组变频传动、单/三相阻抗源 变换器等应用场合，具有单/三相通用功能的可靠、 高精度锁相算法也是很有必要的。
收 稿 日 期 ：2014-08－11 基 金 项 目 ：国家留学基金（2 0 1 2 0 6 1 2 5 0 5 9） Project Supported by China Scholarship Council （201206125059）
引言
锁相环技术 PLL（phase－locked loop）是分布式
三相锁相环及仿真
三相锁相环及仿真文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]2三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。
基于旋转矢量的三相PFC 输入电压锁相设计
基于旋转矢量的三相PFC输入电压锁相设计李睿徐德鸿马柯浙江大学电气工程学院310027摘要：在包括PFC、UPS在内的很多电力电子系统中系统中，为了保证控制环路电压基准时刻跟踪输入交流电压相位，必须采用锁相环进行电压锁相。
本文设计了一种基于三相系统旋转矢量进行跟踪的数字锁相方法，并在实验样机上验证了该方法的有效性。
关键词：数字锁相环旋转矢量1、前言在基于矢量控制的三相PFC电路中，为了保证输入电流的功率因数和THD要求，必须对三相输入交流电压进行实时锁相，锁相技术也成为维持大功率电力电子系统正常运行的重要课题之一。
传统的模拟电路锁相环主要由鉴相器、滤波器、压控振荡器及分频器四个部分组成。
同步信号和经分频器后的反馈信号输入到鉴相器，鉴相器输出的相位误差信号经过滤波后作为压控振荡器的输入来改变振荡器的输出频率和相位，从而实现输入与输出的同步。
随着数字控制技术的不断发展，包括PFC、APF、UPS在内的越来越多的电力电子装置实现了全数字化控制，传统的模拟锁相环也逐渐为数字锁相环代替。
在数字锁相环的设计中，一般都是通过一个迟滞比较器把交流电压信号先整形成方波信号，再通过DSP的捕获单元获得电网的频率和相位信息。
这种方法的缺点在于当电网电压畸变严重时比较器容易发生误动作，并且迟滞比较器固定的环宽在电网电压有效值最低和最高时延迟时间有差异。
本文通过采用三相交流电压旋转矢量代替迟滞比较器输出的方波信号，在电网畸变时有较好的跟踪效果。
2、旋转矢量生成原理通常3相系统的三个变量要分别描述，若能将3相三个标量用一个合成量表示，而保持信息的完整，则三相的问题可以简化为单相的问题。
采用空间坐标系变换，ABC坐标系下的三相系统可以变化到αβ两相坐标系下，如图1所示。
对应三相正弦电压的空间电压矢量的顶点远动轨迹是一个圆，圆的半径为相电压的幅度的1.5倍，空间矢量以角速度ω逆时针方向匀速旋转。
对旋转矢量在α轴和β轴投影进行反余切变换，可以得到旋转矢量角θ。
基于d—q坐标变换的三相锁相环研究
基于d—q坐标变换的三相锁相环研究作者：姜英陈明莉刘宁来源：《电子世界》2013年第07期【摘要】电网电压的相角和频率是光伏并网逆变器最为重要的信息之一。
因此锁相技术也是光伏并网逆变器最为重要的技术之一。
在三相光伏逆变器中，常用过零点电压检测的方法来实现锁相，这种方法虽然简单易实现，但在面对电网电压缺相或者波形畸变严重时，会出现锁相偏差过大而失效的现象，使得并网逆变器效率低下，严重时甚至对逆变器造成严重的破坏。
因此，针对这个问题本文提出基于d-q旋转坐标变换的方式来实现锁相，并将这种方法应用于三相并网逆变器中，通过仿真和实验充分证明了这种方法具有更好的动静态特性和较高的准确性。
【关键词：】逆变器；d-q坐标变换；锁相环1.引言能源是人类赖以生存和发展的重要基础，可以说人类社会是越来越离不开能源[1]。
当今世界，随着的经济迅猛发展和社会的日益进步，人类对能源需求量也可以说是日益增加，使得煤炭、石油、天然气等化石能源的枯竭速度迅猛。
