[實(shí)用新型]基于全通濾波器的單相鎖相環(huán)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720733943.4
• 申請(qǐng)日: 2017-06-22
• 公開（公告）號(hào): CN206865437U
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉曉紅;劉鵬飛;吳壬華;唐疑軍;鄧向钖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳欣銳科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H03L7/085
• 分類號(hào): H03L7/085
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司44202
• 代理人: 郝傳鑫,熊永強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及了一種基于全通濾波器的單相鎖相環(huán)。

背景技術(shù)

隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)于快速、精準(zhǔn)的獲取電壓的相位、頻率信息愈發(fā)重要。鎖相環(huán)一般是由鑒相器、濾波器、控制器和壓控振蕩器組成，是一個(gè)由壓控振蕩器產(chǎn)生的輸出信號(hào)與參考信號(hào)或者輸入信號(hào)在頻率和相位上同步的電路，在同步(通常稱為鎖定)狀態(tài)，壓控振蕩器輸出信號(hào)和參考信號(hào)之間的相位差為0或者保持常數(shù)。

現(xiàn)有技術(shù)中，采用硬件實(shí)現(xiàn)單相鎖相環(huán)增加了硬件成本開銷，而且在電網(wǎng)過零點(diǎn)時(shí)容易產(chǎn)生誤判現(xiàn)象。軟件實(shí)現(xiàn)的單相鎖相環(huán)常用的有基于廣義二階積分和存儲(chǔ)采樣點(diǎn)的方法。其中，廣義二階積分是電網(wǎng)電壓經(jīng)過兩個(gè)傳遞函數(shù)分別產(chǎn)生與電網(wǎng)電壓同相正弦信號(hào)和滯后電網(wǎng)電壓90度后的正弦信號(hào)，這兩個(gè)傳遞函數(shù)比較復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來需要多個(gè)參數(shù)參與運(yùn)算；而存儲(chǔ)采樣點(diǎn)方法需要保存一個(gè)周期的采樣波形，比較占用內(nèi)存資源。

全通濾波器的傳遞函數(shù)g(s)＝(w-s)÷(w+s)，其中相角w＝2πf，f為頻率。由圖1可知，當(dāng)頻率f＝50Hz時(shí)，相位超前270度，也可以說成滯后90度，幅頻特性全頻段內(nèi)0分貝，實(shí)現(xiàn)了單相鎖環(huán)。但是由于電網(wǎng)電壓的頻率不是固定值，所以不能直接通過全通濾波器的傳遞函數(shù)產(chǎn)生與電網(wǎng)電壓同相正弦信號(hào)和滯后電網(wǎng)電壓90度的正弦信號(hào)。

實(shí)用新型內(nèi)容

基于此，為了上述傳統(tǒng)技術(shù)中電網(wǎng)頻率變化時(shí)實(shí)現(xiàn)單相鎖相環(huán)的過程復(fù)雜且鎖相效果差的技術(shù)問題，提供了一種基于全通濾波器的單相鎖相環(huán)。

本實(shí)用新型第一方面提供了一種基于全通濾波器的單相鎖相環(huán)，包括：

全通濾波器，用于接收輸入的電網(wǎng)電壓信號(hào)U_i和頻率信號(hào)Omiga，根據(jù)所述電網(wǎng)電壓信號(hào)U_i和所述頻率信號(hào)Omiga確定輸出端輸出的第一正弦信號(hào)Ualfa和第二正弦信號(hào)Ubata，所述第一正弦信號(hào)Ualfa與所述電網(wǎng)電壓信號(hào)U_i同頻同相，所述第二正弦信號(hào)Ubata的相位滯后所述電網(wǎng)電壓信號(hào)U_i90度；

與所述全通濾波器的輸出端連接的鑒相器，用于鑒相器根據(jù)所述全通濾波器輸出的第一正弦信號(hào)Ualfa、第二正弦信號(hào)Ubata和預(yù)設(shè)的參考信號(hào)確定所述電網(wǎng)電壓信號(hào)U_i與所述參考信號(hào)的相位差，根據(jù)所述相位差確定輸出端輸出的相位調(diào)整參數(shù)Theta；

輸入端與所述鑒相器的輸出端連接，輸出端與所述全通濾波器連接的PI控制器，用于根據(jù)所述鑒相器輸出的相位調(diào)整參數(shù)Theta確定輸出端輸出的頻率信號(hào)Omiga，并將所述頻率信號(hào)Omiga輸出到所述全通濾波器的輸入端。

在第一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述鑒相器還用于根據(jù)所述電網(wǎng)電壓信號(hào)U_i與所述參考信號(hào)的相位差獲取所述相位差的正弦分量和余弦分量，根據(jù)所述正弦分量和余弦分量確定所述相位差所在的目標(biāo)象限，根據(jù)所述目標(biāo)象限和預(yù)設(shè)的象限調(diào)整參數(shù)確定所述相位調(diào)整參數(shù)Theta。

在第一方面的第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述全通濾波器還用于根據(jù)公式：

Ualfa＝U_i

Ubata＝-a*Ubata₁+a*U_i+Omiga

其中，a＝(Omiga*T-2)÷(Omiga*T+2)

計(jì)算所述第一正弦信號(hào)Ualfa和第二正弦信號(hào)Ubata，其中Ubata₁為前一次輸出的第二正弦信號(hào)Ubata，T為所述電網(wǎng)電壓信號(hào)U_i的周期。

在第一方面的第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述電網(wǎng)電壓信號(hào)U_i的頻率范圍為40～70Hz。

實(shí)施本實(shí)用新型實(shí)施例，將具有如下有益效果：

本文提出了一種基于全通濾波器的單相鎖相環(huán)及鎖相方法，全通濾波器根據(jù)電網(wǎng)電壓信號(hào)U_i和接收到的所述頻率信號(hào)Omiga確定第一正弦信號(hào)Ualfa和第二正弦信號(hào)Ubata；鑒相器根據(jù)第一正弦信號(hào)Ualfa、第二正弦信號(hào)Ubata和預(yù)設(shè)的參考信號(hào)確定電網(wǎng)電壓信號(hào)U_i與參考信號(hào)的相位差，由相位差確定輸出端輸出的相位調(diào)整參數(shù)Theta；PI控制器由相位調(diào)整參數(shù)Theta確定頻率信號(hào)Omiga，將頻率信號(hào)Omiga輸出到全通濾波器的輸入端。從而形成電壓反饋實(shí)現(xiàn)單相鎖相環(huán)，可實(shí)時(shí)跟蹤頻率變換的正弦信號(hào)，算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，而且不占用資源。

附圖說明