CN114784810B - 一种自适应频率估计的锁相环以及锁相方法 - Google Patents

一种自适应频率估计的锁相环以及锁相方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114784810B
CN114784810B CN202210683832.2A CN202210683832A CN114784810B CN 114784810 B CN114784810 B CN 114784810B CN 202210683832 A CN202210683832 A CN 202210683832A CN 114784810 B CN114784810 B CN 114784810B
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase
notch filter
adaptive notch
component
adaptive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210683832.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114784810A (zh
Inventor
吴亚楠
谭亮
傅鹏
黄懿赟
卢晶
茆智伟
李俊
茆华风
田贇祥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Original Assignee
Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hefei Institutes of Physical Science of CAS filed Critical Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority to CN202210683832.2A priority Critical patent/CN114784810B/zh
Publication of CN114784810A publication Critical patent/CN114784810A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114784810B publication Critical patent/CN114784810B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/12—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R25/00—Arrangements for measuring phase angle between a voltage and a current or between voltages or currents
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/30—Circuit design
    • G06F30/32—Circuit design at the digital level
    • G06F30/337—Design optimisation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/01—Arrangements for reducing harmonics or ripples
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/26—Arrangements for eliminating or reducing asymmetry in polyphase networks
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H21/00—Adaptive networks
    • H03H21/0012—Digital adaptive filters
    • H03H21/002—Filters with a particular frequency response
    • H03H21/0021—Notch filters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种自适应频率估计的锁相环以及锁相方法，所述锁相环包括：dq变换模块，用于对电网的三相电压进行dq变换，得到q轴电压分量；级联自适应陷波器，用于对所述q轴电压分量上的扰动分量进行滤除；锁相环节，用于根据滤除扰动分量后的q轴电压分量，得到所述三相电压的相位估计；本发明通过在锁相环引入级联自适应陷波器滤除电网电压的扰动分量，可以准确跟踪电压相位。

Description

一种自适应频率估计的锁相环以及锁相方法
技术领域
本发明涉及电网电压相位检测技术领域，尤其涉及一种自适应频率估计的锁相环以及锁相方法。
背景技术
随着电力系统的快速发展，大量电力电子装备得到了广泛的应用，包括交流电弧炉、连轧机组、大功率焊机、港口起重机、煤炭提升机及大型变流机组等。这些非线性、冲击性不对称负荷产生不对称无功和谐波电流注入电网、使公用电网电压产生波动、三相不平衡和谐波污染。同时，电网电压的相位作为电力电子装备控制环节和触发环节重要的参考基准，直接影响了电力电子装备的控制精度和产品性能。因此，可以快速准确跟踪被污染的电网电压相位的高性能锁相环是电力电子装备的重要组成部分。