与此同时，技术的发展对于环境的影响同样不可忽视，如何能找到一种可再生的绿色能源成为全世界共同要面对问题，太阳能发电技术就是在这个时候出现在了人们的眼前，由于其无污染，可再生这些优点，使得太阳能发电技术成为了未来发展的主流。
光伏并网逆变器作为太阳能发电系统的重要组成部分，受到了越来越多人的关注，而锁相技术又作为并网逆变器的一项重要技术，也受到了人们广泛的关注。
如何准确快速地锁住电网相位，不仅对于能量充分利用有重大意义，同时对于并网逆变器本身的稳定性也具有相当的意义。
在三相并网逆变器中，常用过零点电压检测的方法来实现锁相，这种方法虽然简单易实现，但对于电网电压畸变敏感，容易失效。
为此，本文提出了一种基于d-q旋转坐标变换的方式来实现锁相，使得锁相精度高，动态效果好，仿真实验充分证明了这一点。
2.原理与设计2.1 锁相环的基本原理为了避免太阳能电池所发的电能送入电网后对电网造成谐波污染，需要保证向电网输送电能时的输入电压信号相位角与电网电压相位角同步，这就需要锁相技术。
基于解耦双同步坐标系(ddsrf_pll)锁相环正负序分离的平衡电流控制策略
基于解耦双同步坐标系(ddsrf_pll)锁相环正负序分离的平衡电流控制策略基于解耦双同步坐标系（DDSRF_PLL）锁相环正负序分离的平衡电流控制策略是一种用于电力系统中三相对称电流平衡控制的方法。
该方法通过将电流分解为正序和负序分量，并通过锁相环（PLL）来实现对正负序分量的控制，从而实现电流平衡。
以下是基于DDSRF_PLL锁相环正负序分离的平衡电流控制策略的详细步骤：1. 三相电流转换为dq坐标系：首先，将三相电流转换为dq坐标系，其中d轴与三相电压相同，q轴与三相电流相同。
这可以通过dq变换或者Park变换来实现。
2. 正负序分解：将dq坐标系下的电流分解为正序和负序分量。
正序电流表示电流的对称分量，负序电流表示电流的非对称分量。
3. 正负序锁相环（PLL）：对正序和负序电流分别建立锁相环（PLL）。
锁相环用于跟踪电流的频率和相位，并提供相应的控制信号。
4. 正负序控制：通过比较正负序电流与设定值，得到正负序电流的误差信号。
将误差信号输入到控制环路中，通过控制器产生控制信号。
5. 控制信号转换为dq坐标系：将控制信号转换回dq坐标系，得到对应的控制电流。
6. 控制电流合成：将正序和负序控制电流合成为最终的控制电流。
这可以通过dq变换的逆变换或者Park逆变换来实现。
7. 控制电流注入：将最终的控制电流注入到电力系统中，以实现电流平衡控制。
需要注意的是，该控制策略需要合适的控制器参数设置和锁相环参数设置，以确保控制的准确性和稳定性。
同时，还需要对电力系统的工作状态进行实时监测和调整，以适应系统的变化。
总结起来，基于解耦双同步坐标系（DDSRF_PLL）锁相环正负序分离的平衡电流控制策略包括正负序分解、正负序锁相环、正负序控制、控制信号转换、控制电流合成和控制电流注入等步骤，通过对正负序电流的控制实现电流平衡控制。
基于同步旋转坐标的三相逆变器控制系统仿真
端相电压;u a b、u bc、u ca为负载端线电压。
图1中点插入Δ/Y型变压器的逆变器结构三相逆变电源中插入变压器的原边采用Δ型连接时可以阻止三相逆变桥输出的SPWM波形中的3次谐波分量输入到二次侧绕组中去。
Δ/Y型连接变压器的输出不存在零序电压,但是Δ/Y0型连接变压器的输出在负载不对称的情况下却存在零序电压,若此时在同步旋转坐标系下采用PI调节器进行控制,由于直流信号不通过变压器,零序电压分量并不能经过变压器输出到负载端,因此,逆变电源输出电压零序分量不可控。
但是在变压器一次侧的滤波电感对变压器的零序输图3三相逆变器主电路模块其中,T 2为负序旋转变换矩阵:T 2=23cos ωt cos(ωt+2π/3)cos(ωt-2π/3)-sin ωt -sin(ωt+2π/3)-sin(ωt-2π/3)[](9)从式子(5)、(8)得到正、负序分量经过abc/dq 变换后,分别转换为两个直流分量U d,p 、U q,p 和U d,n 、U q,n 。
