基于dq变换的三相软件锁相环设计_图文(精)
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。
基于双dq坐标变换的三相电压锁相环的研究
基于双dq坐标变换的三相电压锁相环的研究辛业春;李国庆;王尧;王振浩【摘要】This paper proposes a kind of method of three-phase voltage phase locked loop under three-phase unbalanced voltage. When the positive dq synchronous reference frame transforms, the dq axis voltage component will contain AC component caused by negative sequence voltage component which leads to the error of the three-phase voltage phase locked loop (PLL) based on the dq synchronous reference frame transformation. After the dq axis DC voltage component extracted from negative sequence dq synchronous reference frame transformation compensates positive sequence dq transformation synchronous reference frame q axis voltage component, the positive sequence voltage phase can be locked accurately and quickly. By the way of the negative sequence dq synchronous reference frame d axis and q axis DC voltage component detecting negative sequence voltage initial phase angle, the negative sequence voltage phase can be locked. The simulation results show that, this method can achieve the purpose that three-phase power supply frequency, positive sequence voltage phase and the negative sequence voltage phase can be fast and accurately locked in case of unbalanced three-phase voltage.%提出了一种三相电压不平衡情况下，三相电压基波频率、正序电压分量和负序电压分量相位锁定方法。
基于双d-q旋转轴的三相电压锁相环分析及仿真
基于双d-q旋转轴的三相电压锁相环分析及仿真瞿殿桂;曹以龙【摘要】针对普通的三相锁相环在三相电压不对称时不易消除二次谐波的缺点,提出了基于双d-q旋转轴的三相锁相环模型,对所提出的模型进行建模与仿真.仿真结果表明,在三相电网电压平衡和不平衡两种情况下,双d-q旋转轴三相锁相环都能准确锁相.【期刊名称】《上海电力学院学报》【年(卷),期】2017(033)001【总页数】6页(P49-54)【关键词】双d-q旋转轴;三相电压不对称;锁相环【作者】瞿殿桂;曹以龙【作者单位】上海电力学院电子与信息工程学院,上海200090;上海电力学院电子与信息工程学院,上海200090【正文语种】中文【中图分类】TN911.8;TM761.12在很多电力电子应用场合中,如静止无功补偿器、有源滤波器、不间断电源、太阳能发电并网、风机发电并网等,准确获取电网电压的相位是系统控制的首要任务,采用三相锁相环比过零检测等具有更好的效果.电网电压可能出现不稳定、不平衡或有谐波的情况,这就要求三相锁相环即使在恶劣的条件下也能准确检测出相位信息[1].为了解决普通的三相锁相环无法有效消除二次谐波的问题,利用双d-q旋转轴的三相电压锁相环通过交叉解耦实现二次谐波的消除,得到三相不平衡电压的直流量. 