三相同步锁相环（SRF-PLL）是构成高性能数字锁相环的基础，它可以快速跟踪理想电网电压的相位。但是，当电网电压被干扰后，SRF-PLL无法准确跟踪电压相位。
发明内容
本发明实施例提供一种自适应频率估计的锁相环以及锁相方法，通过在锁相环节引入级联自适应陷波器滤除电网电压的扰动分量，可以准确跟踪电压相位。
第一方面，本发明实施例提供了一种自适应频率估计的锁相环，包括：
dq变换模块，用于对电网的三相电压进行dq变换，得到q轴电压分量；
级联自适应陷波器，用于对所述q轴电压分量上的扰动分量进行滤除；
锁相环节，用于根据滤除扰动分量后的q轴电压分量，得到所述三相电压的相位估计。
作为上述方案的改进，所述锁相环节包括依次串联连接的比例积分调节器、比较器、积分环节以及比例环节；
其中，所述比例积分调节器，用于对滤除扰动分量后的q轴电压分量进PI调节，得到q轴的角频率分量；所述q轴的角频率分量经所述比较器、积分环节、比例环节后，得到所述相位估计。
作为上述方案的改进，所述级联自适应陷波器，包括多个串联连接的用于滤除特定次扰动分量的自适应陷波器。
作为上述方案的改进，所述自适应陷波器包括用于滤除2次扰动分量的第一自适应陷波器、用于滤除6次扰动分量的第二自适应陷波器以及用于滤除12次扰动分量的第三自适应陷波器；其中，所述第一自适应陷波器、第二自适应陷波器、第三自适应陷波器依次串联连接。
作为上述方案的改进，所述自适应陷波器为二阶自适应陷波器；
所述二阶自适应陷波器的自适应算法函数表达为：
Figure 41969DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，
Figure 879475DEST_PATH_IMAGE002
表示状态变量，
Figure 881804DEST_PATH_IMAGE003
表示需要滤除的扰动分量，
Figure 183472DEST_PATH_IMAGE005
表示自适应陷波器的迭代步长，
Figure 481730DEST_PATH_IMAGE006
为自适应陷波器的回归因子，
Figure 806532DEST_PATH_IMAGE007
表示输入信号，
Figure 176333DEST_PATH_IMAGE008
表示输出信号的估计，
Figure 4612DEST_PATH_IMAGE009
表示n次调节变量，a和r表示参数变量，n表示迭代次数。
第二方面，本发明实施例提供了一种自适应频率估计的锁相方法，包括：
对电网的三相电压进行dq变换，得到q轴电压分量；
通过预先构造的级联自适应陷波器，对所述q轴电压分量上的扰动分量进行滤除；
根据滤除扰动分量后的q轴电压分量，得到所述三相电压的相位估计。
作为上述方案的改进，所述根据滤除扰动分量后的q轴电压分量，得到所述三相电压的相位估计，包括：
将滤除扰动分量后的q轴电压分量送入比例积分调节器，得到q轴的角频率分量；
所述q轴的角频率分量经比较器、积分环节、比例环节后，得到所述相位估计。
作为上述方案的改进，所述对电网的三相电压进行dq变换，得到q轴电压分量，包括：
对所述三相电压进行Clark变换，得到
Figure 237885DEST_PATH_IMAGE010
坐标系下的电压分量；
对
Figure 846721DEST_PATH_IMAGE010
坐标系下的电压分量进行Park变换，得到所述q轴电压分量。
作为上述方案的改进，所述级联自适应陷波器，包括多个串联连接的用于滤除特定次扰动分量的自适应陷波器。
作为上述方案的改进，所述自适应陷波器包括用于滤除2次扰动分量的第一自适应陷波器、用于滤除6次扰动分量的第二自适应陷波器以及用于滤除12次扰动分量的第三自适应陷波器；其中，所述第一自适应陷波器、第二自适应陷波器、第三自适应陷波器依次串联连接。
相对于现有技术，本发明实施例的有益效果在于：通过对电网的三相电压进行dq变换，得到q轴电压分量；然后使用预先构造的级联自适应陷波器，对所述q轴电压分量上的扰动分量进行滤除；再根据滤除扰动分量后的q轴电压分量，得到所述三相电压的相位估计；通过在锁相环引入级联自适应陷波器滤除电网电压的扰动分量，可以准确跟踪电压相位。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所占据要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的自适应频率估计的锁相环的示意图；
图2是一阶陷波器的迭代结构示意图；
图3是二阶陷波器的迭代结构示意图；
图4是本发明实施例提供的自适应频率估计的锁相环的整体结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种自适应频率估计的锁相方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅图1，其是本发明实施例提供一种自适应频率估计的锁相环的结构示意图，所述自适应频率估计的锁相环包括：
dq变换模块1，用于对电网的三相电压进行dq变换，得到q轴电压分量；
级联自适应陷波器2，用于对所述q轴电压分量上的扰动分量进行滤除；
锁相环节3，用于根据滤除扰动分量后的q轴电压分量，得到所述三相电压的相位估计。
