[发明专利]采用软件实现单相锁相环的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锁相环的实现方法，尤其涉及一种采用软件实现单相锁相环的方法。

背景技术

现有技术中获得系统基波相位与频率的信息通常采用模拟锁相环、数字锁相环技术。

两者都是采用硬件实现。模拟锁相环存在的问题是：直流零点漂移、器件饱和、失锁等问题；而数字锁相环同样对器件的要求较高，虽然通过采用数字电路设计，能保证锁相环的实时性，但是设计低通滤波器存在着困难。

但由于这两种方法都依赖于过零比较的方法，而实际电力系统中的电压电流波形还存在谐波干扰，从而使得检测结果出现较大的误差。

由图1可见：该锁相实现方法的具体步骤是：采用过零比较将输入电压转换为方波，送PLL芯片如(CD4046)，得到电压的相位信息。若要得到一个同相位的标准信号，可将信号信息，存储在EPROM，FLASH等存储芯片中，利用相位信息读出其中数据，经D/A变换即可。这种方案原理和结构都较简单，在工程上得到了大量的使用。但采用这种方法，一个工频周期只能比较两次，动态性能较差。并且当网侧电压中有较高的谐波含量或二相不平衡时，就不能准确地确定基波正序的过零点，从而对锁相精度造成影响。

在现有技术中也有采用软件实现单相锁相环方法，例如双校正软件锁相环实现方法。该方法是使用了多个低通滤波器，并使用了反正切函数；但由于在DSP程序运行时，调用这些函数会降低程序运行时间，影响了锁相环的跟踪速度。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供了一种采用软件实现单相锁相环的方法，旨在解决上述的问题。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下步骤实现的：

以标准信号为基准，构造α-β坐标系下的输入信号；

通过基于瞬时无功理论的dq0变换q轴分量的输出进行PI调节，以PI调节环节的输出进行频率校正，利用频率校正环节的输出信号为基准，利用积分环节进行相位校正；

设计低通滤波器，保证锁相环的跟踪速度和精度；

采用16位定点TMS320C2812 DSP编程，加快运算速度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用闭环控制，稳定性高，跟踪速度较快，暂态响应时间小于0.04s，锁相频率范围较宽，约45Hz-55Hz，不会受到系统电压或电流的谐波和瞬时波动的干扰，能精确快速的跟踪电力系统中电压和电流的基波频率和相位信息，为有源滤波器，动态电压调节器等装置提供系统同步频率信号。

附图说明

图1是现有技术中过零比较锁相技术的原理图；

图2是本发明的原理图；

图3是本发明步骤1中旋转坐标变换图

图4是本发明的Matlab仿真结构图；

图5是本发明的Matlab仿真结果图；

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

由图2可见，本发明是通过以下步骤实现的：

以标准信号为基准，构造α-β坐标系下的输入信号1；

通过基于瞬时无功理论的dq0变换q轴分量的输出进行PI调节，以PI调节环节的输出进行频率校正，利用频率校正环节的输出信号为基准，利用积分环节进行相位校正2；

瞬时无功理论突破以平均值为基础的功率定义，系统地定义了瞬时无功功率、瞬时有功功率等瞬时功率量；通过对三相电路的电流、电压量进行矩阵变换，从而求得瞬时的有功功率和无功功率；

设计低通滤波器，保证锁相环的跟踪速度和精度3；

采用16位定点TMS320C2812 DSP编程，加快运算速度4。

在步骤1中，构造无延时的虚拟α-β坐标信号(如图3所示)：