本文对所提出的基于双d-q旋转轴的三相锁相环模型进行了建模与仿真,并验证了该模型的正确性[2].1.1 电压不平衡时三相锁相环分析三相锁相环原理如图1所示.电网电压UA,UB,UC经Clark变换得到两相静止坐标上的量Uα和Uβ,再利用输出相角经Park变换得到d-q轴上的Ud和Uq. Clark变换矩阵为:Park变换矩阵为:式中:θ——电网相位.当电网电压不平衡[3-4]时,设电网电压为:式中:Um——电网电压幅值; β,γ——常量.三相对称电压经Clark变换得到:再通过Park变换:式中——跟踪相位.将式(4)和式(5)代入式(6)得:当系统稳定时,认为,则:进一步简化得:由以上推导可知,当三相电压不对称时,即使最终实现相位追踪,仍然会有二次谐波,其幅值与基波十分接近,不容易消除.一般来说,可以通过增加低通滤波器来消除,不过这会影响系统的动态性能,不是理想的方法.1.2 双d-q旋转轴三相锁相环原理为了解决2倍频分量问题,引入了双d-q旋转坐标轴.双d-q旋转轴三相锁相环原理[5-6]如图2所示.继续考虑三相不平衡的情况:式中:正序、负序、零序电压幅值;φ,φ0——负序和零序分量以正序分量为参考的初始相位.经过Clark变换后,零序分量消失,即消除了零序分量的影响.α轴和β轴的分量可表示为:将得到的α轴和β轴分量分别经正Park变换和反Park变换得到:实现相位跟踪时,≈ωt,据此进一步化简式(14)和式(15)可得:将式(16)和式(17)进一步变形得:式(19)之所以加上最后一项,是为了与式(18)保持形式上的统一,方便建立模型.从式(18)和式(19)可以知道,正序Park变换中的2倍频分量可以通过负序Park变换中的直流量乘以变换矩阵得到,其变换矩阵为:负序Park变换中的2倍频分量可以通过正序Park变换中的直流量乘以变换矩阵得到,其变换矩阵为:这样就可以通过交叉解耦实现二次谐波的消除,得到三相不平衡电压的直流量.通过一个闭环,从而使经正序变换得到的q轴直流量为零,这样就可以在三相不平衡条件下准确实现电网电压的相位跟踪.在Matlab/Simulink环境下,搭建了双d-q旋转轴三相锁相环的模型.仿真系统由Clark变换、Park变换、解耦变换3个主要模块组合而成.图3为3个模块封装组合后的结构框图.其中PI调节器里KP=100,KI=1 000.仿真算法选择变步长ode23tb,仿真时间设置为0.1 s,最大步长为1e-5,其余使用默认的仿真参数.当电网电压平衡,即三相电网电压对称时,仿真结果如图4所示.当电网电压不平衡时,假设C相电压为0,A相和B相电压保持不变,三相电压不对称仿真波形如图5所示.由图4b和图5b可知,跟踪相位余弦值在0.02 s后与A相基波电压重合,说明定向A轴成功;由图4c和图5c可知,三相电网电压通过跟踪相位进行Clark变换、Park 变换后得到的q轴分量在0.02 s后趋于零,说明跟踪相位准确;图4d和图5d表明,跟踪电压频率也是准确的.这些都说明不管电网电压是否平衡,双d-q旋转轴三相锁相环都能准确锁相.本文针对传统的三相锁相环在三相电压不平衡条件下,锁相精度较差、不能有效消除2次谐波分量的缺点,提出了一种带有双d-q旋转坐标轴的新型软件锁相技术,解决了上述问题,并通过仿真软件验证了该锁相技术在理想和非理想电网环境下都能够达到较高的锁相精度.【相关文献】[1] HSIEH Guan-Chyun,HUNG James C.Phase-locked loop techniques-a survey[J].IEEE Transactions Industrial Electronic,1996,43(6):609-615.[2] 姜英,陈明莉,刘宁.基于d-q坐标变换的三相锁相环研究[J].电工研究,2013(4):61-63.[3] 田桂珍,王生铁,林百娟,等.电压不平衡时风电系统中基于双同步变换的锁相环设计[J].电气传动,2010,40(7):53-57.[4] 刘忠丽.三相锁相环设计及光伏并网逆变器控制研究[D].成都:西南交通大学,2013.[5] 张文龙,陈永强,邱晓初.一种应用于谐波检测的三相锁相环[J].水电能源科学,2013(8):200-203.[6] 张治俊,李辉,张煦,等.基于单/双同步坐标系的软件锁相环建模和仿真[J].电力系统保护与控制,2011,39(11):138-144.。
