[实用新型]一种基于滤波器的软锁相环

说明书

技术领域

本实用新型涉及风力发电领域，具体涉及一种基于兼具陷波和低通滤波功能的滤波器的新型软锁相环。 

背景技术

风力发电是当今世界可再生能源开发利用中技术最成熟、最具开发规模和商业化发展前景的发电形式，电网同步信息的准确获取是对风电机组进行功率控制的关键，风电机组的网侧变流器的矢量控制策略是基于电网基波正序电压进行定向的，在电网正常运行时，软锁相环可以应用于电网基波正序电压相位的观察，具有相位跟踪平滑、快速、灵活性较好等特点。随着风力发电规模和风电机组单机容量的不断增大，目前很多标准都要求风电机组能够在一定程度的电网故障(如电压不平衡)下仍能够正常工作，因此在电网故障情况下需要准确、快速地检测电网电压的幅值及相位来使控制达到良好的效果。 

锁相环一般是由鉴相器、滤波器、调节器和振荡器组成。锁相环是一个使输出信号(由振荡器产生的)与参考信号或者输入信号在频率和相位上同步的电路，在同步(通常称为锁定)状态，振荡器输出信号和参考信号之间的相位差为零，或者保持常数。如果出现相位误差，一种控制机理作用到振荡器上，使得相位误差再次减小到最小。在这样的控制系统中，实际输出信号的相位锁定到参考信号的相位。若将锁相环的功能不再用一些专用的硬件实现，而是用软件，用计算机程序来完成，即为软锁相环技术。在电力系统正常运行过程中，软锁相环(SPLL)可以实现对电网基波正序电压相位准确观测的功能。 

然而，电网电压含有正序分量、负序分量和谐波分量，软锁相环既要求较快的响应速度，又要求足够的抗干扰能力，其中，调节器的主要任务是满足锁相的快速性要求，而滤波环节的主要任务是滤除q轴倍频纹波和高次谐波分量。但是这两者是矛盾的，针对以上问题，已有相当多的文献提出了各种解决方法。对于滤波环节的设计，有提出采用T/4延时的方法来分离电网电压正序与负序分量，但所用的T/4是定值，一旦电网频率波动时，该方法将无法准确分离电网正序和负序分量；对于调节器是设计，有提出用PI调节器，采用变PI参数的锁相环控制方法，该类型方法有一个缺陷：在电网频率波动较大时，锁相环存在振荡问题。当电网发生不对称故障时，由于电网正、负序电压合成矢量的旋转速度在一个工频周期内波动了两次，因此采用软锁相环得到的相位存在100Hz波动。目前，工程上普遍采用减小软锁 相环闭环带宽的方法来抑制相位100Hz波动，但是会降低SPLL响应速度，容易导致网侧变流器在电网发生严重不对称故障期间过流或过压。因此，现阶段软锁相环无法实现相位跟踪平滑、快速、抑制波动、抗干扰能力强、灵活性较好的功能。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种基于滤波器的软锁相环，该软锁相环是一种基于陷波器和低通滤波器的改进型软锁相环，这种软锁相可以解决当电网发生不对称故障时，准确、快速地检测电网电压正序分量的幅值与相位，不仅能有效抑制相位100Hz扰动，而且响应速度快、稳定性能好、抗干扰能力强。 

本实用新型是通过下述技术方案来实现的： 

一种基于滤波器的软锁相环，其由鉴相器、滤波器、调节器和压控振荡器组成，鉴相器、滤波器、调节器和振荡器为串联结构，所述鉴相器的输入信号为三相电压，所述鉴相器的输出端接到滤波器的输入端，所述滤波器的输出端接到调节器的输入端，所述调节器的输出端接到振荡器的输入端，振荡器的输出信号为锁相环的输出信号。 

其中，所述鉴相器，采用乘法鉴相器，其输出信号与其输入信号的相位误差成比例，若相位误差为θ_e，鉴相器的输出信号为u_q，且相位误差较小，则其比例关系为u_q≈Kθ_e，其中K为鉴相器增益，单位为弧度每伏(rad/V)。 

其中，所述调节器采用PI比例-积分调节器，该调节器可以使系统增加一个位于原点的开环极点，同时增加一个开环零点，增加的极点可提高系统的无差度，减小或消除稳态误差，改善系统的稳态性能，增加的零点可增加系统的阻尼程度，克服控制器对系统稳定性及动态过程产生的不利影响，超前校正装置具有相位超前的作用，可以改善锁相环的响应时间。 

所述滤波器为低通滤波器和带阻滤波器级联结构，以采用巴特沃斯2阶带阻滤波器和2阶低通滤波器级联的4阶滤波器为佳。低通滤波器可以滤除频率高于其截止频率的高次谐波，带阻滤波器可以滤除特定次数谐波，低通滤波器和带阻滤波器级联结构的滤波器可以滤除高频和倍频分量。所述压控振荡器可以输出脉冲，其频率与输入量相关。