参考量和输出电压正序分量的反馈量都是直流量,同步旋转坐标系PI 控制器的积分作用能迫使正序输出量无静差地跟踪参考量。
abc/dq 变换后,正、负序分量都为直流量,负序分量可以按照正序分量的补偿方法采用PI 控制器对负序分量进行无静差的跟踪。
根据此思想,将三相逆变器的输出进行正、负序分解,分别对正序和负序分量进行dq 变换,转换为直流分量,然后采用两组PI 控制器对正、负序进行补偿,达到零稳态误差调节,然后再分别经过dq 逆变换合成三相量。
图4三相负载线电压uo 与线电流io3系统建模根据控制原理,构建如图2所示的系统模块,其中子模块intever 为三相逆变器主电路模块,如图3所示。
图3中DC Voltage Source 是直流电源,值为183V,选择IGBT 为三相逆变桥开关器件,PWM 波的调制输出作为三相逆变桥中IGBT 的g定义三相电压不平度为三相线电压之间的最大偏差与额定输出电压的百分比,ZL 为额定逆变器负载值对应负载。
基于广义旋转角的三相锁相环
基于广义旋转角的三相锁相环李希年;庞清乐;孙静【摘要】锁相环技术是新能源并网发电、电能质量分析与控制等领域的关键技术之一.针对传统SRF-PLL锁相环易受电压幅值波动影响且需同步旋转坐标变换的问题,提出一种基于αβ静止坐标系广义旋转角的三相锁相环.通过三角函数变换,研究了该广义旋转角与电压锁相角之间的关系,提出基于该广义旋转角的三相锁相环,可直接应用于其他电压等级而无须重新整定控制参数.应用延时法提取基波电压正序分量,有效克服了谐波与电压暂降等电能质量扰动对锁相结果的影响.仿真结果表明所提出的锁相环具有较强的鲁棒性,动态特性好,能够在各种扰动下实现电压的快速精确锁相.【期刊名称】《电力系统及其自动化学报》【年(卷),期】2018(030)007【总页数】6页(P45-50)【关键词】锁相环;广义旋转角;广义延时法;同步旋转坐标;静止坐标【作者】李希年;庞清乐;孙静【作者单位】山东工商学院信息与电子工程学院,烟台 264005;山东工商学院信息与电子工程学院,烟台 264005;山东工商学院信息与电子工程学院,烟台 264005【正文语种】中文【中图分类】TM93锁相技术是太阳能、风能等新能源并网发电及静止无功发生器、动态电压恢复器等电能质量分析与控制等领域的关键技术之一。
锁相分为开环锁相与闭环锁相。
开环锁相的优势在于相位检测的快速性。
过零检测法是典型的开环锁相方法，将电压信号的过零点作为零相位点并以此为基准计算各时刻的相位，但其1个工频周期内只能进行2次过零比较，动态性能较差、锁相精度易受谐波等的影响[1-2]。
文献[3]利用晶体振荡器与基波电压的相角差提取同步旋转坐标变换后电压直流分量的方法实现了开环锁相；文献[4]基于快速傅里叶变换，以频率检测器为基础，利用三角函数积化和差计算电压初相角的方法间接锁定电压相位；但谐波会严重影响两者的锁相结果。
闭环锁相环由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器三部分组成，利用闭环反馈实现电压频率与相角的锁定。
基于dq变换的三相自适应锁相环技术
基于dq变换的三相自适应锁相环技术温华生;谢潮【摘要】针对基于dq变换的传统三相锁相环技术在电网扰动情况下不能准确获取相位的问题,提出了一种基于dq变换的三相自适应锁相环,通过一个自适应环节检测出锁相环三相输入电压信号的基波分量,并将基波分量送给dq变换锁相环以检测出电压的相位.同传统锁相环相比,所提的自适应dq锁相环能在电网电压暂降、电压不平衡、频率跳变、相位跳变以及含有较高谐波的情况下更精确地检测出电压相位.仿真结果表明,该自适应dq锁相环在检测精度和稳定性等方面都优于传统dq 锁相环.