[发明专利]基于简化梳状滤波器的主动降噪锁频环装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于简化梳状滤波器的主动降噪锁频环装置及方法，通过减少陷波点的数量以及利用梳状滤波器中零极点和陷波点的对应关系，通过s域的二次最优平方逼近来简化梳状滤波器，使其复杂度降低并且解决存在近似小延迟和采样频率高的问题；以及通过改进型主动降噪技术实现对剩余噪声的二次消除，以这样的方式在保持原本锁频环动态特性的同时减少原本梳状滤波器所需的计算力并且具有出色的锁频结果。本发明可以被广泛应用于三相双二阶广义积分器锁频环中用来准确锁定电网频率。

技术领域

本发明涉及信号处理领域，特别是涉及一种基于简化梳状滤波器的主动降噪锁频环装置及方法。

背景技术

同步技术在现代能源技术和电力应用中对信号的处理、监测、控制非常重要。电网电压相位和频率信息的准确检测是电力电子变换器并网稳定运行的关键。锁相环和锁频环用于检测电网信号的相位和频率，进而实现电网信号的同步，精确且快速地估算出电网电压的相位和频率信息是锁相环和锁频环的目标。

同步旋转坐标系下的锁相环作为最常用的锁相技术可在电网正常工作情况下获得准确的锁相结果，然而，在电网电压畸变时，传统锁相环动态响应慢，锁相误差较大，严重时三相同步锁相环(Synchronous Reference Frame Phase-Locked Loop,SRF-PLL)甚至无法工作。因此，本领域技术人员提出了各种各样的改进型锁相环和锁频环。这些改进方法本质是通过在锁定频率之前使用滤波环节对输入给锁相环或锁频环的信号进行“预处理”，通过给锁相环或锁频环更加“纯净”的信号来得到准确的电网信息。

虽然这些方案对于谐波的抑制能力出色，但这些“预处理”网络的设置，也带来了巨大的运算力需求以及较慢的动态响应问题，而这些问题是阻碍这些方案实施的重要因素。

电网发生暂升、暂降、三相不平衡和谐波污染严重时，受负序分量影响，传统锁相环的相位误差增大，不能满足并网逆变器的控制需求。为提取基波分量，需在传统锁相环之前加装低通滤波器或对结构进行改进，但仍易引起相角偏移、响应速度慢等缺点。

由于近些年在小信号建模和锁频环滤波能力方面取得的进展，使得锁频环在电力系统相关应用方面越来越受欢迎。现在，除了在功率变换器同步信号方面的应用外，锁频环还用于例如频率自适应谐振控制器、电力系统中的孤岛检测、机械振荡估计、估计两个或多个频率未知的正弦信号、检测并分离功率信号中的基波和谐波成分、抑制心电图信号中电源线干扰等等中。

锁频环用于锁定电网电压的频率而不是相位，相位计算在回路外完成。锁频环和锁相环之间的固有差异，使锁频环在电网基波检测中更具优势。锁频环通常需要利用带通滤波器的特性来提取基波成分，并衰减、消除锁频环系统中的其他谐波，因此在锁相环中广泛使用的环路内低通滤波器不在适用于锁频环。

而现有的用于锁频环的预滤波技术只能对特定的频率或者特定的某些频率进行噪声消除，因此，本领域亟需一种统一将所有噪声进行消除的技术方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于简化梳状滤波器的主动降噪锁频环装置及方法，解决当前只能对特定的噪声进行消除，而且会带来比较大的计算负担的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于简化梳状滤波器的主动降噪锁频环装置，其特征在于，所述装置包括：简化梳状滤波器电路、双二阶广义积分器锁频环电路和主动降噪电路；

所述简化梳状滤波器电路通过减少陷波点的数量以及利用梳状滤波器中零极点和陷波点的对应关系，通过s域的二次最优平方逼近来简化；

所述双二阶广义积分器锁频环电路包括第一二阶广义积分器、第二二阶广义积分器、归一化单元和频率误差信号的运算环节；

所述主动降噪电路包括延时器、自适应滤波器和改进型基于sigmoid函数的最小均方算法；