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。
利用d—q分解的三相电压锁相技术研究
利用d—q分解的三相电压锁相技术研究随着风力、太阳能、地热能、潮汐等分布式发电技术的广泛应用，各种新能源产生的电能要接入主电网，首先必须获得主电网准确的相位、幅值信息。
在电力电子領域经常需要将三相电压、电流数据变换到α-β坐标系或d-q坐标系下进行处理，而在d-q坐标系下可以将三相电压、电流交流数据变换为两路直流数据。
利用了d-q坐标系这种特性，根据q轴坐标分量跟踪控制以实现三相电压相位的准确跟踪。
标签：锁相；d-q坐标系；相位追踪doi：10.19311/ki.16723198.2017.11.0941同步参考坐标变换锁相环结构SRF-PLL系统结构如图1所示，其控制结构以两相静止坐标系中的q轴电压分量为控制目标，当uq=0时，则实现三相电力系统相位准确跟踪。
在每一次锁相计算时，首先必须将采样得到的三相电压通过坐标变换到两项静止坐标系以获得q轴电压分量uq，当系统存在三相不平衡、电压畸变、锁相不准确等情况时，uq中就含有不同特性的谐波成分，因此需要设计滤波器Fs滤除uq中含有的各次高频分量，将剩余低频分量送到PI控制器以产生合适的频率增量，从而改变当前的相位角以减小uq的数值。
由于系统中涉及滤波器、控制器的设计，只有系统分析系统的谐波特性和传递函数才能设计得到最佳的滤波器参数和控制器参数。
根据三相交流电压幅值和相位之间的关系，在电力电子领域经常需要将三相电压、电流数据变换到两相静止坐标系（α-β坐标系）和两相旋转坐标系（d-q坐标系）下进行处理，特别是在d-q坐标系下可以将三相电压、电流交流数据变换为两路直流数据。
本文正是利用了d-q坐标系这种特性，根据q轴坐标分量跟踪控制以实现三相电压相位的准确跟踪。
假设三相交流电压为如下形式：ua=Ucos（ωt）ub=Ucosωt-2π3uc=Ucosωt+2π3（1）其中U为电压幅值（V），w为电压角频率（rad/s）。
按照α-β坐标变换原理，可将公式（1）中的三相电压转换到两相静止坐标系中，其形式如下：uαuβ=231-12-12032-32uaubuc（2）易知α-β坐标中uα、uβ依旧为以角频率w旋转的交流电压，为了获得直流电压分量以便控制系统的跟踪控制，因此需要将uα、uβ进一步变换到d-q坐标系。
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。
组合式三相正弦逆变器控制软件设计_图文(精)
组合式三相正弦逆变器控制软件设计‘陈永利霍艳军军械工程学院电气工程系。
河北石家庄,050003摘要介绍了组合式三相逆变器工作原理,阐述了产生三相SPWM波和宾瑰Pl控制的算法,井馨出以DSP实现控制的软件流彝.通过实验.表明利用软件完成对三相逆变嚣控制是可行的.关键词控卅逆变嚣SPWM DSP目前,正弦逆变器的控制通常采用硬件方法和软件方法.但由于硬件固有缺点和不能实施先进的控制策略,致使逆变器的性能不能极大地提高.随着高速微处理器的问世,特别是高速运算、处理和控制能力的DSP出现.使得对逆变器采用新的控制方法成为可能.本文结台三相中频大功率静变电源开发的过程,将重点介绍用DsP实现对组合式三相正弦逆变器的控制方法.一、组合式三相正弦逆变器 ? 组合式三相电路结构示意图如图1所示.组合式三相逆变器由三个单相逆变器组合而成,每耜逆变器采用结构上相互独立面统一控镧的电压型全桥逆变电路.只要控制三相基准正弦波互差120‘,将三台输出的地连在一起作为中线就可以实现三相四线铜的输出,提高对不平衡负载的适应能力.电压型单相全桥逆变原理电路如图2(a所示(图中控制电路及负载只为说明闭环控制原理而画.结合图1.图2可看出,Dc/AC部分由H桥和滤波电路组成,滤去谐波,获得交流电。
DSP控制电路完成对 H轿中开关管的控制,并使输出交流电(电压、频率和波形稳定.图l组台式三相电路结构示意图¨呻圈2电压蕾单相全桥逆变原理电路及波形-奉文为军槭工程学院z006年度科研基金资助.・69・由于采用正弦波调制渡(U|sim啦与三角波载波(幅值为U的正三角渡、频率为珊f相交(如图3而获得的SPwM波具有基波频率为调制渡的频率,基波幅值与调制比M(M=UI/仉成正比关系t谐波含量步等优点‘”.正弦逆变器多采用SPwM控制,利用调制波控翻输出波形频率,调整M来控制输出电压幅值.工作时,DsP控制电路输出12路单极性的SPwM渡实现对各相的独立控制,并使得各相问SPWM渡互差120。
