[发明专利]锁相环及电压相位和频率的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锁相环及电压相位和频率的测量方法。

背景技术

随着各种非线性负载的大量使用，电能质量问题日益突出，用来改善电能质量的各种电力电子装置得了较广泛的应用。电力电子装置要成功接入电网，需准确实时地检测出电网的相位和频率信息，相位和频率跟踪是控制其中的一个关键环节。传统的硬件过零检测法一般只能在一个工频周期比较两次，动态性能较差，且当电网电压中有较高的谐波含量时，就不能准确地确定过零点。

电力电子装置在电力系统中的应用越来越广泛，它们直接或通过变压器、电抗器等设备与电网并联或串联，并依赖电源电压与电网保持同步运行。要实现并网变换器与电网的同步运行，首先必须检测电网电压的频率和相位，并以此来控制变换器，使其与电网电压保持同步，一般需用锁相环(Phase-Locked Loop, PLL)来获得电网电压相位。

图8为传统锁相环结构框图，锁相环主要由鉴相器、环路滤波器、压控振荡器和分频器构成。该锁相环的基本工作原理是：鉴相器将电网电压和控制系统内部同步信号的相位差信号转变成电压，通过环路滤波器滤波后去控制压控振荡器，从而改变系统内部同步信号的频率和相位，使之与电网电压一致。此锁相环技术各个环节都包含较多内容，实现较为复杂，且其不能检测出信号频率，相位跟踪效果也较差，不利于工程应用。

发明内容

本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种锁相环及电压相位和频率的测量方法，以实时有效地检测出电压频率和相位信息、实现信号频率的准确计算和相位的准确跟踪。

本发明为解决技术问题采用以下技术方案。

锁相环，其结构特点是，包括信号检测装置、强滤波器、等效信号频率计算装置、等效信号相位获取装置和相位补偿装置；所述信号检测装置的输入端接入被检测信号，所述信号检测装置的输出端与所述强滤波器的输入端相连接，所述强滤波器的输出端与所述等效信号频率计算装置相连接；所述等效信号相位获取装置的输入端与所述等效信号频率计算装置的输出端相连接，所述等效信号相位获取装置的输出端与所述相位补偿装置的输入端相连接，所述相位补偿装置的输出端与所述信号检测装置相连接。

本发明还提供了一种电压相位和频率的测量方法。

电压相位和频率的测量方法，其包括如下步骤：

步骤1：获得采样信号Va；

步骤2：对采样信号进行低通滤波处理，得到新的滤波信号Va0；

步骤3：比较器处理滤波信号Va0，得到方波信号Xa；

步骤4：上升沿触发，得到过零点触发的触发波形Sa；

步骤5：计算采样信号Va的频率f；

步骤6：求取脉冲信号发生器的频率fs；

步骤7：脉冲信号发生器产生脉冲波Pa；

步骤8：上升沿触发，得到脉冲信号Pa的触发波形Ta；

步骤9：计数器计数，得到放大1000倍的相位波形Qa；

步骤10：引入乘法器，得到新信号波形Qa0；

步骤11：相移补偿，得到采样信号Va的相位特征波形。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

本发明提供了一种基于强滤波、过零检测与相移补偿等技术的工程适用型锁相环及电压相位和频率测量方法。锁相环包括信号检测装置、强滤波器、等效信号频率计算装置、等效信号相位获取装置和相位补偿装置；信号检测装置、强滤波器、等效信号频率计算装置、等效信号相位获取装置和相位补偿装置依次相连接，且相位补偿装置的输出端与信号检测装置相连接，构成一个环形的检测系统。测量方法通过对输入锁相环信号进行滤波处理后，计算其等效信号的频率，再将此频率作为基准，通过计数、相移补偿等方式获得输入信号的相位。相比传统锁相环技术，此锁相环实现简单，可同时用于检测输入锁相环的信号频率和相位，便于实际应用。

本发明的锁相环及电压相位和频率的测量方法，具有可实时有效地检测出输入锁相环信号的频率和相位信息、实现信号频率的准确计算和相位的准确跟踪、实现简单且便于实际应用等优点。

附图说明

图1为本发明的锁相环的结构框图。

图2为本发明的电压相位和频率的测量方法的流程图。

图3为验证本发明的PSCAD模型简图。

图4为本发明的锁相环在输入信号1情况下，锁相环输出信号θ1的仿真波形图。