【期刊名称】《上海电力学院学报》【年(卷),期】2016(032)002【总页数】5页(P151-155)【关键词】锁相环;dq变换;三相自适应锁相环【作者】温华生;谢潮【作者单位】上海电力学院电气工程学院,上海200090;上海电力学院电气工程学院,上海200090【正文语种】中文【中图分类】TM464当前,在公用电网、微电网以及主动配电网中,广泛存在电压谐波、电压暂将、相位跳变以及电压不平衡等电能质量问题,而用户对电能质量的要求越来越高,在此背景下,有源电力滤波器(Active Power Filter,APF),动态电压恢复器(Dynamic Voltage Restorer,DVR)等电能质量调节装置发展迅速.其中,锁相环技术对APF和DVR等装置性能的优劣起决定性作用,而且微电网能否在并网和孤岛这两种运行模式进行平滑切换,锁相环技术至关重要,因此研究一种在电压畸变、电压不平衡等条件下依然能够准确获得电网基波相位的锁相环技术具有重要意义.目前,采用过零检测和锁相环(Phase Locked Loop,PLL)技术来获取电网电压的基波相位信息.过零检测法在过零点时容易受到电压波动的影响而产生误差.采用锁相环技术获取电网电压基波相位信息在有源电力滤波器、静止无功发生器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)以及并网逆变器中应用广泛.文献[1]提出了一种基于dq变换的锁相环,该方法克服了过零点检测对电压波动敏感的缺点,但是当电网电压含谐波时,对电网相位的追踪存在一定的误差.文献[2]提出了一种新型的基于dq变换的三相软件锁相环,该锁相环通过PI控制,在电网电压不平衡的情况下,用T/4(T为标准的三相电网电压周期)延时计算法对正序和负序分量进行分离,结果表明,该方法有效地抑制了在电压不平衡时负序分量对电网电压相位的影响.文献[3]设计分析了一种改进型锁相环(Improved Phase Locked Loop,IPLL),当电网电压发生相位、幅值跳变以及还有谐波时,IPLL能够准确地跟踪电网电压的幅值、相位以及频率信息,并且可以分离基波和谐波信号.文献[4]针对风机在复杂工况下对电网频率和相位进行准确快速检测的需求,对传统dq锁相环结构进行改进,改进的锁相环分别通过正反向同步旋转坐标变换后,得到正负序电压矢量,并且能够提取相位、频率和谐波信息,提高了锁相环在电网电压不对称的情况下对电压相位的跟踪能力.文献[5]提出双同步旋转坐标系法进行正负序分量解耦,对正序进行锁相.文献[6]至文献[8]提出了一种单同步轴系锁相环方案,该方案是通过对三相电压合成矢量进行坐标变换从而实现在理想工况下对电网电压相位进行跟踪的目的.文献[9]对基于正负序坐标轴下的双增强型锁相环进行了研究,当负载变化时,该方法对电网电压的相位跟踪存在一定的偏差.本文在详细分析基于dq变换的三相锁相环原理基础上,提出了一种基于dq变换的三相自适应锁相环技术,在基于dq变换锁相环的基础上增加了一个自适应环节,通过采样得到的三相电网电压以及锁相环输出的相位先经过自适应计算得到三相基波电压,再对基波电压进行坐标变换得到q轴分量,当电网电压畸变时,q轴分量所含高频分量就会大大减少,锁相环精度更高,稳定性更强.锁相环的作用就是快速检测并锁定信号的频率和相位.锁相环一般由鉴相器、环路滤波器、压控振荡器3部分组成.基本工作原理为:鉴相器是一个相位比较单元,它将输入信号和输出信号的相位进行比较,得到一个正比于相位差的电压信号,该电压信号输入环路滤波器,通过滤波,其高频分量被滤除,从而得到一个正比于相位差的低频电压信号,该低频电压信号控制压控振荡器,使系统内部的相位和频率与输入信号一致.2.1 基于dq变换的锁相环原理将三相电网电压向量经Clarke变换,使其由三相静止坐标系变换到两相静止坐标系中,假设归一化后的标准三相电压表达式为:通过静止坐标变换,将三相电压由三相静止坐标系变换到两相静止坐标系中,坐标变换为:式中:T32——Clarke变换的变换矩阵.然后再由两相静止坐标系变换到两相旋转坐标系,坐标变换为:通过控制三相电压合成矢量uabc在q轴上的投影uq来跟踪电网相位.