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【 ２ １ 。 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 ７ １ ０ ０ ４ ９ ）
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 ）
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（ ２ ）
４３
由式 （ ２ ） 及 瞬时无功理 论［ ３ ］ 可知 ， 当软件锁 相
ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｇ ｉ ｒ ｄ． Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ ａ ｎ ｅ ｏ ｕ ｓ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ， ａ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ — ｌ ｏ ｃ ｋ ｅ ｄ ｌ ｏ ｏ ｐ ｃ ａ ｎ ｋ ｅ ｅ ｐ ｔ ｒ ａ ｃ ｋ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｖ ｏ ｈ ａ ｇ ｅ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ｍａ ｉ ｎ ｇ ｒ ｉ ｄ． Ｗｈ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｈｒ ｔ ｅ ｅ — ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｖ ｏ ｈ ａ ｇ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｇ ｉ ｒ ｄ ｉ ｓ ａ ｓ ｙ ｍｍｅ ｔ ｉ ｒ ｃ ｏ ｒ ｗ ｉ ｔ ｈ ｈ ａ ｒ ｍｏ ｎ ｉ ｃ ｃ ｏ ｍｐ ｏ 。
《理学锁相环》课件
它通常由模拟乘法器和低通滤波器组成，能够将频率和相位差转化为电压信号，以 便于环路滤波器处理。
鉴频鉴相器的性能直接影响整个锁相环的性能，因此需要选择合适的电路结构和参 数。
环路滤波器
环路滤波器用于滤除鉴频鉴相 器输出信号中的噪声和干扰， 以稳定压控振荡器的输出频率 。
参数选择与优化
环路带宽
影响跟踪速度和抗干 扰能力，需根据实际 需求进行权衡。
相位裕量
影响系统的稳定性， 需保证足够的相位裕 量。
锁定时间
与环路带宽相关，需 在快速锁定与抗干扰 之间进行权衡。
最大/最小频率差
影响系统的跟踪范围 ，需根据实际需求进 行选择。
噪声性能
影响系统的抗干扰能 力，需进行优化以降 低噪声。
常见的压控振荡器有LC振荡器 和石英晶体振荡器等，根据应用
需求选择合适的类型和参数。
03
理学锁相环的性能分析
Chapter
线性相位响应
01 02
线性相位响应
理学锁相环在跟踪输入信号时，其输出信号的相位与输入信号的相位变 化保持线性关系。这种特性使得锁相环在频率变化时能够平滑地跟踪， 减小了输出信号的失真。
。
参数计算
基于所选的环路结构，计 算关键参数如环路带宽、
相位裕量等。
仿真验证
使用仿真工具对设计的锁 相环进行性能验证。
环路结构选择
根据需求选择合适的环路 结构，如科斯塔斯环或韦
伯斯特环。
电路设计
根据计算出的参数，设计 相应的电路元件，如VCO
、LPF等。
实际制作与测试
制作实物并进行实际测试 ，对比仿真结果。
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DQ变换的三相PWM整流器控制方案研究及仿真
基于DQ 变换的三相PWM 整流器控制方案研究及仿真浙江大学 陆熙 石健将 何湘宁浙江大学电气工程学院摘要：本文采用DQ 坐标变换对三相电压型PWM 整流器进行建模，在此基础上分析了相应的控制策略，并对其进行了仿真，给出了仿真结果。
关键词：DQ 变换，控制策略，仿真1 前言传统的晶闸管或二极管整流器存在如下的缺点：输入电流谐波含量高；输入功率因数低；整流器效率低；交流侧电网电压畸变严重。
