[發明專利]基于簡化梳狀濾波器的主動降噪鎖頻環裝置及方法

有效

• 申請號: 202011050746.5
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112217509B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 潘雷;孫鶴旭;徐東興;張靜梅;龐毅;陳建偉
• 申請（專利權）人: 天津城建大學;河北科技大學
• 主分類號: H03L7/093
• 分類號: H03L7/093
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 崔玥

本發明涉及一種基于簡化梳狀濾波器的主動降噪鎖頻環裝置及方法，通過減少陷波點的數量以及利用梳狀濾波器中零極點和陷波點的對應關系，通過s域的二次最優平方逼近來簡化梳狀濾波器，使其復雜度降低并且解決存在近似小延遲和采樣頻率高的問題；以及通過改進型主動降噪技術實現對剩余噪聲的二次消除，以這樣的方式在保持原本鎖頻環動態特性的同時減少原本梳狀濾波器所需的計算力并且具有出色的鎖頻結果。本發明可以被廣泛應用于三相雙二階廣義積分器鎖頻環中用來準確鎖定電網頻率。

技術領域

本發明涉及信號處理領域，特別是涉及一種基于簡化梳狀濾波器的主動降噪鎖頻環裝置及方法。

背景技術

同步技術在現代能源技術和電力應用中對信號的處理、監測、控制非常重要。電網電壓相位和頻率信息的準確檢測是電力電子變換器并網穩定運行的關鍵。鎖相環和鎖頻環用于檢測電網信號的相位和頻率，進而實現電網信號的同步，精確且快速地估算出電網電壓的相位和頻率信息是鎖相環和鎖頻環的目標。

同步旋轉坐標系下的鎖相環作為最常用的鎖相技術可在電網正常工作情況下獲得準確的鎖相結果，然而，在電網電壓畸變時，傳統鎖相環動態響應慢，鎖相誤差較大，嚴重時三相同步鎖相環(Synchronous Reference Frame Phase-Locked Loop,SRF-PLL)甚至無法工作。因此，本領域技術人員提出了各種各樣的改進型鎖相環和鎖頻環。這些改進方法本質是通過在鎖定頻率之前使用濾波環節對輸入給鎖相環或鎖頻環的信號進行“預處理”，通過給鎖相環或鎖頻環更加“純凈”的信號來得到準確的電網信息。

雖然這些方案對于諧波的抑制能力出色，但這些“預處理”網絡的設置，也帶來了巨大的運算力需求以及較慢的動態響應問題，而這些問題是阻礙這些方案實施的重要因素。

電網發生暫升、暫降、三相不平衡和諧波污染嚴重時，受負序分量影響，傳統鎖相環的相位誤差增大，不能滿足并網逆變器的控制需求。為提取基波分量，需在傳統鎖相環之前加裝低通濾波器或對結構進行改進，但仍易引起相角偏移、響應速度慢等缺點。

由于近些年在小信號建模和鎖頻環濾波能力方面取得的進展，使得鎖頻環在電力系統相關應用方面越來越受歡迎。現在，除了在功率變換器同步信號方面的應用外，鎖頻環還用于例如頻率自適應諧振控制器、電力系統中的孤島檢測、機械振蕩估計、估計兩個或多個頻率未知的正弦信號、檢測并分離功率信號中的基波和諧波成分、抑制心電圖信號中電源線干擾等等中。

鎖頻環用于鎖定電網電壓的頻率而不是相位，相位計算在回路外完成。鎖頻環和鎖相環之間的固有差異，使鎖頻環在電網基波檢測中更具優勢。鎖頻環通常需要利用帶通濾波器的特性來提取基波成分，并衰減、消除鎖頻環系統中的其他諧波，因此在鎖相環中廣泛使用的環路內低通濾波器不在適用于鎖頻環。

而現有的用于鎖頻環的預濾波技術只能對特定的頻率或者特定的某些頻率進行噪聲消除，因此，本領域亟需一種統一將所有噪聲進行消除的技術方案。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于簡化梳狀濾波器的主動降噪鎖頻環裝置及方法，解決當前只能對特定的噪聲進行消除，而且會帶來比較大的計算負擔的問題。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種基于簡化梳狀濾波器的主動降噪鎖頻環裝置，其特征在于，所述裝置包括：簡化梳狀濾波器電路、雙二階廣義積分器鎖頻環電路和主動降噪電路；

所述簡化梳狀濾波器電路通過減少陷波點的數量以及利用梳狀濾波器中零極點和陷波點的對應關系，通過s域的二次最優平方逼近來簡化；

所述雙二階廣義積分器鎖頻環電路包括第一二階廣義積分器、第二二階廣義積分器、歸一化單元和頻率誤差信號的運算環節；

所述主動降噪電路包括延時器、自適應濾波器和改進型基于sigmoid函數的最小均方算法；