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  • 2021-04-25 12:17:52

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    本实用新型涉及一种双二阶积分器锁相环。

    背景技术:

    伴随大功率电力电子产品广泛应用于工业生产,其产生的电力谐波严重危害着电力系统的安全稳定运行和其他工业生产。因此,消除公共电网中的电力谐波就成为谐波治理主要任务。有源电力滤波器(Active Power Filter APF)可用于电力系统谐波治理、无功电流动态补偿。基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流,由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等极性相反的补偿电流,从而去除主电流中的谐波和无功电流。因此,实现对谐波电流准确实时检测是APF 中的一个重要环节。

    在电网电压相位检测中,通常采用锁相环来检测单相电压或三线电压正序分量的幅值、频率和相位信息,从而将检测得到电压相位信息用于电流检测。锁相环作为有源滤波器功能实现的核心技术之一,其性能直接影响有源滤波器的性能。鉴于锁相环在有源滤波功能实现方面的重要性,许多学者提出了许多改进方案和实现技术,使锁相环的性能不断提高。

    图7为传统锁相环的结构框图,锁相环主要由鉴相器、环路滤波器、压控振荡器构成。该锁相环的基本原理是:鉴相器将电网电压,通过环路滤波器滤波后去控制压控振荡器,从而改变系统内部同步信号的频率和相位,使之与电网电压一致。此锁相环各个环节都包含很多内容,实现较为复杂,且当电网电压不平衡或者畸变的情况下难以实现准确的相位检测,不利于工程应用。

    技术实现要素:

    本实用新型是为避免上述已有技术中存在的不足之处,指出一种基于二阶广义积分器锁相环,以实现电压不平衡或畸变的情况下,以实时有效的检测出电压频率和相位信息、实现信号频率的准确计算和相位的准确跟踪。

    本实用新型为解决技术问题采用以下技术方案。

    基于双二阶广义积分器锁相环,其结构特点是,包括鉴相器、正序相位提取环节、环路滤波器、压控振荡器;所述鉴相器的输入端接被检测信号,所述鉴相器的输出端与所述正序相位提取器的输入端相连接,所述正序相位提取器的输出端与环路滤波器输入端相连接,所述环路滤波器的输出端分别与所述正序相位提取环节的二阶广义积分器(SOGI)和所述压控振荡器的输入端相连接,所述压控振荡器的输出端与正序相位提取环节的相连接。

    与已有技术相比,本实用新型有益效果体现在:

    本实用新型提供了一种基于双二阶广义积分器锁相环,适用于电网电压平衡和发生不平衡或畸变的频率及相位信息的检测方法。对输入的不平衡或畸变电网电压信号,通过二阶广义积分(SOGI)将鉴相器获取的两个相位信息分别进行的90度相移,然后进行简单的数学计算,从而滤除电网电压的负序分量,获取相应的正序相位信息。然后经过环路滤波器的调节和压控振荡器的计算,最后获取不平衡或畸变电压的准确相位。相比传统锁相环技术,此锁相环满足的范围更广,检测获取的频率和相位信息更准确,便于实际应用。

    本实用新型的基于二阶广义积分器锁相环,可实时有效的检测输入信号的频率信息和相位信息。实现信号频率的准确计算和相位信息的准确跟踪、实现简单且便于实际应用等优点。

    附图说明

    图1为本实用新型的基于二阶广义积分器锁相环的结构图。

    图2为本实用新型的电压相位和频率的检测方法的流程图。

    图3为本实用新型二阶广义积分器(SOGI)的结构图。

    图4 为本实用新型的基于二阶广义积分器锁相环的仿真图。

    图5为电网电压含有谐波时,传统锁相环和本实用新型锁相环对仿真图。

    图6为电网电压含有谐波时,传统锁相环和本实用新型锁相环对仿真图。

    图7为传统锁相环的结构框图。

    具体实施方式

    参见图1,基于双二阶广义积分器锁相环,包括鉴相器、正序相位提取环节、环路滤波器、压控振荡器;所述鉴相器的输入端接被检测信号,所述鉴相器的输出端与所述正序相位提取器的输入端相连接,所述正序相位提取器的输出端与环路滤波器输入端相连接,所述环路滤波器的输出端分别与所述正序相位提取环节的二阶广义积分器(SOGI)和所述压控振荡器的输入端相连接,所述压控振荡器的输出端与正序相位提取环节的相连接。

    所述鉴相器的作用是将电网电压进行CLARK变换,获取电压的相位信息,并将被采样的相位信息输送到正序相位提取环节,正序相位提取环节对输入的相位信息进行相移,并进行简单的数学计算获取正序的相位信息。同时将相位信息输入到环路滤波器中,环路滤波器对输入的相位信息进行比例积分调整,并将调整后的相位信息输入到压控振荡器中,压控振荡器对其进行再一次积分和求余最后获取电网电压的相位信息。

