本實用新型涉及一種雙二階積分器鎖相環(huán)。

背景技術(shù)：

伴隨大功率電力電子產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，其產(chǎn)生的電力諧波嚴(yán)重危害著電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行和其他工業(yè)生產(chǎn)。因此，消除公共電網(wǎng)中的電力諧波就成為諧波治理主要任務(wù)。有源電力濾波器（Active Power Filter APF）可用于電力系統(tǒng)諧波治理、無功電流動態(tài)補(bǔ)償?；驹硎菑难a(bǔ)償對象中檢測出諧波電流，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個與該諧波電流大小相等極性相反的補(bǔ)償電流，從而去除主電流中的諧波和無功電流。因此，實現(xiàn)對諧波電流準(zhǔn)確實時檢測是APF 中的一個重要環(huán)節(jié)。

在電網(wǎng)電壓相位檢測中，通常采用鎖相環(huán)來檢測單相電壓或三線電壓正序分量的幅值、頻率和相位信息，從而將檢測得到電壓相位信息用于電流檢測。鎖相環(huán)作為有源濾波器功能實現(xiàn)的核心技術(shù)之一，其性能直接影響有源濾波器的性能。鑒于鎖相環(huán)在有源濾波功能實現(xiàn)方面的重要性，許多學(xué)者提出了許多改進(jìn)方案和實現(xiàn)技術(shù)，使鎖相環(huán)的性能不斷提高。

圖7為傳統(tǒng)鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)框圖，鎖相環(huán)主要由鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器構(gòu)成。該鎖相環(huán)的基本原理是：鑒相器將電網(wǎng)電壓，通過環(huán)路濾波器濾波后去控制壓控振蕩器，從而改變系統(tǒng)內(nèi)部同步信號的頻率和相位，使之與電網(wǎng)電壓一致。此鎖相環(huán)各個環(huán)節(jié)都包含很多內(nèi)容，實現(xiàn)較為復(fù)雜，且當(dāng)電網(wǎng)電壓不平衡或者畸變的情況下難以實現(xiàn)準(zhǔn)確的相位檢測，不利于工程應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型是為避免上述已有技術(shù)中存在的不足之處，指出一種基于二階廣義積分器鎖相環(huán)，以實現(xiàn)電壓不平衡或畸變的情況下，以實時有效的檢測出電壓頻率和相位信息、實現(xiàn)信號頻率的準(zhǔn)確計算和相位的準(zhǔn)確跟蹤。

本實用新型為解決技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案。

基于雙二階廣義積分器鎖相環(huán)，其結(jié)構(gòu)特點是，包括鑒相器、正序相位提取環(huán)節(jié)、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器；所述鑒相器的輸入端接被檢測信號，所述鑒相器的輸出端與所述正序相位提取器的輸入端相連接，所述正序相位提取器的輸出端與環(huán)路濾波器輸入端相連接，所述環(huán)路濾波器的輸出端分別與所述正序相位提取環(huán)節(jié)的二階廣義積分器(SOGI)和所述壓控振蕩器的輸入端相連接，所述壓控振蕩器的輸出端與正序相位提取環(huán)節(jié)的相連接。

與已有技術(shù)相比，本實用新型有益效果體現(xiàn)在：

本實用新型提供了一種基于雙二階廣義積分器鎖相環(huán)，適用于電網(wǎng)電壓平衡和發(fā)生不平衡或畸變的頻率及相位信息的檢測方法。對輸入的不平衡或畸變電網(wǎng)電壓信號，通過二階廣義積分(SOGI)將鑒相器獲取的兩個相位信息分別進(jìn)行的90度相移，然后進(jìn)行簡單的數(shù)學(xué)計算，從而濾除電網(wǎng)電壓的負(fù)序分量，獲取相應(yīng)的正序相位信息。然后經(jīng)過環(huán)路濾波器的調(diào)節(jié)和壓控振蕩器的計算，最后獲取不平衡或畸變電壓的準(zhǔn)確相位。相比傳統(tǒng)鎖相環(huán)技術(shù)，此鎖相環(huán)滿足的范圍更廣，檢測獲取的頻率和相位信息更準(zhǔn)確，便于實際應(yīng)用。

本實用新型的基于二階廣義積分器鎖相環(huán)，可實時有效的檢測輸入信號的頻率信息和相位信息。實現(xiàn)信號頻率的準(zhǔn)確計算和相位信息的準(zhǔn)確跟蹤、實現(xiàn)簡單且便于實際應(yīng)用等優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本實用新型的基于二階廣義積分器鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本實用新型的電壓相位和頻率的檢測方法的流程圖。

