[发明专利]一种非固定采样频率的软件锁相环实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锁相环的实现方法，尤其是一种非固定采样频率的软 件锁相环实现方法，属于信号处理技术领域。

背景技术

电网基波初相角与频率是电力系统FACTS、新能源并网发电变流器和 不间断电源(UPS)等运行的重要信息。目前，获得这些信息的主要途径 是采用模拟锁相环技术、数字锁相环技术及基于DSP的软件锁相环技术。

模拟锁相环和数字锁相环均要采用额外的硬件实现，模拟锁相环存在 有直流零点漂移、部件饱和、须进行初始校正，且有假锁、失锁、抖动、 可靠性低等问题；数字锁相环同样对器件要求较高，而且采用数字电路设 计低通滤波器比较困难，精度难以提高。而且更重要的是，这两种方法都 是依赖于对过零时刻的检测，但是实际电力系统中电压电流存在的谐波， 使得信号零点与基波零点不一致，并且可能在实际过零处出现多次过零， 从而使检测结果不准确。

通过现有国内外技术文献的检索发现，基于DSP的三相软件锁相环策 略在电力电子装置中被广泛研究和应用。Vikram Kaura和Vladimir Blasko 在文献《Operation of a phase locked loop system under distorted utility conditions》(IEEE Transactions on Industry Application[J]，vol.33，no.1， 1997，pages：58-63.)中提出了一种新颖的三相锁相环策略，该锁相环具有如 下特点：1)完全由软件实现，不需要任何硬件电路滤波器；2)在电网电 压存在畸变、谐波、多次过零和频率波动等情况下，锁相环能可靠工作。 韩国学者Se-Kyo Chung对三相软件锁相环技术做了进一步研究，给出了 离散域的数学模型和分析了电网电压存在谐波畸变、不平衡和直流偏置等 情况对锁相环性能影响，并将结论发表在文章《A phase tracking system for a three phase utiltiy interface inverter》(IEEE Transactions on Power Electronics[M]，vol.15，no.3，2000，pages：431-438.)上。在国内也有一些相 关研究文献，华中科技大学琚兴宝等人在文献《基于DSP的三相软件锁 相环设计》(通信电源技术，2004，21(5)：第1-4页)中推出了一种采 用滞后控制器的三相软件锁相环系统，提高锁相环谐波抑制能力。周卫平、 吴国正和夏立在文章《基波相位和频率的高精度检测及在有源电力滤波器 中的应用》(中国电机工程学报，2004，24(4)：91-96页)中，提出一种 高精度的基于三角函数正交性和自适应滤波的原理构造相位跟踪闭环控 制的锁相环策略。中国专利(专利号为ZL 200510024277.9，名称为“双 校正软件锁相环实现方法”)中，公开了一种利用采用简单开环控制锁相 环策略，暂态响应时间小于20ms。

由以上介绍可知，现有的锁相环策略研究，主要解决如何提高锁相响 应速度和锁相精度，以及如何提高锁相环系统在复杂电网条件下的可靠 性。然而，在一些特殊应用场合，如，基于重复控制的高补偿精度有源电 力滤波器对锁相环有特殊要求。重复控制器，是一种基于内模原理的新型 控制策略，将其应用于有源电力滤波器可以大大提高其静态补偿精度；重 复控制一般采用数字控制方式实现，且需要系统在一个基波周期内(或内 模周期内)具有固定的采样点数，以保证内模的正确更新，否则，会导致 内模更新错误，使得重复控制不能正常工作。因此，这就对应用于重复控 制有源电力滤波器的锁相环方法提出了独特要求。

发明内容

本发明提供了一种非固定采样频率软件锁相环实现方法，能应用于重 复控制的各种并网变流装置中，如有源电力滤波器和新能源发电并网变 流器等。

一种非固定采样频率的软件锁相环实现方法，包括如下步骤：

1)采用DSP的周期计数器模拟锁相环数控振荡器，得到数控振荡器 输出信号；

2)以数控振荡器输出信号为基准信号，利用DQ变换鉴相方式，求 出电网电压与基准信号之间的相位误差；

3)根据数控振荡器输出基准信号和电网电压与基准信号之间的相位 误差，建立锁相环系统闭环传递函数特征方程，确定环路滤波器的参数。