进一步，所述锁相环节包括依次串联连接的比例积分调节器、比较器、积分环节以及比例环节；
其中，所述比例积分调节器，用于对滤除扰动分量后的q轴电压分量进PI调节，得到q轴的角频率分量；所述q轴的角频率分量经所述比较器、积分环节、比例环节后，得到所述相位估计。
进一步，所述级联自适应陷波器，包括多个串联连接的用于滤除特定次扰动分量的自适应陷波器。
其中，所述自适应陷波器包括用于滤除2次扰动分量的第一自适应陷波器、用于滤除6次扰动分量的第二自适应陷波器以及用于滤除12次扰动分量的第三自适应陷波器；其中，所述第一自适应陷波器、第二自适应陷波器、第三自适应陷波器依次串联连接。
在一种可选的实施例中，所述自适应陷波器为二阶自适应陷波器。
所述二阶自适应陷波器的函数表达为：
Figure 957896DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，
Figure 968578DEST_PATH_IMAGE011
表示状态变量，
Figure 874217DEST_PATH_IMAGE012
表示需要滤除的扰动分量，
Figure 970349DEST_PATH_IMAGE013
表示自适应陷波器的迭代步长，
Figure 619636DEST_PATH_IMAGE006
为自适应陷波器的回归因子，
Figure 926901DEST_PATH_IMAGE014
表示输入信号，
Figure 65759DEST_PATH_IMAGE015
表示输出信号的估计，
Figure 586870DEST_PATH_IMAGE016
表示n次调节变量，a和r表示参数变量，n表示迭代次数。
其中，级联自适应陷波器构造原理如下：
对于连续系统或离散系统，自适应陷波器可以采用梯度下降算法在误差性能面上寻找最优解。最小均方（LMS）算法被广泛用作梯度下降算法，以寻找二次误差最小为目标的函数。因此可以选择合适的代价函数来搜索最小点，使得自适应陷波器利用LMS算法识别一个输入信号频率。
示例性，将电网的三相电压看作是单一正弦波和背景白噪声的组合，对自适应陷波器的构造原理进行说明。三相电压表达为单一正弦波和背景白噪声的组合的函数为：
Figure 836586DEST_PATH_IMAGE017
；（1）
其中，p1表示正弦信号的幅值，
Figure 759542DEST_PATH_IMAGE018
表示角频率，
Figure 69301DEST_PATH_IMAGE019
表示相位，
Figure 77708DEST_PATH_IMAGE020
表示白噪声（等同于下文所述的扰动分量），n表示迭代次数。白噪声
Figure 567333DEST_PATH_IMAGE020
与
Figure 344796DEST_PATH_IMAGE021
在统计学上互相独立，则自适应陷波器可以表达为：
Figure 825456DEST_PATH_IMAGE022
；（2）
其中，H(z)表示传递函数，z表示变换因子。
通过LMS算法可以得到代价函数，所述代价函数的表达如下：
Figure 55580DEST_PATH_IMAGE023
；（3）
其中，
Figure 912678DEST_PATH_IMAGE024
表示背景白噪声输出的方差，
Figure 544647DEST_PATH_IMAGE025
表示
Figure 196209DEST_PATH_IMAGE026
的范数，
Figure 677743DEST_PATH_IMAGE027
表示幅值响应的平方；
Figure 10636DEST_PATH_IMAGE026
表示传递函数。
理想自适应陷波器的频率响应为：
Figure 559429DEST_PATH_IMAGE028
；（4）
由公示（4）可以得知，除了
Figure 585153DEST_PATH_IMAGE029
处，
Figure 852187DEST_PATH_IMAGE030
为陷波频率，沿单位圆的幅值响应值始终等于1。
将公式（4）代入公式（3）可以得到：
Figure 988770DEST_PATH_IMAGE031
；（5）
代价函数
Figure 828288DEST_PATH_IMAGE032
在
Figure 87231DEST_PATH_IMAGE029
处取得最小值。
自适应陷波器的直接形式如图2所示，用于实现传递函数
Figure 779243DEST_PATH_IMAGE026
。
Figure 453938DEST_PATH_IMAGE033
；（6）
Figure 915007DEST_PATH_IMAGE034
；（7）
Figure 344851DEST_PATH_IMAGE035
；（8）
自适应陷波器是带宽比较窄的带阻陷波器，可以快速滤波输入信号中的特定次频率分量，比如电网三相电压中的不平衡分量、谐波分量等扰动分量。在公式（6）中，分子多项式的零点在单位圆上，分母多项式的极点在单位圆上，通过调整略小于1来保持系统稳定。在本发明实施例中可通过参数a调整陷波频率。
其中，a和r表示参数变量，z表示变换因子；通过选择合适的参数a和参数r调节幅值响应
Figure 751256DEST_PATH_IMAGE036
。比如当r，陷波带宽减小，因此，在不考虑噪声的情况下，
Figure 229642DEST_PATH_IMAGE037
近似为理想响应，并且代价函数的梯度下降具有最小点。
将LMS算法引用于最小化代价函数，则有：