圖3為本實用新型二階廣義積分器(SOGI)的結(jié)構(gòu)圖。

圖4 為本實用新型的基于二階廣義積分器鎖相環(huán)的仿真圖。

圖5為電網(wǎng)電壓含有諧波時，傳統(tǒng)鎖相環(huán)和本實用新型鎖相環(huán)對仿真圖。

圖6為電網(wǎng)電壓含有諧波時，傳統(tǒng)鎖相環(huán)和本實用新型鎖相環(huán)對仿真圖。

圖7為傳統(tǒng)鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實施方式

參見圖1，基于雙二階廣義積分器鎖相環(huán)，包括鑒相器、正序相位提取環(huán)節(jié)、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器；所述鑒相器的輸入端接被檢測信號，所述鑒相器的輸出端與所述正序相位提取器的輸入端相連接，所述正序相位提取器的輸出端與環(huán)路濾波器輸入端相連接，所述環(huán)路濾波器的輸出端分別與所述正序相位提取環(huán)節(jié)的二階廣義積分器(SOGI)和所述壓控振蕩器的輸入端相連接，所述壓控振蕩器的輸出端與正序相位提取環(huán)節(jié)的相連接。

所述鑒相器的作用是將電網(wǎng)電壓進(jìn)行CLARK變換，獲取電壓的相位信息，并將被采樣的相位信息輸送到正序相位提取環(huán)節(jié)，正序相位提取環(huán)節(jié)對輸入的相位信息進(jìn)行相移，并進(jìn)行簡單的數(shù)學(xué)計算獲取正序的相位信息。同時將相位信息輸入到環(huán)路濾波器中，環(huán)路濾波器對輸入的相位信息進(jìn)行比例積分調(diào)整，并將調(diào)整后的相位信息輸入到壓控振蕩器中，壓控振蕩器對其進(jìn)行再一次積分和求余最后獲取電網(wǎng)電壓的相位信息。

本實用新型的雙二階廣義積分器鎖相環(huán)，能夠在電網(wǎng)電壓平衡或畸變的情況下準(zhǔn)確獲取電網(wǎng)電壓的頻率和相位信息，響應(yīng)速度快，便于實際應(yīng)用。

利用上述基于雙二階廣義積分器鎖相環(huán)進(jìn)行相位和頻率檢測，整體的步驟如圖2所示，具體的檢測步驟如下。

對三相不平衡的電網(wǎng)電壓信號，通過鑒相器環(huán)節(jié)，將電壓信號經(jīng)過CLARK變換，獲取和。

將獲取的和輸入到正序相位提取環(huán)節(jié)的二階廣義積分器(SOGI)，對其分別進(jìn)行的90^o移相，從而獲取和，對其和輸入的信號進(jìn)行加減 計算獲取和；其中二階廣義積分器的結(jié)構(gòu)如圖3所示，它的傳遞函數(shù)為：

（1）

（2）

式（1）和式（2）中的為輸入信號的電壓和為環(huán)路濾波器產(chǎn)生的角頻率。

將和進(jìn)行PARK變換獲取和。

將輸入到環(huán)路濾波器中，對其進(jìn)行比例積分使其為0，在其基礎(chǔ)上疊加一個基波頻率的角頻率，獲取。

將獲取的，分別輸入到正序相位提取環(huán)節(jié)的SOGI里面和壓控振蕩器里面，在壓控震蕩器環(huán)節(jié)里面講過積分和求余最后獲取電網(wǎng)電壓的頻率和相位信息。

在MATLAB仿真軟件中搭建仿真模型如圖4所示。并且與傳統(tǒng)的鎖相環(huán)進(jìn)行對比仿真，從而驗證本實用新型的鎖相環(huán)的準(zhǔn)確性。

輸入信號1為幅值為220V的平衡電壓；輸入信號2為幅值為44V的5次諧波電壓；輸入信號3為幅值44V，A相初相角為 的負(fù)序電壓。

仿真時間為0.08s，輸入信號1，在0.04s突然增加信號2，傳統(tǒng)鎖相環(huán)(SPLL)和本實用新型鎖相環(huán)DSOGI-SPLL的對比仿真波形。如圖5所示。

仿真時間為0.08s，輸入信號1，在0.04s突然增加信號3，傳統(tǒng)鎖相環(huán)(SPLL)和本實用新型鎖相環(huán)DSOGI-SPLL的對比仿真波形。如圖6所示。

從附圖5-6仿真波形可以看出，本文提出的鎖相環(huán)設(shè)計方法能夠在電網(wǎng)電壓不平衡或畸變的情況下準(zhǔn)確獲取電網(wǎng)的相位信息，其鎖相精度高，響應(yīng)速度快，便于實際應(yīng)用。