[发明专利]基于同步坐标系的单相锁相环及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力系统中单相锁相环技术，尤其适用于在输入信号频率波动的情 况下，准确测量单相系统中电压或电流的相位。

背景技术

在电力系统中，三相锁相环的技术发展已经非常成熟，但是对于单相锁相环技术研 究还不够充分，存在不同程度的问题。

单相锁相环的一个基本结构图如图1所示。由鉴相器(PD)，环路滤波器(LF)和压 控振荡器(VCO)组成。鉴相器输出相位差，经由环路滤波器滤波控制，送给压控振荡器， 压控振荡器输出反馈到鉴相器中，从而锁定输入信号的相位。

通常的单相锁相环根据鉴相器(PD)的不同，可以分为基于静止坐标系的单相锁相 环和基于同步坐标系的单相锁相环。在单相系统中，由于基于同步坐标系的单相锁相环缺少 一个必需的输入量，其发展非常缓慢，最近国外有不少文献提出了基于同步坐标系的单相锁 相环。如图2所示，这种锁相环需要两个相互垂直的输入信号，经过Park变换后输出相位 误差，再经过LF和VCO产生输出信号。但在单相系统中只有一个输入信号v_α，需要另外 生成一个虚拟的输入信号v_β。有些方法通过数字存储器件存储原始输入信号v_α的波形，经 过1/4个周期后，再与现有信号一同作为Park变换器的输入。但这种方法产生的第二个虚拟 信号v_β并不是目前输入信号准确移相90度的量，不能得到精确的相位输出，并且有很大的 延迟。在国外还有些方法通过外置的模块，将输入信号移相90度产生v_β，但这些方法都无 法保证在输入信号频率变化的情况下产生准确的虚拟信号，也就无法得到准确的相位。若要 克服这种情况，需要外加频率测量电路，但这又使单相锁相环变得非常复杂，不利于使用。

发明内容

为克服基于同步坐标系的单相锁相环无法在输入信号频率改变的情况下得到准确相 位的不足。本发明提供了一种基于同步坐标系的单相锁相环。这种单相锁相环不仅能够在电 网频率波动的条件下准确迅速的锁定相位，而且这种方法简单、易于硬件和软件实现。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于同步坐标系的单相锁相环， 包括鉴相器(PD)、环路滤波器(LF)和压控振荡器(VCO)，其特征在于：所述鉴相器 (PD)和环路滤波器(LF)前后相连，环路滤波器(LF)输出加上初始值ω₀之后再与压控 振荡器(VCO)相连；所述鉴相器(PD)由虚拟信号产生电路(A)和Park变换器构成； 所述虚拟信号产生电路(A)由乘法器(Mul)、低通滤波器(LPF)和三角函数计算器 (Cal)构成；所述低通滤波器(LPF)输入为Park变换器d轴输出，所述低通滤波器 (LPF)输出接到乘法器(Mul)的一个输入端；所述三角函数计算器(Cal)输入为单相锁 相环的相位输出，并做三角函数的计算后输出，所述三角函数计算器(Cal)输出作为乘法 器(Mul)的第二个输入；乘法器(Mul)的输出为生成的虚拟信号。