Figure 810796DEST_PATH_IMAGE038
；（9）
对于-2<a<2，则有：
Figure 83645DEST_PATH_IMAGE039
；（10）
此时，代价函数
Figure 812567DEST_PATH_IMAGE032
在a=-2cos
Figure 327600DEST_PATH_IMAGE040
处可以获得全局最小值。通过公式（9）和（10）可以得知，求取
Figure 763260DEST_PATH_IMAGE041
的解相当找到代价函数
Figure 269328DEST_PATH_IMAGE032
对于参数
Figure 423229DEST_PATH_IMAGE042
的全局最小值。
依据LMS直接型结构形式，一阶自适应陷波器的自适应迭代算法的表达为：
Figure 305734DEST_PATH_IMAGE043
；（11）
Figure 595901DEST_PATH_IMAGE044
；（12）
其中，
Figure 974668DEST_PATH_IMAGE045
表示自适应陷波器的迭代步长，
Figure 412602DEST_PATH_IMAGE006
为自适应陷波器的回归因子。
因此，可以得到二阶自适应陷波滤波器的迭代结构示意图3，二阶自适应陷波器的自适应算法的表达为：
Figure 770902DEST_PATH_IMAGE001
；（13）
其中，
Figure 181155DEST_PATH_IMAGE011
表示状态变量，
Figure 29025DEST_PATH_IMAGE012
表示需要滤除的扰动分量，
Figure 891939DEST_PATH_IMAGE013
表示自适应陷波器的迭代步长，
Figure 552465DEST_PATH_IMAGE006
为自适应陷波器的回归因子，
Figure 879542DEST_PATH_IMAGE014
表示输入信号，
Figure 101575DEST_PATH_IMAGE015
表示输出信号的估计，
Figure 451785DEST_PATH_IMAGE016
表示n次调节变量，a和r表示参数变量，n表示迭代次数。
在发明实施例中，以非理想电网的三相电压作为输入信号，由于三相电压含有不平衡分量、谐波分量等干扰，不平衡分量经过dq变换模块在q轴上面变成2次扰动分量，5和7次谐波分量经过dq变换模块在q轴上面变成6次扰动分量，同理，11和13次谐波分量经过dq变换模块在q轴上面变成12次扰动分量。为了滤除三相电压q轴上面的干扰，保证相位跟踪的准确性，需要在q轴上面加入滤波器消除干扰项。单独自适应陷波器只对单一频率的干扰具有很好的滤除效果。在本发明实施例中为了消除多次干扰分量，采用自适应陷波器级联的结构方式，根据q轴信号上面的不同干扰量，设置不同自适应陷波器的组合，每个自适应陷波滤波器负责滤除特定次扰动分量。比如基于上述自适应滤波器的原理，可以构造出三个二阶自适应陷波器串联的结构，分别用于滤除2次扰动分量V2、6次扰动分量V6、12次扰动分量V12。
自适应频率估计锁相环：
将输入信号
Figure 214205DEST_PATH_IMAGE046
的电压相角记为
Figure 333471DEST_PATH_IMAGE047
，角频率记为
Figure 230801DEST_PATH_IMAGE040
。当dq坐标系与
Figure 68307DEST_PATH_IMAGE046
按照同步转速
Figure 634417DEST_PATH_IMAGE048
旋转时，
Figure 608189DEST_PATH_IMAGE049
与d轴之前的相位是固定的，记为
Figure 172026DEST_PATH_IMAGE050
。
Figure 995363DEST_PATH_IMAGE046
在dq坐标系上的投影
Figure 99585DEST_PATH_IMAGE051
，
Figure 193443DEST_PATH_IMAGE052
。若
Figure 928181DEST_PATH_IMAGE050
=0，
Figure 537017DEST_PATH_IMAGE053
，此时
Figure 648192DEST_PATH_IMAGE054
=0，d轴与
Figure 95092DEST_PATH_IMAGE046
重合。
因此，
Figure 731DEST_PATH_IMAGE054
作为被控变量，相位估计
Figure 96863DEST_PATH_IMAGE055
对三相电压
Figure 480571DEST_PATH_IMAGE046
进行dq变换，通过反馈信号对
Figure 922923DEST_PATH_IMAGE055
进行修正，保证
Figure 999463DEST_PATH_IMAGE054
=0。最终
Figure 912054DEST_PATH_IMAGE055
成为输入信号
Figure 99452DEST_PATH_IMAGE046
的相位估计。
自适应频率估计锁相环的结构如图4所示，包括dq变换模块，级联自适应陷波器，比例积分调节器(PI)、比较器、积分环节、比例环节。通过将级联自适应陷波器（G2（z）、G6（z）、G12（z））嵌入三相同步锁相环中，滤除三相电压
Figure 396311DEST_PATH_IMAGE046
中的干扰量。
为了更清楚地说明本发明的工作原理，下面以电网接入变流器为例，分析电网公共连接点的电网（PCC）电压的扰动分量，其中，电网公共连接点的电网（PCC）电压可以表示为：
