[发明专利]一种基于正交信号发生的单相电压软锁相环

说明书

本发明公开了一种基于正交信号发生的单相电压软锁相环，包括正交信号产生模块、正交信号处理模块相角估计模块。所述正交信号产生模块产生一个与输入信号正交的信号，然后将输入信号和该正交信号都输入到正交信号处理模块中；正交信号模块的输入信号是原始输入信号和正交信号产生模块的输出信号；相角估计模块的输入信号是正交信号处理模块的输出信号，相角输出模块处理过的信号送入正交信号产生模块，相角输出模块的输出信号送入正交信号处理模块。本发明的锁相环设计了正交信号产生模块与处理模块，达到了消除锁相环稳态时二倍频分量对锁相结果的影响，同时保证了锁相环动态响应的性能。本发明用于非理想电网条件下相位和频率的在线准确估计。

技术领域

本发明属于并网发电相位同步领域，涉及一种自适应并网变流器单相软锁相环，尤其是一种基于正交信号发生的电网电压软锁相环。

背景技术

目前的民用单相电网因受到接入的电力电子设备增加的影响，存在较大的电网谐波以及直流偏移等问题。因此，非理想电网条件下电网的同步信息较难获取，包括幅值、频率和相角的准确在线实时估计带来了较大的难度。锁相环技术是获取电网同步信息的技术之一。

现有技术中，采用硬件单相锁相环会使成本提升，在电网过零点使会产生误判现象。软件实现的锁相环较为容易实现，其中有基于延时模块产生正交信号辅助鉴频的锁相环技术。但是基于延时模块在信号频率发生偏移时，锁相环进入锁相的稳态后的会有较大的二次波动，不利于同步信息的检测。

传统锁相环结构图(图1所示)、含延时模块的锁相环(TD-PLL，图2所示)的不足在于在电网频率发生变化时，信号经锁相环鉴频模块的计算会产生二倍频的扰动项，从而使锁相环的性能和准确性降低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提出一种修正正交信号正交性单相软锁相环。改进了传统基于延时信号在锁相稳态时二倍频分量对电网电压锁相结果的影响，并保证了锁相环动态响应时间。

本发明提供的单相锁相环，包括：设计正交信号产生模块1。输入信号进入正交信号发生模块后可以输出与之正交的信号。在输入信号的频率发生偏移时，正交信号发生模块依然可以保证输入信号与输出信号的正交性。设计正交信号处理模块2。然后将正交信号处理模块2的输出信号输入到相角估计模块3中进行计算。设计相角估计模块3。将计算模块中PI控制中积分器处理后的信号送入正交信号产生模块1中，将计算模块的输出信号输入到正交信号的处理模块中。

所述的单相锁相环实现方法，按照如下的步骤：

步骤1，根据工程条件确定锁相环中比例积分器的工作参数。具体地，通过数学公式确定k_p、k_i参数。

以ω_n＝2π*20rad/s为例，可以得到锁相环的k_p、k_i参数分别为：k_i＝40212.386、k_p＝553.08。

步骤2，对采样得到的单相电网电压进行标幺，并将标幺结果送入正交信号产生模块1。

步骤3，将原始输入信号和正交输入信号正确接入正交信号处理模块2。

步骤4，将正交信号处理模块2得到的信号输入相角估计模块3中，进行计算。

步骤5，将相角估计模块3中积分器的输出量作为反馈量送入正交信号产生模块1中，将相角估计模块3输出的相角估计值作为反馈量送入正交信号处理模块2中。

本发明的具体结构为：

一种基于正交信号发生的单相电压软锁相环,包括：正交信号产生模块1、正交信号处理模块2、相角估计模块3。其中，

所述正交信号产生模块1产生一个与输入信号正交的信号，然后将输入信号和该正交信号都输入到正交信号处理模块2中。