当uq>0时,d轴滞后uabc,此时应增大dq坐标系的旋转角频率;当uq<0时,d轴超前uabc,此时应减小dq坐标系的旋转角频率;当uq=0时,d轴和uabc重合,此时d轴和uabc同相位.因此,只要控制三相电压合成矢量在q轴上的投影uq使其为零即可完成鉴相.基于dq变换的三相锁相环结构图如图1所示.其中,abc/ab,ab/dq,sinθ/cosθ共同组成鉴相器(Phase Detector,PD)模块.该锁相环系统中环路滤波器的作用是消除鉴相器输出信号中的高频噪声信号,然后将环路滤波器输出的控制信号送给压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator,VCO),由于送入压控振荡器的控制信号多为低频信号,所以环路滤波器具有低通特性.本文采用的环路滤波器是一个一阶比例积分器.环路滤波器输出的控制信号经过压控振荡器后转换成频率,但在锁相环系统中,压控振荡器需要输出的是相位,因此本文将积分器1/s作为压控振荡器,对频率进行积分得到相位.2.2 自适应原理在自适应信号处理应用领域,WIDROW Bernard等人提出了噪声对消原理,即:当参考输入和原始输入中的噪声相关时,保证参考输入通过自适应滤波器[10-11]后其输出抵消原始输入中的噪声成分,将原始信号中的噪声信号与有用信号分离.噪声对消原理如图2所示.系统有两个输入信号,它由原始输入信号s+n0和参考输入信号n1组成,同时原始输入信号中的s与n0和参考输入信号n1不相关,且原始输入信号中的n0和参考输入信号n1是由同一个噪声源发出的两个相关的噪声信号.系统经过自适应算法的调整,使得滤波器的输出信号y逼近n0,经过相减抵消原始输入中的n0的成分,使原始输入信号中只含有用信号s,同时将与自适应滤波器输出信号相减抵消后的原始输入信号(输出的误差信号e)反馈给自适应滤波器,通过反馈回来的误差信号来调整自适应滤波器的权系数,使其工作在最佳状态.通过噪声对消后的输出e中仅含有信号s,从而达到提取原始输入信号s的目的.2.3 基于旋转坐标变换的三相自适应锁相环原理自适应环节由一个自适应滤波器[12]组成,参考输入信号хα(n)和хβ(n)分别对应的权值w1(n)和w2(n) 采用LMS(Least Mean Squared)算法[13-14]在线自动调节,滤波器的输入是d(n),在本文中,d(n)表示有畸变的电网电压,хα(n)和хβ(n)分别表示由锁相环输出相位对应的正余弦信号,自适应输出y(n)表示电网电压的基波成分,其表达式为:因此,电网电压的谐波成分可以表示为:采用LMS算法对权值w1(n)和w2(n)进行更新,权值更新表达式为:式中:xα(n),xβ(n)——自适应环节的参考输入信号;w1(n),w2(n)——参考输入信号对应的权值;μ——对权值进行更新的步长.基于dq变换的三相自适应锁相环(Three Phase Adaptive Phase Locked Loop,TPAPLL)拓扑结构如图3所示.图3中虚线框部分即为自适应环节.由图3可以看出,本文提出的TPAPLL与普通dq锁相环的不同之处是先将输入的三相电网电压us和锁相回路输出相位的正余弦值(sinq和cosq)进行自适应计算,求得电网电压的基波成分us1,然后再对基波电压进行坐标变换,这就避免了当电网电压畸变时ud含有大量高频成分,因此较普通dq 锁相环而言,本文提出的TPAPLL在电网电压畸变时更具有优越性.为了验证本文所提方法的优越性,在上述理论分析的基础上,对图3所示的原理结构搭建MATLAB仿真模型进行仿真研究.部分仿真参数如下:标准三相交流电源,相电压有效值为220 V,频率50 Hz,自适应权值更新步长μ取0.000 7.在0.2～0.3 s间切换阻感负载时,电压出现跌落,0.3 s后切回原来的负载,仿真结果如图4所示.由图4可以看出:负载切换前后TPAPLL锁定的频率几乎没有偏差;而在电压跌落期间,传统dq锁相环锁定的频率存在约0.08 Hz的偏差且不稳定,并且在切回到原来的负载后频率依然存在偏差.