同步锁相在并网变换器中的应用研究

Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ●电子技术　同步锁相在并网变换器中的应用研究　锁相同步是系统并网最基本　的技术之一，采用锁相环（ＰＬＬ）　是常见的方法。锁相同步电路会　对并网变换器性能与稳定性产生　直接的影响。随着当前我国电压　波形畸变以及三相不平衡现象变　得越来越严重，对并网变换器同　步的要求也越来越高。同步锁相　技术的应用研究有着重要意义。　键词】同步锁相并网变换器基波正序　贞相环的基本原理　锁相环分类　发电系统电网同步中锁相环（ＰＬＬ）技术　ｉ用越来越广泛。通常来说ＰＬＬ可分为单　）ＬＬ和三相ＰＬＬ。对于理想锁相环ＰＬＬ，　Ｆ是否受到电网电压畸变或干扰，锁相环都　【精确获得电压同步相位。三相电压具有不　ｉ的特性，这是因为单相系统存在的畸变或　ｊ依旧存在于三相电网中，同时三相电网中　在负序扰动。为了在这种情况下使得三相　４电压仍然能够快速精确地获得正序分量的　【信息，三相锁相环需要达到更高的要求。　；构，通常把三相锁相环分为开环锁相环和　锁相环。　锁相环路的基本组成　锁相环的作用主要是为了能够跟踪多路　｝相位和频率。ＰＬＬ是一个相位负反馈控制　，通过使用ＰＬＬ可以实现输出相位与参　ｊ位之间达到最小差值。鉴相器（ＰＤ），　｝滤波器（ＬＦ）和电压控制振荡器（ｖｃｏ）　成了典型的ＰＬＬ基本结构。在实际运用中，　；种多样的锁相环路，都是基于ＰＬＬ最基　结构变化形成的。与常规控制系统相比：　，是采集相位信号，而常规控制系统采集的　ｌ压或电流信号。　鉴相器是一个相位比较装置，主要功能是　ｌ输入信号相位Ｏｌ（ｔ）和反馈信号相位０：（ｔ）　之间的相位差０　（１）；环路滤波器为了能够　￡相器的输出噪声和高频信号进行消除，此　Ｅ能够改变压控振荡器（ｖｃｏ）的控制频率　低；压控振荡器本质上是一个电压一频率　器。　锁相环路的频率合成　频率合成器的主要功能是通过一个标准　｝频率，其具有稳定度高、精度高的特点，　文／栗俊凯　图１：相位模型　通过对该信号使用混频、倍频与分频等方法，　个系统进行建模。图１为锁相环模型，设输入　最终得到大量具有同样精度与稳定的频率源。　相位为Ｏｌ（ｓ），系统反馈的输出相位为０：（ｓ），　是目前实践运用中最为常用的一种频率合成方　相位误差设定为ｅ。（ｓ），环路滤波器的传递函数　法，称为间接合成。　为Ｆ（ｓ１，Ｋ／ｓ相当于ＶＣＯ，ＶＣＯ中心振荡频　１．４锁相环路相位模型　率。　，Ｋ为环路增益（Ｋ实际上是压控振荡　器的增益系数）。　锁相环路本质上是一个对相位负反馈的　２．２参数设置　误差能够进行控制的系统，输入相位Ｏｉ（ｔ）、反　馈信号的输出相位０２（ｔ）两者进行比较，得到　相位模型，Ｆ（ｓ１作为调节器，调节器的　的误差相位０　（ｔ）；进一步产生误差电压Ｕｄ（ｔ），　时间常数　和　，及ＶＣＯ的增益系数Ｋｏ这　使用过环路滤波器对Ｕｄ（ｔ）进行过滤得到控制　三个参数需要进行设计，　、　的设定对锁相　电压　（ｔ），将Ｕ　（ｔ】施加到ＶＣＯ上使之产生　环路各种性能是矛盾却又统一的。一旦　、　频率偏移，能够跟踪输入信号频率ｍ；（ｔ）。当　增大，模型的捕获带也会增大，进而减小了　输入频率　．为固定频率时，其受到控制电压　模型的捕获时间，加强对ＶＣＯ噪声的滤除，　Ｕｆ（ｔ）对输入频率进行作用，使得输出频率逐　稳态相关被降低，增大了模型的同步带，同步　渐接近输入频率　；，当两个频率相等时，整　扫描速率；另一方面如果将　、　减小，那　个环路能够到达稳定状态，实现环路锁定。　么输入噪声的滤除力度将会增大，模型的平均　当环路锁定后，ＶＣＯ频率与输入信号频　跳周时间会延长。　、　的增大与减小都会对　率相同，会产生一个稳态相位差。对于维持误　模型性能产生影响，因此对于环路参数选择是　差电压ｕ　（ｔ）与控制电压ｕ　（ｔ），所产生的相位　必须面对的问题。所以在日常使用中，通常在　差至关重要，如果没有它，那么环路的控制电　开始工作阶段将环路参数设计在一个合理的范　压也不会存在，ＶＣＯ的振荡频率又变为其自　围，然后根据锁相环所处的不同工作阶段，对　由振荡频率ｕ　，最终导致了整个环路无法进　参数进行更改实现模型性能的最优化。　行锁定。这种现象称为存在剩余误差，是误差　控制系统所独有的特征。再使用相位模型深入　３结语　研究输入相位Ｏｌ（ｔ）、输出相位ｅ　（Ｉ）的关系，　当今社会对电力能源质量要求的越来越　相位模型是对锁相环进行下一步分析的基础。　高，电压波形畸变和三相不平衡现象日益严重，　锁相环的工作过程如下：一是对ＶＣＯ的　作为同步参考信号的电网电压，并非固定频率　输出进行采集和分频；二是将第一步得到的输　的正弦波形，电压的频率会波动；波形会发生　出与环路的基准信号同时输入鉴相器；三是鉴　畸变，含有谐波或电压缺口；此外，三相电压　相器对输入的两者进行比较，从而得到一个直　可能不平衡。本文在研究锁相环基本原理的基　流脉冲电压并将其输出；四是改变ＶＣＯ的频　础上，阐述了通用并网变换器同步锁相环实现　率；最终使得ＶＣＯ的输出稳定在所需要的状　方案，研究同步锁相在并网变换器中的应用。　态。　同步锁相对于并网变换器的性能和稳定性都有　２并网变换器同步锁相环的应用　着至关重要的作用，对同步锁相的应用研究十　分有意义。　２．１并网变换器同步锁相环的环路模型　参考文献　在模型设计中要求锁相环输出相位与三　［１】史媛，江道灼，周月宾．统一潮流控制器　相电网电压的基波正序同步，使用鉴相法，产　同步锁相技术研究［Ｊ］．电力系统保护与　生的Ｕ　中包含有输入和输出的相位误差。在　控，２０１２，４０（７）：３７—４２．　建立环路相位模型时，把该相位误差当做输入　相位与输出相位比较后的误差相位。然后对该　作者单位　模型进行线性化，因为鉴相法的数学模型具有　国网山东平原县供电公司　山东省平原县　非线特性。最后再选择低通滤波器，从而对整　２５　３１Ｏ０　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ电子技术与软件工程・１２　１