三相数字锁相环的原理及性能VIP免费

2009年10月电工技术学报Vol.24No.10第24卷第10期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYOct.2009三相数字锁相环的原理及性能龚锦霞1解大1张延迟2,3（1.上海交通大学电子信息与电气工程学院上海2002402.华东理工大学自动化系上海2002373.上海电机学院电气工程系上海200240）摘要分析了三相锁相环的基本原理、特性及各种输入情况下锁相环的输出性能。通过理论推导，在三相输入信号存在直流偏移、不对称、谐波等干扰情况下，分析了三相锁相环的检测相位误差，得出谐波的含量。并通过仿真研究，验证了三相输入信号存在直流偏移、不对称、谐波等干扰情况下，仿真结果与理论推导一致。并对相位突变和频率突变的情况进行了仿真研究，说明在相位和频率发生变动时三相锁相环仍能有效地锁定相位，能够满足系统变频的要求。关键词：三相锁相环偏移不对称谐波变频仿真中图分类号：TM714PrincipleandPerformanceoftheThree-PhaseDigitalPhase-LockedLoopGongJinxia1XieDa1ZhangYanchi2,3（1.ShanghaiJiaotongUniversityShanghai200240China2.EastChinaUniversityofScienceandTechnologyShanghai200237China3.ShanghaiDianjiUniversityShanghai200240China）AbstractThispaperanalyzesthefundamentalprincipleandperformanceofthree-phasephase-lockedloop.andtheharmoniccomponentinvariablesituations.Itdeductstheerrorinfluenceonthree-phaselockedphasewhenthethree-phaseinputsignalsareoffsetting,unbalancedorwithharmonics.Thetheoreticalconclusionsareconfirmedbydetailedsimulationsunderthesituations,suchasoffsetting,unbalance,harmonic,phase-abruptandfrequency-abrupt.Thesimulationresultsprovethatthethree-phasephase-lockedloopcanworkwellindisturbancesituationandvariablefrequencysystemwhenthefrequencyoftheinputsisvariable.Keywords：Three-phasephase-lockedloop(PLL),offsetting,unbalance,harmonic,variablefrequency,simulation1引言在可控的交直流变换器、静态无功补偿器、有源电力滤波器、不间断电源及高压直流输电的变换器等系统中，实时相位信息是实现功率器件通断控制、有功功率和无功功率计算以及各种参考坐标之间变换的基准[1-3]。电力系统中电能质量扰动如谐波的存在、采用电网换相的整流器造成的陷波、电容瞬时投切的扰动、电网电压骤降引起的相位跳变及频率波动和电网的三相电压不平衡等因素会影响基波信号频率和相位测量的精度[4]。因此，找到一种能在各种扰动影响下实现实时相位同步的方法具有非常重要的实际意义。锁相环（PLL）是目前使用最普遍的相位同步方法，它用于获得准确实时的相位信息，提供计算基准，其性能对于整个控制系统至关重要。在控制过程中要求锁相电路必须在存在电压畸变如谐波、频率突变、相位突变以及三相不平衡条件下，能够收稿日期2008-03-19改稿日期2008-10-22第24卷第10期龚锦霞等三相数字锁相环的原理及性能95快速、准确地锁定电压相位，并需满足收敛速度要快、相位估计精度高、抗干扰能力强等几方面要求[5]。常用锁相环一般采用过零比较的方法，通过检测过零点的时间来计算相位，但其动态性能较差，过零点的检测对谐波、直流偏移和其他干扰非常敏感，实际应用效果不佳[6]。由于多个单相锁相环之间的同步处理较难实现，且一般只能对某一设定基频进行相位锁定，出现频率偏差时锁相效果较差。已有不少文献对三相锁相环进行了研究，但很少涉及锁相环的性能方面较全面的分析。文献[7]总结了各种目前采用的相位同步的工作原理及其改进方法。文献[8]分析了三相锁相环检测相位的误差，考虑了输出中含有高次谐波的反馈。文献[9]提出了一种基于可编程逻辑阵列（FPGA）实现三相锁相环控制器的全数字化方案。文献[10]提出了基于离散傅里叶变换鉴相的全数字锁相环，并给出了其数字域模型和参数设计方法。但一般的相位同步方法都只能适用于特定的场合，不能满足所有各种干扰的需要。本文对一种新型的基于d、q变换的三相锁相环的算法在输入三相实时变量存在直流偏移、不对称、谐波及相位、频率突变等干扰情况下，锁相过程中的相...