Figure 643752DEST_PATH_IMAGE056
；（14）
其中，V1表示电压幅值，
Figure 714476DEST_PATH_IMAGE047
表示电压相角，
Figure 705566DEST_PATH_IMAGE050
表示B相不平衡因子，（k表示数值1到无穷递增），
Figure 106198DEST_PATH_IMAGE057
表示C相不平衡因子；V6k+1表示谐波电压幅值；
VPCC为三相电压，VPCC首先经过Clark变换，abc坐标系变为
Figure 779668DEST_PATH_IMAGE010
坐标系的表达，然后以相位估计
Figure 508328DEST_PATH_IMAGE055
进行Park变换，得到VPCC在q轴的表达如公式（15）所示：
Figure 552376DEST_PATH_IMAGE058
；（15）
其中，
Figure 122029DEST_PATH_IMAGE059
，
Figure 453216DEST_PATH_IMAGE060
，E1表示
Figure 498533DEST_PATH_IMAGE010
坐标系下电压幅值，
Figure 80693DEST_PATH_IMAGE061
表示相角误差；
根据工程经验，PCC点电网电压在abc坐标系的参数设定如表1所示。
表1-输入信号参数设置
Figure 567169DEST_PATH_IMAGE062
上述V1表示电压理想状态（即无干扰）的值；(1+
Figure 592893DEST_PATH_IMAGE050
)V1、(1+
Figure 859927DEST_PATH_IMAGE057
)V1表示电压的不平衡分量，V5、V7、V11、V13对应表示5、7、11、13次谐波分量。
则通过上述公式（15），可以得到dq坐标的参数如表2所示。
表2-Vq轴扰动分量
Figure 229466DEST_PATH_IMAGE063
根据上述Vq轴扰动分量V2、V6、V12，级联自适应陷波器由3个自适应陷波滤波器串联构成，分别滤除2次谐波，6次谐波和12次谐波扰动分量。具体结构如图4所示。为了滤除对应的扰动分量，需要调节自适应陷波滤波器的中心频率，分别对应2次，6次和12次谐波、频带宽度（BW2、BW6、BW12）和迭代因子（
Figure 898345DEST_PATH_IMAGE064
、
Figure 94971DEST_PATH_IMAGE065
、
Figure 459087DEST_PATH_IMAGE066
）。
在本发明实例中，自适应陷波器使用的自适应递归算法可以在没有参考估计频率的情况下跟踪频率变化，因此，可以提高自适应陷波器的品质因数，有效地提高滤波能力。对于固定陷波器，必须调整较小的Q值以增加滤波器带宽并减少频率变化的干扰。系统相位延迟与自适应陷波器的参数和Q值有关。因此，必须设计自适应陷波器的参和Q以获得合适的相位延迟。在本发明实施例中调谐参数如表3所示。
表3-自适应陷波器的参数
Figure 293969DEST_PATH_IMAGE067
为了验证上述自适应陷波器的参数是否合适，需要对系统参数进行仿真验证，确认系统参数是否满足锁相环的性能要求。
其中，输入信号中叠加不平衡和谐波干扰分量见上述表1。频率的波动变化设定为47Hz-53Hz，即输入信号频率分别设定为47Hz和53Hz，通过Vq轴上扰动分量的消除比例来确认级联自适应滤波器性能。根据上述表2所示的Vq轴中的扰动分量，47Hz和53Hz扰动滤除比例如下表4所示。
表4
Figure 925676DEST_PATH_IMAGE068
如上表所示，本发明实施例涉及的锁相环具有较好的扰动滤除性能，能够准确的反应输入信号的相位信息。
相对于现有技术，本发明实施例提供一种包括dq变换模块，级联自适应陷波器，比例积分调节器(PI)、比较器、积分环节、比例环节的自适应频率估计的锁相环，通过将级联自适应陷波器嵌入传统的三相同步锁相环（SRF-PLL）中，构成自适应频率估计的锁相环，通过级联自适应陷波滤波器可以自动跟踪电网电压频率的变化，同时消除非理想电网电压的扰动，包括三相不平衡产生的负序分量，谐波分量，能够快速准确估计电网电压频率波动。
实施例二
请参阅图5，本发明实施例提供了一种自适应频率估计的锁相方法，包括：
S1：对电网的三相电压进行dq变换，得到q轴电压分量；
S2：通过预先构造的级联自适应陷波器，对所述q轴电压分量上的扰动分量进行滤除；
S3：根据滤除扰动分量后的q轴电压分量，得到所述三相电压的相位估计。
作为上述方案的改进，所述根据滤除扰动分量后的q轴电压分量，得到所述三相电压的相位估计，包括：
将滤除扰动分量后的q轴电压分量送入比例积分调节器，得到q轴的角频率分量；
所述q轴的角频率分量经比较器、积分环节、比例环节后，得到所述相位估计。
作为上述方案的改进，所述对电网的三相电压进行dq变换，得到q轴电压分量，包括：
对所述三相电压进行Clark变换，得到坐标系下的电压分量；
对
Figure 168570DEST_PATH_IMAGE010
坐标系下的电压分量进行Park变换，得到所述q轴电压分量。
作为上述方案的改进，所述三相电压的函数表达为：
Figure 518518DEST_PATH_IMAGE056
；
其中，V1表示电压幅值，
Figure 449433DEST_PATH_IMAGE047
表示电压相角，