    本实用新型的双二阶广义积分器锁相环,能够在电网电压平衡或畸变的情况下准确获取电网电压的频率和相位信息,响应速度快,便于实际应用。

    利用上述基于双二阶广义积分器锁相环进行相位和频率检测,整体的步骤如图2所示,具体的检测步骤如下。

    对三相不平衡的电网电压信号,通过鉴相器环节,将电压信号经过CLARK变换,获取和。

    将获取的和输入到正序相位提取环节的二阶广义积分器(SOGI),对其分别进行的90o移相,从而获取和,对其和输入的信号进行加减 计算获取和;其中二阶广义积分器的结构如图3所示,它的传递函数为:

    (1)

    (2)

    式(1)和式(2)中的为输入信号的电压和为环路滤波器产生的角频率。

    将和进行PARK变换获取和。

    将输入到环路滤波器中,对其进行比例积分使其为0,在其基础上叠加一个基波频率的角频率,获取。

    将获取的,分别输入到正序相位提取环节的SOGI里面和压控振荡器里面,在压控震荡器环节里面讲过积分和求余最后获取电网电压的频率和相位信息。

    在MATLAB仿真软件中搭建仿真模型如图4所示。并且与传统的锁相环进行对比仿真,从而验证本实用新型的锁相环的准确性。

    输入信号1为幅值为220V的平衡电压;输入信号2为幅值为44V的5次谐波电压;输入信号3为幅值44V,A相初相角为 的负序电压。

    仿真时间为0.08s,输入信号1,在0.04s突然增加信号2,传统锁相环(SPLL)和本实用新型锁相环DSOGI-SPLL的对比仿真波形。如图5所示。

    仿真时间为0.08s,输入信号1,在0.04s突然增加信号3,传统锁相环(SPLL)和本实用新型锁相环DSOGI-SPLL的对比仿真波形。如图6所示。

    从附图5-6仿真波形可以看出,本文提出的锁相环设计方法能够在电网电压不平衡或畸变的情况下准确获取电网的相位信息,其锁相精度高,响应速度快,便于实际应用。

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    在单同步软件锁相环中,输入信号是通过模数转换采集回来的三相电网电压,经过滤波处理后,已经是比较干净的信号电压。由于电网多数时候比较健壮,但有时候也会电压不可避免的存在一些负序或者零序,并且是无法用传统的低通滤波器滤除掉的。因为负序也是50hz的,要是滤除它了,那么正序的也被滤除了。

    为了把经过低通滤波器后的三相电压中的负序、零序也滤除,获得真正的正序电压,让正序电压参与锁相环算法,基于双二阶广义积分器(DSOGI)应运而生。

    DSOGI是用来将某个频率的信号相移90度,并且不产生相位滞后。

    而提取正序电压的运算过程中,有一个环节是将输入信号相移90度,并且不产生相位滞后。

    在alpha-belta坐标系中,提取正序的电网电压Valpha_p,Vbelta_n的公式是:(张兴,第九章去查)

    其中q就是将信号相移九十度。

    所以基于双二阶广义积分器(DSOGI)的软件锁相过程是这样的

    1、获得电网电压滤波后的信号,Vabc

    2、将Vabc进行三二变换得到Valpha-belta

    3、通过式9-51计算得到Valpha_p,Vbelta_n,组成的相量

    4、将正序的Valpha_p,Vbelta_n进行2s-2r变换,变换所需要的电角度用后面锁相角度的输出。

    5、利用单同步软件锁相环进行锁相即可。

    仿真如下:

    图1  为了观察输入信号和输出v之间的关系;输入是50hz 10伏 需要相移90度的信号和5000hz 10伏干扰信号;预计后者会被衰减完,前者会在v中复现。

    图2 是图1对应的仿真波形,黄色是输入信号,红色是输出信号v,可以看出,最后经过响应时间后,重合了。

    图3是图2开始阶段的局部放大,大约两个板周期完成相移响应。

    图4 观察两个输出信号,看是否相差90度

    图5 可以发现,红色qv比黄色v确实相移了90度。

    最近想把这个积分器的程序及注解写好,发布出来,时间不是很充足,争取早点发布

    到了无耻的要钱阶段了,贴上要钱码,您的一个小小的红包是对我莫大的鼓励

     

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  • matlab_基于二阶广义积分器的软件锁相环
  • 基于双二阶广义积分器的三相锁相环。 在simulink中采用模块搭建了三相锁相环,整个仿真环境完全离散化。 锁相结果如下图所示,其中黑色的是电网相位。

    基于双二阶广义积分器的三相锁相环。
    在simulink中采用模块搭建了三相锁相环,整个仿真环境完全离散化。

    锁相结果如下图所示,其中黑色的是电网相位。
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