一種svg單相鎖相環方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種SVG單相鎖相環方法，即使在同步信號中含有諧波、多個過零點、 不平衡等多種情況時仍然能夠正常運行，具有較高的精度和快速性。
【背景技術】
[0002] 在電力電子、自動控制逐步發展的基礎上，電力電子設備，其性能一定程度上依賴 于其鎖相環對于單相電網電壓同步信號頻率和相位的跟蹤能力。常規的離散傅里葉變換 值FT)用于計算電網的幅值和相位時，如果DFT采樣窗口的周期與電網周期不一致，則計算 結果會有相位差。
【發明內容】
[000引發明目的；為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種SVG單相鎖相環方 法，針對單相電網的同步信號中含有諧波、多個過零點、不平衡等多種情況，通過采用固定 采樣點數、DFT運算、閉環控制等方法，克服鎖相相位存在誤差、無法鎖定等問題，解決單相 電網中電力電子設備對于電網電壓同步信號頻率和相位的跟蹤問題，具有較高的精度和快 速性；同時也解決了工程中便于數字化處理的問題。
[0004] 技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：
[000引一種SVG單相鎖相環方法，通過分析單相電網鎖相原理，提出一種基于DTF算法、 利用對相位的閉環控制來動態調節相位角，從而實現對單相電網的固定采樣點數的鎖相； 具體包括如下步驟：
[0006] 步驟一：設單相輸入信號為u(t)，對輸入信號u(t)進行如下的基波傅里葉變換：
[0007]
[0008] 其中；T為工頻周期，《為角頻率；Uix+UlyXj為輸入信號u(t)的基波向量，基波 向量與參考正弦向量的夾角為0 ;
[0009]步驟二；WUly作為鎖相環閉環調節的誤差信號，得到模擬域閉環控制環路；
[0010]步驟S;單相鎖相環；根據輸入信號u(t)、參考頻率f。、反饋信號sin0和cos0， 經過基波傅里葉變換運算得到Uiy，對Uiy取反得到誤差信號A0二-Uiy，將A0作為零散 控制器D(S)的輸入信號并得到控制輸出L，經過運算得到相位角0 = 對0進行S 角函數計算得到反饋信號sin0和cos0，最終形成一個完整的閉環。
[0011] 該方法中閉環控制的零散控制器D(s)輸入級設及的濾波器設計過程如下：
[0012] (1)為了解決離散化采樣，造成正序、負序的100化波動，在濾波器的輸出端設計 一個50化的濾波，濾除因數字化而引起的波動；
[001引 似設計二階低通濾波器為
《。=loon，s為復頻域中復變量；經 過幅頻特性分析，在50化處幅值為1 (無衰減），相位之后90°，超過50化后幅值迅速衰減， 可W同時起到濾波與相移的作用。
[0014] 有益效果；本發明提供的SVG單相鎖相環方法，能夠克服DFT采樣窗口的周期與電 網周期不一致導致計算結果存在相位差的問題，同時可W解決過零鑒相器在同步信號因含 有諧波造成多個過零點而導致鎖相失敗的問題，還能夠實現鎖相環周期調節，具有較高的 精度和快速性，解決了單相電網中電力電子設備對于電網電壓同步信號頻率和相位的跟蹤 問題。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發明的基于零散傅里葉變換的鎖相閉環框圖；
[0016] 圖2為本發明的二階低通濾波器幅頻特性；
[0017] 圖3為本發明的基于傅里葉變換的鎖相環仿真模型；
[0018] 圖4為本發明的基波時的外同步信號與內同步信號相位；
[0019] 圖5為本發明的諧波時的外同步信號與內同步信號相位。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。
[0021] 如圖1所示為一種SVG單相鎖相環方法，通過分析單相電網鎖相原理，提出一種基 于DTF算法、利用對相位的閉環控制來動態調節相位角，從而實現對單相電網的固定采樣 點數的鎖相；具體包括如下步驟：
[0022] 步驟一：設單相輸入信號為u(t)，對輸入信號u(t)進行如下的基波傅里葉變換：
[0023]
[0024] 其中；T為工頻周期，《為角頻率；Uix+UiyXj為輸入信號u(t)的基波向量，基波 向量與參考正弦向量的夾角為0 ;
[0025]步驟二；WUiy作為鎖相環閉環調節的誤差信號，得到模擬域閉環控制環路；
