[发明专利]一种基于锁频环的二阶广义积分器结构及锁相环同步方法

说明书

本发明提供一种基于锁频环的二阶广义积分器结构及锁相环同步方法，所述结构包括二阶广义积分器、基于二阶广义积分器的锁频环和一个反馈回环；所述二阶广义积分器用于，接收单相电网的电压输入信号，输出第一正交信号和第二正交信号；其中，所述电压输入信号包括输入电压信号和输入频率；所述基于二阶广义积分器的锁频环用于，根据所述第一正交信号，获取调整频率和第三正交信号和第四正交信号；所述反馈回环用于将所述调整频率反馈至二阶广义积分器，作为新的输入频率。本发明提供的基于锁频环的二阶广义积分器结构，提高了对电压信号中直流分量的过滤能力，同时提高了针对输入信号含有直流分量时的锁相精度，具有更好的谐波过滤能力。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种基于锁频环的二阶广义积分器结构及锁相环同步方法。

背景技术

为保证并网单相电力电子装置的安全稳定运行，单相电网同步技术成为非常重要的控制技术，锁相环是一种简单有效的同步工具。单相锁相环通常由三部分组成：鉴相器、环路滤波器和压控振荡器。

从鉴相器角度来看，乘法鉴相器已有长期的应用历史，但其在稳态输出中仍会产生大幅值的二倍频成分。因此，在鉴相器前产生基波及其正交信号的技术应运而生，例如延迟模块、基于希尔伯特变换的正交信号发生器、基于卡尔曼滤波的正交信号发生器、二阶广义积分器以及反派克变换等技术。同时，多种用于滤除各类波动分量的滤波器也被应用于锁相环环路滤波器中，例如无限冲激响应低通或陷波滤波器、自适应陷波滤波器、滑动平均滤波器、延迟相消滤波器等。

在已提出的锁相环结构中，基于二阶广义积分器的锁相环得到了广泛应用。刘桂花在文章《弱电网下单相光伏并网逆变器锁频环同步方法》中所提出的方法在电网电压扰动及过零点震荡情况下可稳定可靠工作，但未能充分考虑谐波对锁相效果的影响。袁庆庆在文章《基于特定谐波消除的并网锁相环技术》中提出了基于特定谐波消除的单相锁相环方法,涂娟在文章《基于改进型DSOGI-PLL的电网电压同步信号检测》中通过构建谐波消除模块，在DSOGI-PLL的基础上，提出一种改进的锁相环结构，但现有技术中大多仍保留PI环节，使得电路锁频环的结构过于复杂。

发明内容

为克服现有技术中，基于二阶广义积分器的锁相环需要保留PI环节，使得电路锁频环过于复杂的问题，提供一种基于锁频环的二阶广义积分器结构及锁相环同步方法。

根据本发明的一个方面，提供一种基于锁频环的二阶广义积分器结构，包括：二阶广义积分器、基于二阶广义积分器的锁频环和一个反馈回环；所述二阶广义积分器用于，接收单相电网的电压输入信号，输出第一正交信号和第二正交信号；

其中，所述电压输入信号包括输入电压信号和输入频率；

所述基于二阶广义积分器的锁频环用于，根据所述第一正交信号，获取调整频率和第三正交信号和第四正交信号；

所述反馈回环用于将所述调整频率反馈至二阶广义积分器，作为新的输入频率。

其中，所述第一正交信号和第二正交信号分别为v_a和v_b；所述v_a与所述电压输入信号的幅值和相位相同；所述v_b与所述电压输入信号幅值相同，相位相差90°。

其中，所述第三正交信号和第四正交信号分别为v_a'和v_b'；所述v_a' 与所述v_a的幅值和相位相同；所述v_b'与所述v_a幅值相同，相位相差 90°。

其中，所述二阶广义积分器的传递函数公式为：

和

式中，v_i为所述电压输入信号，为谐振频率，s为时域，k值为1。