同步检测及同步技术

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1、同步检测及同步技术并网变换器必须与所连接的电网同步运行。要实现并网变换器与电网的同步运行，首先必须检测电网电压的频率和相位，并以此来控制变换器，使其与电网电压保持同步。对系统的正常运行来说，电网电压的相位与幅值是同样重要的。甚至20-50毫秒的偏角度可能导致严重的生产过程的中断。目前，应用于分布式电源同步技术最为广泛是锁相环技术，因此，锁相同步技术是并网变换器的一个共性问题，也是并网变换器控制系统的一个最基本的问题，锁相同步电路的性能优劣将直接关系到并网变换器的技术性能和运行稳定性。因而是必须优先解决的基础性关键技术。通用并网变换器用的锁相同步电路的接口信

2、号如图1．1所示。输入Ua、Ub、Uc为电网三相电压信号，作为并网变换器的同步参考信号，若采用单相同步，则只有一路电压信号输入；Fout为与Ua频率相同、零相位时刻相同的方波输出信号，用来反映电网频率和零相位时刻；NFout为Fout的N倍频方波输出信号，用来反映当前时刻的数字相位，相位分辨率为2棚，或者反映电网电压一个周期的N个等间隔的特定相位时刻。譬如，对于三相测量系统而言，NFout的每个上升沿(或下降沿)代表一个工频周期中的N个等间隔采样点；对于SPWM或SVPWM控制的电压源逆变器而言，NFout的每个上升沿(或下降沿)代表一个调制波信号的周期内

3、每个载波信号的起始点。同步相位检测要解决的关键问题为：(1)如何正确地检测出电网电压信号的零相位时刻，而不受电网电压扰动的影响；(2)如何产生Ⅳ倍于电网频率的等间隔离散相位信号。针对这些问题，形成了多种具有不同原理和实现方法的解决方案。从同步方式来讲，分为单相同步和三相同步；从原理上讲，有单纯的矢量变换法、基于波形过零比较的锁相环和基于矢量变换的锁相环之分；从实现方法上讲，有硬件实现与软件实现之分，还有模拟电路与数字电路之分。但是，在实现等间隔离散相位信号输出时均采用锁相环原理。电网基波信息检测电力系统中的基波频率是电力系统运行稳定程度的重要参数，理想的公

4、用电网所提供的电压应该是单一而固定频率以及规定电压幅值的。但近年来，各种电力电子装置的迅速普及使得公用电网的谐波污染日趋严重，所以实际上，电力网的波形是含有许多谐波成分的，电力系统的基波频率不再是单一频率而是不平稳时变的。目前已经存在许多检测基波信息的方法，为了方便归纳这些方法，下面先介绍相关的基础知识，目前对于电网基波信息的检测，可以归结为以下三类方法：基于正弦信号模型的检测方法、基于周期信号模型的检测方法和基于复杂模型的检测方法。1．基于正弦信号模型的检测方法对于最简单的正弦信号模型，显然我们很容易就能得出信号的频率与相位信息，针对这种信号，常用的检测

5、方法有：(1)过零检测法(周期法)相继测出信号前后过零点的时间，就是信号的半个周期。(2)最大值算法相继测出信号的相邻最大值(最小值)为信号的一个周期，或相继测出相邻的最大值或最小值为信号的半个周期。方法评价：此模型简单，是人们向往的最理想的模型。但实际上此种方法忽略了所有谐波与噪声，故其精度是很低的，在正弦信号模型上人们研究了很多改进算法，这些算法能在一定程序减少由于模型过于简单而易受谐波与噪声影响。另外人们研究各种复杂滤波器对电网信号进行处理的目的就是要把实际的复杂电网信号回归到这种模型中，然后就能用较简单的方法找出基波信息。2．基于周期信号模型的检测

6、方法这种模型考虑了电网上的谐波存在的影响，最主要也是最典型的做法是离散傅里叶变换(DFT)法，通过计算分离出基波和频率为基波频率整数倍的各次谐波的幅值和相位，从而得到基波信息。事实上，这种方法不但可以获取基波频率与相位，而且可以获取各整数次谐波频率与相位信息。方法评价：这种算法能有效的排除谐波信号对频率测量的影响，但也有其固有的缺陷，其一是易受噪声影响，其二是受采样不同步的影响，从而造成频率泄漏与栅栏现象。针对这种缺陷，人们又研究了大量改进算法，包括有准同步采样算法、非周期采样算法、加窗插值算法等。3．基于复杂模型的检测方法(1)基于小波变换的方法小波变换

7、具有时域和频域局部特性，可在含有高次谐波、随机噪声或某些确定性噪声的信号中捕捉基波信号，小波变换法与基于DFT的方法相比，克服了DFT只能在单一域观察信号的缺点，能同时在时、频域分析信号。小波变换相对于加窗DFT而言，克服了DFT窗口固定大小的缺点，能自适应地调整时频窗，即在分析低频时，频率分辨率高，而分析高频时，时间分辨率高。(2)频率——函数逼近的方法这种方法以最小化误差的某种范数为目标，关键在于将测量求解化为相应的标准格式，如最小二乘、法【331、最小绝对值近似法【341、牛顿类算法、卡尔曼滤波算法等。(3)基于现代谱分析的方法对于考虑了随机噪声的电

8、网信号，其傅里叶变换并不存在，因此转向研究它的功率谱，现代谱估计方