Figure 218805DEST_PATH_IMAGE050
表示B相不平衡因子，（k表示数值1到无穷递增），
Figure 429337DEST_PATH_IMAGE057
表示C相不平衡因子；V6k+1表示谐波电压幅值；
所述q轴电压分量的函数表达为：
Figure 594477DEST_PATH_IMAGE058
；
其中，
Figure 922559DEST_PATH_IMAGE059
，
Figure 623799DEST_PATH_IMAGE060
；E1表示
Figure 67550DEST_PATH_IMAGE010
坐标系下电压幅值，
Figure 283767DEST_PATH_IMAGE061
表示相角误差。
在一种可选的实施例中，所述级联自适应陷波器，包括多个串联连接的用于滤除特定次扰动分量的自适应陷波器。
进一步，所述自适应陷波器包括用于滤除2次扰动分量的第一自适应陷波器、用于滤除6次扰动分量的第二自适应陷波器以及用于滤除12次扰动分量的第三自适应陷波器；其中，所述第一自适应陷波器、第二自适应陷波器、第三自适应陷波器依次串联连接。
进一步，所述自适应陷波器为二阶自适应陷波器；
所述二阶自适应陷波器的自适应算法函数表达为：
Figure 103956DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，
Figure 456440DEST_PATH_IMAGE011
表示状态变量，
Figure 569627DEST_PATH_IMAGE012
表示需要滤除的扰动分量，
Figure 7562DEST_PATH_IMAGE013
表示自适应陷波器的迭代步长，
Figure 631441DEST_PATH_IMAGE006
为自适应陷波器的回归因子，
Figure 838431DEST_PATH_IMAGE014
表示输入信号，
Figure 889564DEST_PATH_IMAGE015
表示输出信号的估计，
Figure 814795DEST_PATH_IMAGE016
表示n次调节变量，a和r表示参数变量，n表示迭代次数。
其中，自适应陷波器的参数设置以及工作原理请参见实施例一，在这里不再重复说明。
相对于现有技术，本发明实施例的有益效果在于：通过对电网的三相电压进行dq变换，得到q轴电压分量；然后使用预先构造的级联自适应陷波器，对所述q轴电压分量上的扰动分量进行滤除；再根据滤除扰动分量后的q轴电压分量，得到所述三相电压的相位估计；通过在锁相环节引入级联自适应陷波器滤除电网电压的扰动分量，可以准确跟踪电压相位。
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出多台改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种自适应频率估计的锁相环，其特征在于，包括：
dq变换模块，用于对电网的三相电压进行dq变换，得到q轴电压分量；
级联自适应陷波器，用于对所述q轴电压分量上的扰动分量进行滤除；
锁相环节，用于根据滤除扰动分量后的q轴电压分量，得到所述三相电压的相位估计；
所述级联自适应陷波器，包括多个串联连接的用于滤除特定次扰动分量的自适应陷波器；
所述自适应陷波器为二阶自适应陷波器；所述二阶自适应陷波器的自适应算法函数表达为：
Figure 202644DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，
Figure 936376DEST_PATH_IMAGE002
表示状态变量，
Figure 331585DEST_PATH_IMAGE003
表示需要滤除的扰动分量，
Figure 83641DEST_PATH_IMAGE005
表示自适应陷波器的迭代步长，
Figure 906103DEST_PATH_IMAGE006
为自适应陷波器的回归因子，
Figure 94508DEST_PATH_IMAGE007
表示输入信号，
Figure 293408DEST_PATH_IMAGE008
表示输出信号的估计，
Figure 165549DEST_PATH_IMAGE009
表示n次调节变量，a和r表示参数变量， n表示迭代次数。
2.如权利要求1所述的自适应频率估计的锁相环，其特征在于，所述锁相环节包括依次串联连接的比例积分调节器、比较器、积分环节以及比例环节；
其中，所述比例积分调节器，用于对滤除扰动分量后的q轴电压分量进PI调节，得到q轴的角频率分量；所述q轴的角频率分量经所述比较器、积分环节、比例环节后，得到所述相位估计。
3.如权利要求1所述的自适应频率估计的锁相环，其特征在于，所述自适应陷波器包括用于滤除2次扰动分量的第一自适应陷波器、用于滤除6次扰动分量的第二自适应陷波器以及用于滤除12次扰动分量的第三自适应陷波器；其中，所述第一自适应陷波器、第二自适应陷波器、第三自适应陷波器依次串联连接。
4.一种自适应频率估计的锁相方法，其特征在于，包括：
对电网的三相电压进行dq变换，得到q轴电压分量；
通过预先构造的级联自适应陷波器，对所述q轴电压分量上的扰动分量进行滤除；
根据滤除扰动分量后的q轴电压分量，得到所述三相电压的相位估计；
其中，所述自适应陷波器为二阶自适应陷波器；所述二阶自适应陷波器的自适应算法函数表达为：
Figure 158913DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，