而具有功率因数矫正的PWM 整流器具有输入电流正弦化，谐波含量低，功率因数高等优点，已成为电力电子学研究的热点之一。
一般的三相PWM 整流器通常采用直接的电压和电流双闭环控制方式，这样的控制用模拟电路实现简单，但难以建立起精确的模型，对控制环的参数设计也比较复杂。
本文采用DQ 坐标变换对三相电压型PWM 整流器进行建模，将三相的平衡电量变为直流量，在此基础上给出了相应的控制策略，并对其进行了仿真，给出了仿真结果。
2 DQ 坐标系下三相PWM 整流器模型【1】三相电压型PWM 整流器的拓扑如图1所示：R idcvdc图1 三相电压型PWM 整流器由图1已知，a V 、b V 、c V 为三相输入电压源，a b c i i i 、、为三相输入电流，dc i 为输出直流电流，dc V 为输出直流电压，L 为三相的输入电感，a b c S S S 、、为三相开关函数，10x S ⎧⎨⎩－表示开关导通；＝－表示开关关闭。
，C 为输出电容，R 为负载。
对于三相电压型PWM 整流器，有下列关系成立：ab a b ab bc b c dc bc dc ca c a ca v S S S v S S v S vv S S S -⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=-=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦⎣⎦ （1）[]a dc abc b c i i S S S i i ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦（2） 其中，ab a b bc b c ca c a v v v v v v v v v =-=-=-、、，a ab ca b bc ab c ca bc i i i i i i i i i =-=-=-、、， 且0ab bc ca i i i ++=。
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。
第六章锁相环 (2)优秀PPT
根据 可得
i
=r
di(t)
dt
o
=r
do(t)
dt
ddot(t)=Aovc(t)
o - r = Aovc(t) 或
o(t)=Ao
t
0vc(t)dt
(a) 图 6–2–2 VCO 的电路模型
用微分算子 p = d/dt 表示
o(t)
=
Ao
vc(t) p
电路模型
三、环路低通滤波器
作用：滤除鉴相器输出电流中的无用组合分量及其干 扰分量，以达到环路要求的性能，并保证环路的稳定性。
式中，1 = R1C ，2 = R2C 。
图 6–2–3 环路低通滤波器 (b)无源比例积分滤波器
3．有源比例积分滤波器
传递函数 集成运放满足理想化条件时
A F(s)=-R 2R 11 /s (C )=-1 ss1 2
式中，1 = R1C ，2 = R2C
图 6–2–3 环路低通滤波器 (c)无源比例积分滤波器
因为 fa = NA fi，fB = Nb fi 混频器输出频率 (fo - fB)
所以 fo=fA fB = 1 fa 0fB 0 = (N A 1N 0 B )1 0 fi 00 当 NA = 399， NB = 397
fo = 40 099 kHz
当 NA = 300， NB = 351 fo = 35 400 kHz
一、组成框图
二、控制过程
o (o > i) [o(t) - i(t)] 调 整 VCO o = i
环路锁定，保持
固有相差 o。
图 6–1–3 用旋转矢量说明锁相环路的控制过程
(a)失锁( 0 > i)
(b)锁定( 0 = i)
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‰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。
Ｆｉｇ．２
图２ＳＰＬＬ控制框图
ＢｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆＳＰＬＬ
ｃｏｎｔｒｏｌ
系统闭环传递函数为
基金项目：国家电网公司科研项目资助（ＳＧ０８３３）
ＰｒｏｊｅｃｔｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＳｔａｔｅＧｒｉｄＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（ＳＧ０８３３）
