[发明专利]一种具有谐波抑制功能的单相锁相环优化设计方法

权利要求书

1.一种具有谐波抑制功能的单相锁相环优化设计方法，其特征在于，所述设计方法包括以下步骤：

(1)、建立单相锁相环的小信号模型；

(2)、确定单相锁相环参数设计约束条件；

(3)、确定截止频率ω_c，优化控制参数；

所述步骤(2)中，设计PLL的控制参数经过下述步骤：

1)、分析PLL环路稳定性；

2)、根据暂态特性的要求设计PLL的控制参数；

在设计PLL的控制参数的步骤1)中，假设LP比例控制参数k_p与LP积分控制参数k_i的比k_i/k_p＝ω_z,kω/2＝ω_p，ω为实际的角频率，k为广义二阶积分器的增益，得到PLL的开环传递函数

其中，k_V为相角检测模块比例环节控制参数；

由上式可得PLL的相角裕度为

其中，ω_c为截止频率，

对PLL的相角裕度表示式进行求导，当时，

将带入到截止频率公式中，可得ω_c＝k_Vk_p，此时PLL的相角裕度最大；

假设ω_p＝a²ω_z，a为常数，得到以下表示式

将上式带入PLL的相角裕度表示式中，可得

由控制系统相角裕度的合理范围为30°≤PM≤60°，得a的取值范围为

1.732≤a≤3.732。

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，如步骤(1)所述的小信号模型包括相角检测模块，环路滤波模块和由积分模块代替的电压控制振荡器模块，其相角检测模块的传递函数为P(s)，环路滤波模块的传递函数表示式为

LF(s)＝k_p+k_i/s

该函数由比例积分控制器组成，其中k_p为比例控制参数，k_i为积分控制参数。

3.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于，在广义二阶积分锁相环SOGI-PLL的相角检测模块中，SOGI正交信号产生模块的传递函数为

其中，v'和qv'为经过广义二阶积分器产生的正交信号，v为输入电压信号，ω'为锁相环检测的角频率，k为广义二阶积分控制器的增益；

假设检测的角频率与实际角频率近似相等，检测的相角与实际相角的误差非常小，即并且忽略谐波影响，当k2时，对SOGI正交信号产生模块的传递函数进行拉普拉斯反变换得到

其中，A_α，A_β为电网电压幅值，为相角k为广义二阶积分控制器的增益，ω为实际角频率；

将上式作为Park变换的静止坐标系下电压输入量，对其进行Park变换，得到的直角坐标系下的dq轴分量以下式所述

其中，v_d(t)为实轴电压分量，v_q(t)为虚轴电压分量，为电网电压实际相角，为PLL检测相角，为实轴电压波动分量，为虚轴电压波动分量，ω为实际角频率；

当系统达到稳态时，v_d(t)为输入电网电压幅值，v_q(t)为相角误差，即为环路滤波器的输入信号。