[發明專利]基于帶通濾波器的抗諧波干擾型鎖相環方法

在審

• 申請號: 201410678110.3
• 申請日: 2014-11-24
• 公開（公告）號: CN104506188A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 李艷龍;于銘凱;劉闖;蔡國偉;潘貸棟
• 申請（專利權）人: 國網遼寧省電力有限公司錦州供電公司;國家電網公司;東北電力大學
• 主分類號: H03L7/093
• 分類號: H03L7/093
• 代理公司: 錦州遼西專利事務所 21225
• 代理人: 李輝

技術領域

本發明是屬于低壓配電網分布式發電并網領域，是一種基于帶通濾波器的抗諧波干擾型鎖相環方法。

背景技術

隨著全球范圍內能源危機和環境問題的日益突出，分布式發電技術得到越來越多的關注。目前使用最普遍的相位同步方法是鎖相環技術，它是一個能夠實現兩個正弦信號相位同步的自動控制閉環系統。鎖相環的作用是為得到電網電壓相位，而相位信息是分布式電源并網工作時的關鍵參數。大量用戶型分布式電源涌入低壓配電網，會造成電壓暫降、頻率突變、相位突變、諧波等電能質量問題，而這些問題反過來將會影響分布式電源本身中鎖相環性能，導致電壓的相角和頻率信息不準確。

現有的鎖相環主要存在以下問題：1.輸入信號含諧波或者直流分量時，無法跟蹤相位、頻率信息。2.結構復雜，在用數字實現時計算量大。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供了一種基于帶通濾波器的抗諧波干擾型鎖相環方法，它在輸入電壓信號含諧波、直流量或者發生電壓暫降、頻率突變或相位突變時，都能準確、快速跟蹤輸入信號基波幅值、頻率及相位信息，能準確鎖相，在數字實現時可以減少計算量。

本發明的目的是有以下技術方案來實現的：

基于帶通濾波器的抗諧波干擾型鎖相環方法，其特殊之處是：

1、采用近似線性化加強型鎖相環(PL-EPLL)和帶通濾波器，帶通濾波器放在近似線性化加強型鎖相環(PL-EPLL)的閉環結構內且位于輸入信號與輸出信號差值與與其相鄰的乘法器之間，所述帶通濾波器的傳遞函數為：

其中：表示濾波器中心頻率；ξ?是阻尼率，決定濾波器帶寬；k是放大倍數；S是?復變量；

2、輸入信號和鎖相環輸出信號的差值一起通過帶通濾波器濾波，帶通濾波器的輸出一路通過一個除法器除以電壓幅值，再經過鎖相環（PLL）得到輸入信號的相位；

3、帶通濾波器輸出另一路信號與鎖相環（PLL）輸出相位信號的正弦值相乘，再經過一個積分系數為μ₁的積分器得到幅值信息A，幅值信息A與鎖相環（PLL）輸出的相位信號的正弦值相乘作為該鎖相環的輸出。

所述的帶通濾波器是一個二階系統，它可以濾除低頻段和高頻段信號，通過中頻段信號的濾波器。濾波器中心頻率通過設定，帶寬（）由阻尼率決定。帶通濾波器有一定帶寬，當輸入信號頻率改變，但還在通頻帶內或者附近，不需要改變濾波器的中心頻率和其他參數，在輸入電壓信號含諧波、直流量或者發生電壓暫降、頻率突變或相位突變時，都能準確、快速跟蹤輸入信號基波幅值、頻率及相位信息，能準確鎖相，在數字實現時可以減少計算量。

附圖說明

圖1為加強型鎖相環（EPLL）結構圖；

????圖2?為近似線性化加強型鎖相環(PL-EPLL)結構圖；

圖3?為基于帶通濾波器的抗諧波干擾型鎖相環結構圖；

圖4?為基于帶通濾波器的抗諧波干擾型鎖相環在實際電網電壓下的鎖相效果圖，圖中u為電網電壓波。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細說明。

如圖2和圖3，基于帶通濾波器的抗諧波干擾型鎖相環方法，其步驟如下：

1、采用近似線性化加強型鎖相環(PL-EPLL)和帶通濾波器，帶通濾波器放在所述近似線性化加強型(PL-EPLL)鎖相環的閉環結構內且位于輸入信號與輸出信號差值與與其相鄰的乘法器之間，所述帶通濾波器的傳遞函數為：

其中：表示濾波器中心頻率；ξ?是阻尼率，決定濾波器帶寬；k是放大倍數；S是?復變量；

調整參數使帶通濾波器的通頻帶包含輸入信號的變化范圍，即輸入信號能通過濾波器，沒有大幅度衰減。k是放大倍數，k值決定系統的快速性，求出整個鎖相環的開環傳遞函數，根據k值畫根軌跡，找到使得系統特征值都在左半平面并且實部都相等的k值，這時系統響應較快且系統是穩定的。只要能讓系統穩定的k值都可，但系統的穩定性與系統各個參數有關，這里只是給出一種整定參數k的方法，使得系統有較好的快速性，并且是穩定的。綜合考慮系統穩定性與快速性要求，以及對諧波的衰減要求來設計濾波器參數；

2、輸入信號和鎖相環輸出信號的差值一起通過帶通濾波器濾波，帶通濾波器的輸出一路通過一個除法器除以電壓幅值，再經過鎖相環（PLL）得到輸入信號的相位；