由此可见,在负荷变化电压降低时,TPAPLL 对应电网频率锁定的准确度和稳定性优于传统dq锁相环.当电网电压在0.2～0.3 s期间相位跳变30°时,锁相环仿真结果如图5所示.由图5可以看出,在电压相位跳变时,传统的dq锁相环锁定的电网频率存在约0.35 Hz的频率偏差,并且直到电网电压相位恢复正常时仍然存在约0.01 Hz的频率偏差;而TPAPLL锁定的频率只有0.025 Hz的微小偏差,并且在电压相位恢复正常时恢复跟踪到50 Hz且保持稳定.因此,当电网电压相位跳变时,TPAPLL锁相更精确,稳定性更高.当电网电压在0.2～0.3 s间加入3次谐波时,仿真结果如图6所示.由图6可以看出:电压畸变期间,传统dq锁相环锁定的频率持续波动;TPAPLL锁定的频率短暂波动后恢复到了50 Hz.因此,在三相电网电压含有谐波的情况下,TPAPLL几乎不受影响. 当三相电网电压在0.2～0.3 s期间存在5 Hz的频率偏移时,仿真结果如图7所示.由图7可以看出:传统的dq锁相环锁定的频率存在约0.6 Hz的频率跳变,并且在电网频率正常时依然持续波动,不稳定;而TPAPLL锁定的频率在电网频率偏移时仅有微小的抖动,之后恢复跟踪到50 Hz并保持稳定.在0.2～0.3 s间电网电压不平衡时,仿真结果如图8所示.由图8可以看出:传统dq锁相环锁定的频率存在0.08 Hz的频率偏差,一直到不平衡消失时才恢复跟踪到50 Hz;TPAPLL锁定的频率在电压不平衡时仅有较微小的波动.因此,在电压不平衡时,TPAPLL的频率跟踪性能比传统dq锁相环更精确,更稳定.本文提出的基于dq变换的TPAPLL技术,在电压谐波、电压暂升、电压暂降等情况下具有较好的稳态性能以及较高的锁相精度.在后续的研究中,需要对TPAPLL中自适应环节的迭代步长进行优化,选取一个最优步长,进一步提高TPAPLL的动态响应速度.【相关文献】[1]姜英,陈明莉,刘宁.基于dq坐标变换的三相锁相环研究[J].电工研究:电子世界,2013(7) :61-63.[2]吉正华,韦芬卿,杨海英.基于dq变换的三相软件锁相环设计[J].电力自动化设备,2011,31(4):104-107.[3]张志霞,朴在林,郭丹,等.一种应用于电力系统的锁相环[J].电工技术学报,2012,27(2):250-255.[4] 周鹏,贺益康,胡佳兵.电网不平衡状态下风电机组运行控制中电压同步信号的检测[J].电工技术学报,2008,23(5):108-113.[5] 李明,王跃,方雄,等.无正交虚拟信号生成的单相DQ锁相环研究[J].中国电机工程学报,2011,31(15):27-32．[6]CHUNG S K.A phase tracking system for three phase utility interface inverters [J].IEEE Tran sactions on Power Electronics,2000,15(3):431-438.[7] HILMY A,JAN S,BOLLEN M J.Tuning software phase-locked loop for series-connected converters [J].IEEE Transactions on Power Delivery,2005,20(1):300-308.[8]KARIMI G M,IRAVANI M R.A method for synchronization of power electronic converters in polluted and variable-frequency environments [J].IEEE Trans on Power Systems,2004,19:1 263-1 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