Figure 166157DEST_PATH_IMAGE010
表示状态变量，
Figure 903168DEST_PATH_IMAGE011
表示需要滤除的扰动分量，
Figure 629816DEST_PATH_IMAGE012
表示自适应陷波器的迭代步长，
Figure 59660DEST_PATH_IMAGE006
为自适应陷波器的回归因子，
Figure 488236DEST_PATH_IMAGE013
表示输入信号，
Figure 763360DEST_PATH_IMAGE014
表示输出信号的估计，
Figure 406831DEST_PATH_IMAGE015
表示n次调节变量，a和r表示参数变量， n表示迭代次数。
5.如权利要求4所述的自适应频率估计的锁相方法，其特征在于，所述根据滤除扰动分量后的q轴电压分量，得到所述三相电压的相位估计，包括：
将滤除扰动分量后的q轴电压分量送入比例积分调节器，得到q轴的角频率分量；
所述q轴的角频率分量经比较器、积分环节、比例环节后，得到所述相位估计。
6.如权利要求4所述的自适应频率估计的锁相方法，其特征在于，所述对电网的三相电压进行dq变换，得到q轴电压分量，包括：
对所述三相电压进行Clark变换，得到
Figure 414101DEST_PATH_IMAGE016
坐标系下的电压分量；
对
Figure 143023DEST_PATH_IMAGE016
坐标系下的电压分量进行Park变换，得到所述q轴电压分量。
7.如权利要求4所述的自适应频率估计的锁相方法，其特征在于，所述自适应陷波器包括用于滤除2次扰动分量的第一自适应陷波器、用于滤除6次扰动分量的第二自适应陷波器以及用于滤除12次扰动分量的第三自适应陷波器；其中，所述第一自适应陷波器、第二自适应陷波器、第三自适应陷波器依次串联连接。
CN202210683832.2A 2022-06-17 2022-06-17 一种自适应频率估计的锁相环以及锁相方法 Active CN114784810B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210683832.2A CN114784810B (zh) 2022-06-17 2022-06-17 一种自适应频率估计的锁相环以及锁相方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210683832.2A CN114784810B (zh) 2022-06-17 2022-06-17 一种自适应频率估计的锁相环以及锁相方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114784810A CN114784810A (zh) 2022-07-22
CN114784810B true CN114784810B (zh) 2022-09-16

Family

ID=82420231

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210683832.2A Active CN114784810B (zh) 2022-06-17 2022-06-17 一种自适应频率估计的锁相环以及锁相方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114784810B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102590829A (zh) * 2012-03-14 2012-07-18 西安电子科技大学 用于卫星导航系统的完全自适应陷波器及其陷波方法
CN103227640A (zh) * 2013-04-16 2013-07-31 苏州汇川技术有限公司 谐波电网相位检测方法及锁相环
CN103929151A (zh) * 2014-04-21 2014-07-16 北京航空航天大学 自适应最优相角陷波滤波器设计方法
CN104901685A (zh) * 2015-05-20 2015-09-09 南京南瑞太阳能科技有限公司 一种基于自适应陷波器的锁相环

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8392000B2 (en) * 2009-06-05 2013-03-05 University Of Southern California Adaptive notch filter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102590829A (zh) * 2012-03-14 2012-07-18 西安电子科技大学 用于卫星导航系统的完全自适应陷波器及其陷波方法
CN103227640A (zh) * 2013-04-16 2013-07-31 苏州汇川技术有限公司 谐波电网相位检测方法及锁相环
CN103929151A (zh) * 2014-04-21 2014-07-16 北京航空航天大学 自适应最优相角陷波滤波器设计方法
CN104901685A (zh) * 2015-05-20 2015-09-09 南京南瑞太阳能科技有限公司 一种基于自适应陷波器的锁相环