其中，Ｔ为三相电压周期；Ｋｐ为比例系数，墨为积分系数。
一
吣
＼
１０１ｌ铲
ｌ妒
１０．
ａｔ／（ｒａｄ・Ｓ－‘）
圈３控制系统ｈｏｄｅ圈
Ｆｉｇ．３
Ｂｏｄｅｃｈａｒｔｓ
ｏｆｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ
从图３可见。锁相环系统稳定，具有低通特性。当输入角频率大于１００丌ｒａｄ／ｓ时。幅值小于０ｄＢ，
即三阶系统对高次谐波有滤波效果．因此可通过合理选择ＰＩ参数．使得其同时满足跟踪速度与滤除高次谐波的要求。但当三相电压不平衡时。输入电压含有负序基波分量．角频率为１００丌ｔａｄ／Ｓ，经过砌变换后。角频率变为２００７ｒｒａｄ／ｓ：”，此时经过上述控制系统滤波效果并不好…．可选择低通滤波器将其过滤，但控制系统更为复杂，系统稳定性也受影响，相位会延迟。本文采用正、负序量的Ｔ／４延时计算法来得到正序分量。
…７
根据式（５）（７）可以得到正序分量的表达式，如
式（８）所示：
％＝％
Ｃ
∞埘＋绑）
＝
‰
一
％一
）
８
‰＝
％
Ｓ
洫
叭＋巩）
＝
陆Ⅳ矿‰
）
其中，‰、％为正序分量在ａ卢轴上的幅值。
文献标识码：Ａ
文章编号：１００６—６０４７（２０１１）０４—０１０４—０３
０
引言
２Ⅳ相加后得到实际角频率。最后经过一积分环
节，输出即是电网电压的相位０。整个ＳＰＬＬ过程构成一个反馈，通过ＰＩ达到锁相目的。ＳＰＬＬ原理图如图ｌ所示。
本文基于如坐标变换原理，通过ＰＩ控制，实现三相软件锁相环（ＳＰＬＬ）。但当三相电压不平衡时。负序分量滤波效果不好［１－３＿．因此利用Ｔ／４（ｒ为三相电压周期）延时计算法实现正、负序分量分离。有效抑制负序分量对相位的影响。最后，模拟市电电压畸变和三相电压不平衡的情况下进行仿真实验，实验结果验证该锁相环性能良好。
目前，正、负序分量分离的一般的方法是使用滤波器。但是滤波器有２个明显的缺点：
ａ．滤波器不能做到无差分离：
ｂ．滤波器会破坏系统的稳定性。
本文针对正、负序分量的特点对采样点行数学计算，从而得到比较理想的正、负序量的Ｔ／４延时计算法［９．ｔｏ］。
式（５）是正、负序分量的数学表达式：
ＩＵａｃｔ）＝坼ｃｏｓ（ｔｏｔ＋０．）＋玑ｃｏｓ（－ｔｏｔ＋巩）
，。
、。
【％“）＝仉ｓｉｎ（ｔｏｔ＋Ｏ．）＋以ｓｉｎ（一础＋巩）
其中，Ｕａ（‘）、％（Ｉ）为此亥ｎ０１４３轴上的幅值；Ｕｐ、仉为正、负序分量的幅值。
万方数据
式（６）为ｒ／４周期前的不对称的矢量表示。
体现在相位上正序分量落后了ｈｉ２，负序分量超前
了ｎ／２。
Ｏａ（ｔ－Ｔ／４）＝坼ｃｏｓ（ｔｏｔ＋０ｐ—ｎ／２）＋
图２为系统控制框图．将锁相误差信号输入ＰＩ
调节器，将输出值加上初始工频角频率．从而得到了锁相的角频率输出．经过积分得到锁相相位值。为避免溢出．通过求余函数将锁相相位值限制在０。２丌之间。为简化分析，ＡＤ采样环节采用了一阶延时模型。
㈦＝悟
・一手一｝
ｏ义２∑一型２￡
两相静止坐标系到两相同步旋转坐标系下的数学矩阵为
［：１＝［二：吕：：：］［：Ｊ
（２）
式（２）变换矩阵中的０就是ＳＰＬＬ的相位输出。如果锁相角与电网电压相位同步，则直流分量‰为额定值，而％为零。因此，可以将参考值零和实际三相电压坐标变换后的‰相减，得到误差信号，再经过ＰＩ调节后得到误差信号面．再与理论角频率
收稿日期：２０１０—０４—１１：修回日期：２０１０—１２—２２
１
０
ＳＰＬＬ原理
图１ＳＰＬＬ原理图
Ｆｉｇ．１
ＰｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＳＰＬＬ
ＳＰＬＬ基本原理［４．５］是将三相输入电压ＵａＵｂ、Ⅱ。
转换到静止的俚ＪＢ坐标系，然后从静止的ａｐ坐标系转换到与三相电压同步旋转的由坐标系，得到交流电压的直流分量／Ｌｄ、“。。三相静止坐标系到两相静止坐标系下的数学矩阵为
２
ＳＰＬＬ的控制框图及性能分析
Ｇ小，＝等黼
㈤
万方数据
第４期吉正华，等：基于幽变换的三相软件锁相环设计
式（４）成立时，系统是稳定的：
ｆ峰＞Ⅸ＞ｏ
ｆ４、、…
ｌＫｉ＞Ｏ
对控制系统进行频域分析㈣．在折中考虑跟踪速度、稳定性、滤波效果的基础上，设计控制参数，可以得到控制系统ｂｏｄｅ图，如图３所示。
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