一种单相锁相环的数字实现

吴春华，许富强，周笛青，付立

（上海大学 上海市电站自动化技术重点实验室，上海200072）

为了使并网系统在各种非正常电网状态下仍然能够正常运行，单相电力锁相环在设计时应考虑频率变化、相角突变、电网谐波等影响［1］。人们对单相PLL的研究大多借鉴三相PLL中的闭环结构，并通过构造2个虚拟的正交信号来实现［2］。该方法易受系统频率等参数变化的影响［3］。文献［4］提出基于FIR滤波器的线性相移特点构造正交信号，但是，对控制器要求较高。

本文利用二阶广义积分器（SOGI）［5］的特性实现正交信号发生器，正交信号发生器对采样的电网电压进行滤波，同时，生成2路的正交信号，从而构造出静止坐标系下的vα，vβ。借鉴三相锁相环控制原理，实现了基于虚拟两相直角坐标系的数字锁相环控制，并利用同步采样技术提高数字锁相环工作的频率范围，仿真和实验验证了该方法是可行的，并且具有较好的动静态性能。

1 数字锁相环的基本工作原理

对于三相系统，一般采用同步旋转坐标方法实现锁相环控制［6］。三相锁相环系统框图如图1所示。

图1 三相锁相环系统框图Fig.1 Structure of three phase PLL

三相输入电压为

则将vabc按照下式进行坐标变换，得到静止坐标系下的vα，vβ：

再按照下式利用估算的电网角度θ＊对vα，vβ做同步旋转变换得到vd，vq：

通过反馈控制使得vq＝0，对PI调节器输出Δω与初始电网角频率ωff的累加值进行积分运算，即可获得估算的同步旋转角度θ＊。A相电压va的角度θ与同步旋转角度θ＊存在下式的关系：

对于单相系统，由于只有1个输入电压信号，若采用与三相系统类似的锁相环控制策略，则必须构造1个虚拟的两相直角静止坐标系。……