[0026] 步驟S;單相鎖相環；根據輸入信號U(t)、參考頻率f。、反饋信號sin0和cos0， 經過基波傅里葉變換運算得到Uiy，對Uiy取反得到誤差信號A0二-Uiy，將A0作為零散 控制器D(s)的輸入信號并得到控制輸出L，經過運算得到相位角
，對0進行S 角函數計算得到反饋信號sin0和cos0，最終形成一個完整的閉環。
[0027] 如圖2所示，為本方法中閉環控制的零散控制器D(s)輸入級設及的濾波器的幅頻 特性，該濾波器的設計過程如下：
[002引 （1)為了解決離散化采樣，造成正序、負序的100化波動，在濾波器的輸出端設計 一個50化的濾波，濾除因數字化而引起的波動；
[0029] 似設計二階低通濾波器為
《。= 100n，S為復頻域中復變量；經 過幅頻特性分析，在50化處幅值為1 (無衰減），相位之后90°，超過50化后幅值迅速衰減， 可W同時起到濾波與相移的作用。
[0030] 圖2為所設計濾波器的波特圖炬odeDiagram,又稱幅頻響應和相頻響應曲線 圖），可看出系統的頻率響應，橫軸為頻率（Prequency，Hz)W對數尺度（logscale)表示， 幅頻（Magnitude，DB)、相頻（Phase，Deg)特性分別對應縱軸的上、下欄，幅頻圖表示頻率響 應增益的分貝值對頻率的變化，相頻圖則是頻率響應的相位對頻率的變化。具體特性為：在 50化處幅值為1 (無衰減），相位之后90°，超過50化后幅值迅速衰減，可W同時起到濾波 與相移的作用。
[0031] 圖3為基于傅里葉變換的鎖相環仿真模型，按照圖1控制閉環搭建，包括模擬信 號、控制環節、輸出信號等，主要是為了驗證其可行性、性能。
[0032] 圖4為仿真波形圖-基波時的外同步信號與內同步信號相位，橫軸為時間t，縱軸 中；實線為外同步信號-也是輸入信號、虛線為內同步信號；兩者實時跟蹤、相位差保持零。
[0033] 圖5為仿真波形圖-諧波時的外同步信號與內同步信號相位，橫軸為時間t，縱軸 中；實線為外同步信號-也是輸入信號、點斷線為內同步信號、虛線為參考基波信號；雖有 多個過零點、諧波，兩者同樣實時跟蹤、相位差保持零。
[0034] W上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出；對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可W做出若干改進和潤飾，該些改進和潤飾也應 視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種SVG單相鎖相環方法，其特征在于：通過分析單相電網鎖相原理，提出一種基于 DTF算法、利用對相位的閉環控制來動態調節相位角，從而實現對單相電網的固定采樣點數 的鎖相；具體包括如下步驟： 步驟一：設單相輸入信號為u(t)，對輸入信號u(t)進行如下的基波傅里葉變換：其中：T為工頻周期，《為角頻率；ulx+ulyXj為輸入信號u(t)的基波向量，基波向量 與參考正弦向量的夾角為Q; 步驟二：以uly作為鎖相環閉環調節的誤差信號，得到模擬域閉環控制環路； 步驟三：單相鎖相環：根據輸入信號u⑴、參考頻率&、反饋信號sin0和cos0，經過 基波傅里葉變換運算得到uly，對uly取反得到誤差信號A0 =-uly，將A0作為零散控制 器D(s)的輸入信號并得到控制輸出Tx，經過運算得到相位角，對0進行三角函 數計算得到反饋信號sin0和cos0，最終形成一個完整的閉環。2. 根據權利要求1所述的SVG單相鎖相環方法，其特征在于：該方法中閉環控制的零 散控制器D(s)輸入級涉及的濾波器設計過程如下： (1) 在濾波器的輸出端設計一個50Hz的濾波； (2) 設計二階低通濾波器為，《n= 1〇〇Jr，S為復頻域中復變量。
【專利摘要】本發明公開了一種SVG單相鎖相環方法，通過分析單相電網鎖相原理，提出一種基于DTF算法、利用對相位的閉環控制來動態調節相位角，從而實現對單相電網的固定采樣點數的鎖相；基于DFT算法的固定采樣點數的單相數字鎖相閉環，即使在同步信號中含有諧波、多個過零點、不平衡等多種情況時仍然能夠正常工作，具有較高的精度和快速性，解決了單相電網中電力電子設備對于電網電壓同步信號頻率和相位的跟蹤問題。
【IPC分類】H03L7/08
【公開號】CN104917518
【申請號】CN201510363645
【發明人】馮慶華, 史麗萍
【申請人】徐州上若科技有限公司
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年6月26日