一种基于同步旋转坐标变换的单相锁相环新算法[1].pdf

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1、2012年6月电工技术学报Vol.27No.6第27卷第6期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYJun.2012一种基于同步旋转坐标变换的单相锁相环新算法1,2223陶兴华李永东孙敏方晓旻（1.海军工程大学电气与信息工程学院武汉4300332.清华大学电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室北京1000843.海军装备部驻广州地区军事代表局广州510260）摘要单相锁相环技术对于一些需要电压相位信息的控制场合具有重要意义。本文提出一种单相锁相环新算法，

2、算法基于同步坐标旋转变换，通过反馈解耦的方法简化了锁相环的结构，同时避免了滤波器带宽受到系统动态性能要求制约的问题。文中在介绍基于同步旋转变换的单相锁相环方法基础上，给出了改进算法的推导过程，并对新算法中的调节器参数进行了设计。仿真与实验结果验证了该新算法的有效性。关键词：单相锁相环算法同步旋转变换反馈解耦中图分类号：TM464ANovelSingle-PhaseLockedLoopAlgorithmBasedonSynchronousReferenceFrame1,2223TaoXinghuaLiY

3、ongdongSunMinFangXiaomin（1.NavalEngineeringUniversityWuhan430033China2.StateKeyLabofControlandSimulationofPowerandGenerationEquipmentsTsinghuaUniversityBeijing100084China3.MilitarydelegatebureauofNavalEquipmentDepartmentinGuangzhouareaGuangzhou510260Chi

4、na）AbstractSingle-phaselockedloop(SPLL)technologyplaysanimportantroleinprocesscontrollingwhichphaseinformationisneeded.Inthispaper,anovelSPLLalgorithmispresented.Thealgorithmisbasedonsynchronousreferenceframeanditsstructureissimplifiedbymeansoffeedbackd

5、ecouplemethod.Thealgorithmwidensthebandwidthofthefiltersoastogetagooddynamicperformance.Inthispaper,theprincipleoftheconventionalSPLLmethodwhichisbasedonsynchronousreferenceframeisintroducedandthenthealternativemethodisdeduced.Furthermore,thecontrolleri

6、sdesigned.Theresultsofthesimulationsandexperimentsbothtestifytheefficiencyofthepresentedalgorithm.Keywords：Single-phaselockedloopalgorithm,synchronousreferenceframe,feedbackdecouple滤波、PWM整流器、不间断电源以及新型分布式1引言能源等等，都需要获得电压相位的信息。相位信息在很多需要与电网并网连接的场合中，如有源的准确性对

7、系统并网具有直接影响，同时也在一定程度影响整个控制系统的性能。目前，获得相位信息的方法主要有：反馈滤波器法、离散傅里叶法、国家重点实验室资助项目（SKLD08M03）。收稿日期2011-03-21改稿日期2011-07-20希尔伯特变换法以及锁相环（PhaseLockedLoop，148电工技术学报2012年6月[1-4]PLL）法。前面这几种算法都是采用现代数字信2控制算法号处理技术，实现比较复杂。因此，在目前在工业2.1基于旋转坐标变换的SPLL算法中得到广泛应用的是锁相环技术。传统的基于同步旋转

8、坐标变换SPLL算法是模对于三相对称系统，相位信息比较容易获得。仿三相系统的PLL算法得到的，其结构如图1所示。这是由于在同一时刻可以同时采样到三相的电压把输入电压定位为静止两相坐标的α轴，以预估的Ua、Ub、Uc，这三个电压里面已经包含了幅值和相位角θˆ作为同步旋转坐标角，输入信号Vi经过同相位的信息，由此构成的一个二元方程组，正好步旋转变换式（1）后，得到Vd和Vq，再经过低通可以直接通过简单的计算解出电网的幅值与相滤波器后得到V′和V′。dq位。直