单相电力锁相环技术综述.doc

单相电力锁相环技术综述 单相电力锁相环技术综述 AnOverviewofSingle--phasePowerPhase--lockedLoopTechnique l引言 在应对全球资源锐减的举措中, 太阳能,风能等再生新能源发电并网 系统得到了极大重视..在确保新能 源供电质量的技术中,如何取得与电 网电压同步的电信号是一个十分重要 的研究课题. 对于单相并网系统,可以通过检 测电压过零点来获得周期和相位信 息,此法虽然简单但锁相效果差,抗 谐波干扰能力有限,特别是若两个检 测点之间频率发生变化,则无法?陕速 跟踪相位变化.目前针对单相并网 变频黜嘞蝼■ 中国矿业大学信息与电气工程学院袁庆庆戴鹏符晓伍小杰 YuanQingqingDaiPengFuXiaoWuXiaojie 摘要:锁相同步技术是保障并网装置正常运行的一个重要因素,本文综述了当前主要的单 相锁相环系统及其控制.结合三相锁相环的控制方法,对几种常见的鉴相器改进方案,如虚拟 乘法器鉴相,微分法构造虚拟两相鉴相及FlR构造虚拟两相鉴相法,进行了理论分析,MATLAB 建模,仿真分析,并基于DSP实验平台进行了实验验证. 关键词:单相锁相环鉴相器MATLABDSP Abstract:Thephase.lockedsynchr0nizatiOntechnologyisanimportantfactortoprotect thenormaloperationofthegrid-connecteddevices.Inthispaper,thecurrentmajorsingle- phasePLLsystemanditscontrolaresummarized.Combiningthecontrolmethodofthree- phasePLL,theoreticalanalysis,MATLABmodelconstruction,andsimulationforthe severalcommonimprovementofphasedetectoraresetup.Besides,experimentalverifica? tionbasedonDSPexperimentalplatformiscarriedout. Keywords:Single?phasephase?lockedLoopPhasedetectorMATLABDigitalSignal Processor(DSP) [中图分类号]TN9118[文献标识码]B文章编号1561—0330(2010)07—0043—04 系统的锁相技术主要是基于乘法器的 锁相技术和基于三相锁相控制方式的 锁相技术】. 本文综述了当前主要的单相锁相 环系统及其控制,针对几种常见的鉴 相方案进行了理论分析,MATLAB 建模,仿真分析,并基于DSP实验平 台进行了实验验证. 2单相锁相环的基本结构及 改进可行性 锁相环路实质是一个相位差自动 调节系统,它包括三个基本部件:鉴 相器(PD),环路滤波器(LF)和 压控振荡器(VC0).鉴相器是相位 比较装置,它把输出信号,(f)和参考 信号(,)的相位进行比较,产生对应于 两个信号相位差的误差电压H(). 环路滤波器的作用是滤除误差电压 ud(t)中的高频成分和噪声,以保证环 路所要求的性能,增加系统的稳定 性.压控振荡器受控制电压,(f)的控 制,使压控振荡器的频率向参考信号 的频率接近,也就是使差拍频率越来 越低,直到消除频率差而锁定. 当锁相技术用于电力系统中时, THEWORLDOFlNVERTERS43 环路滤波器主要考虑的是它的调节性 能,大多采用PI或PID调节器:压控 振荡器只是个积分器,将角频率转化 为相位.所以单相锁相环中最有可能 的改进部位是鉴相器.评价鉴相器的 指标是:是否能输出易于控制的相位 误差信号;鉴相器的实现要简单: 鉴相器本身的抗干扰性:鉴相速度. 3.1过零鉴相 传统锁相环一般采用过零鉴相的 方法,它是通过电网电压的上升沿来 获得周期和相位信息.实现过零鉴相 必须满足两个条件: (1)信号的周期和采样周期成 整数倍关系: (2)采样点的时间间隔应当保 持严格一致性. 此法虽然实现简单,但锁相效果 差,抗谐波干扰能力有限.特别是若 在两个检测点之间频率发生变化,则 无法实现快速跟踪相位变化. 3.2虚拟乘法器鉴相 虚拟乘法器实现的是传统正弦型 鉴相器,其原理框图如图1所示. 虚拟乘法器鉴相型PLL的不足在 于:若uft)中含有输入信号两倍频的 波动量,一般输入信号为50Hz的工频 电压信号,~lJu(t)中的2次波动量频率 为100Hz.若采用一般的低通滤波 器,则要滤除lOOHz的波动分量,滤 波器的惯性时间常数必然要取得较 大,这会降低系统的响应