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Research on Optimization Method of Passive Resonance Damping of Hybrid Active Power Filter;jing lu;《2022 International Conference on Power Energy Systems and Applications》;20220414;全文 *
基于复数陷波器的窄带干扰抑制研究;解朦朦等;《电子科技》;20131115(第11期);全文 *
托卡马克电源窄带宽近基频间谐波检测方法;田贇祥;《核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理》;20210331;第41卷(第1期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114784810A (zh) 2022-07-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106953634B (zh) 一种基于双自调谐二阶广义积分器的锁频环方法
Wang et al. A method to improve the dynamic performance of moving average filter-based PLL
CN108599261B (zh) 基于非线性pi和解耦双同步坐标系锁相环的锁相方法
CN105680854B (zh) 一种锁相环及锁相方法
CN110557118B (zh) 一种锁相装置及锁相方法
Dinh et al. Adaptive notch filter solution under unbalanced and/or distorted point of common coupling voltage for three‐phase four‐wire shunt active power filter with sinusoidal utility current strategy
CN111082804A (zh) 一种频率补偿型数字锁相环实现方法
Sridharan et al. Accurate phase detection system using modified SGDFT-based PLL for three-phase grid-interactive power converter during interharmonic conditions
CN107863774B (zh) 谐波指令电流的获取方法、装置、系统及可读存储介质
Gautam et al. Enhanced single-phase phase locked loop based on complex-coefficient filter
CN110266044B (zh) 一种基于储能变流器的微电网并网控制系统及方法
CN109358228B (zh) 基于双增强型锁相环的电网电压正负序分量实时估计方法
CN114784810B (zh) 一种自适应频率估计的锁相环以及锁相方法
CN108418579A (zh) 一种输出正弦波锁相移相装置及正弦锁相移相算法
Kang et al. Improving harmonic rejection capability of OSG based on n-th order bandpass filter for single-phase system
CN116760070A (zh) 直驱风机并网系统宽频振荡抑制方法、装置、介质及设备
da Fonseca et al. Three-phase phase-locked loop algorithms for the detection of positive-sequence and negative-sequence components
CN110165675B (zh) 基于内模的频率自适应滤波器建模方法
Jorge et al. Sequences detection of an unbalanced sinusoidal voltage of unknown frequency using a reduced-order observer
CN112702058A (zh) 一种基于线性自抗扰技术的锁相环控制方法
CN110768272A (zh) 一种statcom与发电机励磁系统协调控制方法
CN110995045A (zh) 一种加入低通滤波器的逆变器系统及其改进的控制方法
Sadeque et al. A signal reforming algorithm based three-phase PLL under unbalanced grid conditions
Brasil et al. Comparative study of single-phase PLLs and fuzzy based synchronism algorithm
Chen et al. A novel DSP-based adaptive line synchronization system for three-phase utility interface power converters

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant