下载文档原格式
理论算法2021.07自适应锁相环的设计与仿真何琦(安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽淮南，232001)摘要：在三相电压不平衡时，负序分量会在Park变换后产生一个2倍基频的波动，进而影响对基频分量相位的提取。
针对一般的锁相环在电网三相不平衡时无法准确锁定电网的相位，本文提出一种基于陷波器的自适应锁相环，利用自适应陷波器(ANF)能够输出两个相互正交分量的特点，生成两个能抵消dq坐标系的负序分量,这样就实现了基波的正序负序分离。
在Matlab/Simulink中建立仿真模型进行验证,结果表明了文中所提的方法在电网不平衡时可以准确地锁定电网的相位。
关键词：三相电压不平衡；锁相环；自适应陷波器；正序负序分离Design and Simulation of Adaptive Phase-locked LoopHe Qi(School of Electrical and Information Engineering,Anhui University of Science and Technology,Huainan Anhui,232001)Abstract：When the fundamental frequency of the three-phase is not balanced,a negative componentof the volt a ge will be ext r ac ted.In view of the fac t that the general phase-locked loop(PLL)cannot accurately lock the phase of the power grid when the three-phase power grid is unbalanced,this paper proposes an adaptive phase-locked loop based on notch f订ter.The adaptive notch filter(ANF) can output two mutually orthogonal components to generate two negative sequence components which can offset the dq coordinate system.Thus,the separation of positive sequence and negative sequenceof fundamental wave is realized.The simulation model is established in Matlab/SIMULINK for verifica t ion.The resu Its show that the proposed met h od can accura t ely lock the phase of power grid when the power grid is unbalanced.Keywords:Three-phase voltage unbalance;PLL;Adaptive notch f订ter;Positive sequence negative sequence separation0引言随着新能源技术的快速发展，并网逆变器在分布式发电中得到广泛应用。
电网不平衡下三相锁相环研究1. 本文概述随着现代电力系统的快速发展，三相电力系统的不平衡现象日益凸显，对电力系统的稳定性和电能质量产生了严重影响。
为了解决这一问题，三相锁相环（ThreePhase PhaseLocked Loop, 3PPLL）作为一种有效的电力系统同步技术，受到了广泛关注。
本文旨在深入探讨电网不平衡条件下三相锁相环的工作原理、性能评估及优化策略，为提高三相电力系统的运行效率和稳定性提供理论依据和技术支持。
本文首先介绍了三相锁相环的基本原理，包括其数学模型和锁相机制。
随后，详细分析了电网不平衡对三相锁相环性能的影响，包括相位误差、频率偏移和稳态误差等方面。
在此基础上，本文提出了一种改进的三相锁相环结构，通过引入先进的控制策略和滤波技术，有效提高了锁相环在电网不平衡条件下的性能。
本文还通过仿真和实验验证了所提改进三相锁相环的有效性和优越性。
仿真结果表明，在电网不平衡条件下，所提锁相环具有更快的动态响应、更高的稳态精度和更强的鲁棒性。
实验结果进一步验证了仿真分析的结论，证明了所提改进三相锁相环在实际电力系统中的应用潜力。
本文对电网不平衡下的三相锁相环进行了全面研究，不仅分析了电网不平衡对锁相环性能的影响，还提出了一种有效的改进策略，并通过仿真和实验验证了其性能。
研究结果为三相电力系统的同步控制提供了新的思路和方法，对提高电力系统的运行效率和稳定性具有重要意义。
2. 电网不平衡的影响电网不平衡是一种常见的电力系统运行状态，它会对电力系统的稳定运行产生不利影响。
电网不平衡主要表现在三相电压或电流的不对称性上，这种不对称性可能由多种因素引起，如单相负载的接入、线路故障、发电机故障等。
（1）影响锁相精度：三相锁相环是依赖于三相电压或电流的对称性进行相位锁定的。
当电网出现不平衡时，三相电压或电流的对称性被破坏，导致锁相环难以准确锁定相位，进而降低系统的控制精度。
（2）增加系统振荡风险：电网不平衡可能导致系统出现负序和零序分量，这些分量会激发系统中的振荡模式，增加系统的不稳定性。
一种嵌入重复控制内模的三相锁相环的设计与实现何宇;漆汉宏;邓超;张迪;金卫国【摘要】As one of the key technologies of distributed grid-connected power generation system, grid synchronization technique is always the research hotspot. Usually numerous filters (or regulators) are needed for current phase-locked loop (PLL) algorithms to totally eliminate harmonic. Hence, a new phase-locked loop based on internal model of repetitive control is put forward. An extraction structure which can totally eliminate harmonic is designed. Wherein, the characteristic of the internal model that generates the resonant peak at grid fundamental frequency and every harmonic frequency is used, and the characteristic of multiple-complex coefficient-filter that can separate positive and negative sequence of grid fundamental wave is also taken into account. The grid frequency, phase and other related information can be extracted from the pure positive sequence by synchronous frame PLL. Finally, the proposed PLL is tested under distorted and unbalanced grid by Matlab/Simulink simulation and the related experiment. The results show the validity and superiority of this method.%作为分布式并网发电系统众多关键技术之一的电网同步锁相技术一直是国内外研究的热点。
基于广义旋转角的三相锁相环李希年;庞清乐;孙静【摘要】锁相环技术是新能源并网发电、电能质量分析与控制等领域的关键技术之一.针对传统SRF-PLL锁相环易受电压幅值波动影响且需同步旋转坐标变换的问题,提出一种基于αβ静止坐标系广义旋转角的三相锁相环.通过三角函数变换,研究了该广义旋转角与电压锁相角之间的关系,提出基于该广义旋转角的三相锁相环,可直接应用于其他电压等级而无须重新整定控制参数.应用延时法提取基波电压正序分量,有效克服了谐波与电压暂降等电能质量扰动对锁相结果的影响.仿真结果表明所提出的锁相环具有较强的鲁棒性,动态特性好,能够在各种扰动下实现电压的快速精确锁相.【期刊名称】《电力系统及其自动化学报》【年(卷),期】2018(030)007【总页数】6页(P45-50)【关键词】锁相环;广义旋转角;广义延时法;同步旋转坐标;静止坐标【作者】李希年;庞清乐;孙静【作者单位】山东工商学院信息与电子工程学院,烟台 264005;山东工商学院信息与电子工程学院,烟台 264005;山东工商学院信息与电子工程学院,烟台 264005【正文语种】中文【中图分类】TM93锁相技术是太阳能、风能等新能源并网发电及静止无功发生器、动态电压恢复器等电能质量分析与控制等领域的关键技术之一。
锁相分为开环锁相与闭环锁相。
开环锁相的优势在于相位检测的快速性。
过零检测法是典型的开环锁相方法，将电压信号的过零点作为零相位点并以此为基准计算各时刻的相位，但其1个工频周期内只能进行2次过零比较，动态性能较差、锁相精度易受谐波等的影响[1-2]。
文献[3]利用晶体振荡器与基波电压的相角差提取同步旋转坐标变换后电压直流分量的方法实现了开环锁相；文献[4]基于快速傅里叶变换，以频率检测器为基础，利用三角函数积化和差计算电压初相角的方法间接锁定电压相位；但谐波会严重影响两者的锁相结果。
闭环锁相环由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器三部分组成，利用闭环反馈实现电压频率与相角的锁定。
三相锁相环算法三相锁相环算法是一种常用的控制算法，用于同步两个或多个信号的相位和频率。
它在许多领域中都有广泛的应用，如通信系统、电力系统和自动控制系统等。
本文将详细介绍三相锁相环算法的原理、应用和优缺点。
一、原理三相锁相环算法的原理基于负反馈控制的思想。
它通过比较输入信号和参考信号的相位差，然后根据相位差的大小调整输出信号的频率和相位，从而使输出信号与参考信号保持同步。
具体来说，三相锁相环算法包括三个主要组件：相位检测器、环路滤波器和压控振荡器。
相位检测器用于测量输入信号与参考信号的相位差，环路滤波器用于平滑相位差的变化，压控振荡器用于调整输出信号的频率和相位。
二、应用三相锁相环算法在通信系统中有着广泛的应用。
例如，在无线通信系统中，接收机需要与发射机保持同步，以确保信号的正确接收。
通过使用三相锁相环算法，接收机可以根据接收到的信号与发射信号之间的相位差，自动调整自身的频率和相位，实现同步接收。
三相锁相环算法还可以应用于电力系统中。
在电力系统中，各个发电机需要同步工作，以确保电网的稳定运行。
通过使用三相锁相环算法，发电机可以根据电网的频率和相位差，自动调整自身的频率和相位，实现与电网的同步。
三相锁相环算法还可以应用于自动控制系统中。
例如，在自动驾驶系统中，多个传感器需要同步工作，以提供准确的环境感知数据。
通过使用三相锁相环算法，各个传感器可以根据参考信号，自动调整自身的频率和相位，实现同步工作。
三、优缺点三相锁相环算法具有以下优点：1. 可以实现快速同步：三相锁相环算法可以快速地将输出信号与参考信号同步，确保信号的准确接收或传输。
2. 高精度的同步：三相锁相环算法可以达到很高的同步精度，通常可以达到纳秒级别的精度。
3. 稳定性好：三相锁相环算法通过负反馈控制，可以实现对相位差的稳定控制，使系统具有良好的稳定性。
然而，三相锁相环算法也存在一些缺点：1. 系统复杂：三相锁相环算法由多个组件组成，需要进行参数调整和系统优化，增加了系统的复杂性。
基于同步旋转坐标变换的三相锁相环设计X潘龙懿,李 治(华北电力大学电力工程系,河北保定 071003) 摘 要:本文分析了有源电力滤波器需要实时检测正序基波电压的相位,作为计算和补偿标准。
着重研究了基于同步旋转坐标变换的三相锁相环软件技术,分析了连续和离散数学模型,提出实现全数字化相位跟踪检测的方法。
最后采用MA TLAB的定点符号工具箱和Sim ulink进行仿真。
理论推导和仿真验证了所提方法在电压波形畸变时仍实时可有效检测出正序基波相位。
关键词:同步旋转坐标变换;锁相环;有源电力滤波器;定点仿真0 引言在对电网谐波治理和无功补偿装置的设计中,有源电力滤波器是非常重要的环节。
锁相环技术广泛应用于电力电子装置的控制,用以获得瞬时相位信息,提高计算和补偿基准,其滤波和动态响应对提高有源电力滤波器性能至关重要。
在存在电压畸变(如谐波、频率突变、相位突变)以及三相不平衡情况下,锁相环必须能够准确快速地锁定正序基波电压相位。
过零比较锁相环〔1〕通过检测输入信号过零点来计算相位,但过零点检测对谐波和直流偏移非常敏感,且动态性能较差。
对于三相电网,采用提取单相的方法很难精确的实现dq0旋转坐标系与电网三相电压合成矢量的同步,必须综合三相电压的相位信息,采用三相软件同步的方法来实现相位同步,获取需要的基波电压相位〔1〕〔2〕〔3〕。
三相锁相环(Soft Phase-Locked Loop,即SPLL)在波形畸变、相位突变等条件下,都具有良好的抗干扰能力,更适合应用在电磁环境恶劣的有源电力滤波系统中〔3〕。
它利用同步旋转坐标变换检测角频率和相位信息,动静态特性较理想,能够满足有源电力滤波器实时检测基波相位的要求;同时,通过合理设计控制器参数,它对零序和负序分量、谐波、直流偏移也有较好的抑制能力。
一些基于DSP的数字锁相的算法,利用反三角函数计算得到相位信息〔4〕。
因求解反三角函数值是一项繁琐费时的计算,虽可用查找表来提高反三角函数的计算速度,则会引起计算精度的大幅度下降,带来不容忽视的计算误差。
基于PI调节的三相数字锁相环研究与实现李林才;陈艳峰【摘要】介绍了一种用于不间断电源的数字锁相环,基于PI调节控制,利用PI调节器输出的误差角频率与DSP定时器计数值的对应,产生定时器中断,在调节时加固定角度偏移,完成锁相.Matlab仿真证实了所用锁相环的快速响应与较高鲁棒性.基于TI公司的DSP2 812的锁相环程序,通过样机测试,证实了该方法的可行性.%A realization method of three phases digital phase-locked loop (DPLL) based on PI controller was presented. The method uses the correspondence between PI regulator output errors of the angular frequency and the DSP timer counts, resulting in timer periodic interrupt and adding a fixed angel during the interruption process to achieve the purpose of phase - locked. Both the simulation and the prototype testing based on DSP2812 prove the scheme is robust and feasible.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2012(000)002【总页数】5页(P65-69)【关键词】不间断电源;DSP;数字锁相环【作者】李林才;陈艳峰【作者单位】华南理工大学,广东广州510640;华南理工大学,广东广州510640【正文语种】中文【中图分类】TN911.8不间断电源（UPS）由整流器、逆变器和LC滤波器等模块构成。
基于解耦的双同步坐标系的三相锁相环设计李继侠;杨苹【摘要】快速准确地跟踪电网电压是并网变换器稳定运行的保障.针对传统锁相环在电网电压畸变或不平衡下,不能实时并精确检测出基波正序分量幅值和相位的问题,提出了一种基于解耦的双同步坐标系(DDSRF)的三相锁相环设计方法,该方法通过引入解耦的双同步坐标系分离出基波正序分量,实现了基波正序分量的精确检测.仿真结果表明该三相锁相环能够在电网不平衡和畸变时快速准确地检测出电网电压基波正序分量的幅值和相位.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2015(039)003【总页数】4页(P600-603)【关键词】三相锁相环;同步坐标系;正序分量检测【作者】李继侠;杨苹【作者单位】华南理工大学电力学院广东省绿色能源技术重点实验室,广东广州510640;华南理工大学电力学院广东省绿色能源技术重点实验室,广东广州510640【正文语种】中文【中图分类】TM76可再生能源发电技术得到了广泛关注。
并网变换器作为可再生能源发电系统与电网的接口，起到关键作用。
在并网变换器控制技术中需要考虑的重要一方面就是控制并网变换器与电网同步，在电网电压畸变和不平衡时，电网电压基波正序分量的幅值和相位必须被准确并快速地检测出，其控制精度直接影响到并网变换器的技术性能和运行稳定性。
传统的过零比较方式结构简单，利于工程实现，但存在的问题是动态响应较差、锁相精度不高[1]。
在理想的电网条件下，高带宽的基于单同步参考坐标系(SSRF)的三相锁相环可以准确并快速地检测到电网电压的幅值和相位，但存在的问题是在电网电压不平衡和畸变条件下，锁相输出存在谐波[2]。
在电网电压含有高阶谐波时，SSRF三相锁相环可以通过适当地降低带宽消除高阶谐波得到比较满意的性能。
但是系统带宽的降低会使系统响应明显减慢，且检测到的电网电压幅值中含有幅度很高的高阶谐波[3]。
针对降低SSRF三相锁相环带宽时不能精确检测电网电压幅值的缺点，在频率相位跟随速度要求不高的场合,可以采用低通滤波器对检测到的电网电压幅值进行滤波，滤除基波频率倍频次交流分量[4]。
基于同步旋转坐标变换的三相软件锁相环设计
裴敏
【期刊名称】《甘肃科技》
【年(卷),期】2008(24)21
【摘要】在分析同步旋转坐标变换的原理基础上,提出了实现全数字化相位跟踪检测的方法:详细阐述了软件锁相环(Soft Phase-Locked Loop,即SPLL)的工作原理,分析了SPLL的连续和离散数学模型,从物理上解释低通滤波器作用原理,提出通过延时反馈以提高相位跟踪精度以及通过归一化使PI增益为常数的基波频率和相位的检测方法,最后通过MATLAB的Fixed Point Toolbox和SimuLink对该方法进行验证.仿真表明,该SPLL的稳态性能好,对畸变电压有很强的抑制作用,可应用于有源电力滤波器的实时相位检测.
【总页数】5页(P116-119,63)
【作者】裴敏
【作者单位】乌海电业局,内蒙古,乌海,016000
【正文语种】中文
【中图分类】TM343
【相关文献】
1.基于同步坐标系的三相电网软件锁相环仿真研究 [J], 鲁大岱;方敏
2.基于同步旋转坐标变换的三相锁相环设计 [J], 潘龙懿;李治
3.基于解耦双同步坐标变换的三相锁相环研究 [J], 唐轶;谢永强;王扬;刘全景;朱玉
振
4.基于三相旋转变换与极坐标变换的电机矢量控制 [J], 苏翀;韩兵
5.基于同步坐标变换的三相不对称系统的无功与谐波电流的检测 [J], 孙驰;魏光辉;毕增军
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
控制系统中的模型参考自适应控制在现代控制领域中，模型参考自适应控制（Model Reference Adaptive Control，简称MRAC）是一种被广泛应用的控制策略。
它通过将控制系统建模为一个参考模型和一个可调参数的控制器，从而实现对系统动态特性的调节和优化。
本文将介绍控制系统中的模型参考自适应控制的原理、应用以及一些典型的实例。
一、模型参考自适应控制的原理模型参考自适应控制的核心思想是通过参考模型来描述控制系统应有的动态特性，然后利用自适应算法调整控制器的参数，使得实际输出与参考模型的输出误差最小化。
具体步骤如下：1. 建立参考模型：首先，需要根据系统的要求和性能指标，建立一个理想的参考模型。
该模型应能描述系统的期望响应和稳定性。
2. 设计控制器：基于参考模型，设计一个可调参数的控制器。
一般来说，控制器通常分为线性和非线性两种类型。
线性控制器常用的有比例-积分-微分（PID）控制器和模型预测控制器（MPC），而非线性控制器则可以采用自抗扰控制（Disturbance Observer，DOB）控制器等。
3. 参数调整：控制器的参数调整是模型参考自适应控制的关键步骤。
通过监测实际输出并与参考模型输出进行比较，可以计算出误差，并利用自适应算法不断调整控制器参数，使误差最小化。
常用的自适应算法有最小二乘法、梯度下降法和Lyapunov方法等。
二、模型参考自适应控制的应用模型参考自适应控制广泛应用于电力系统、工业过程控制、机器人控制和飞行器控制等领域。
以下是一些典型的应用案例：1. 电力系统稳定控制：电力系统是一个复杂的非线性系统，稳定性对于保障供电的可靠性至关重要。
模型参考自适应控制可以在不确定的负荷和传输线路参数变化的情况下，实时调节控制器参数，使得系统的动态响应稳定在期望的范围内。
2. 工业过程控制：在化工和制造业等工业过程中，模型参考自适应控制可以实现对过程的精确控制。
通过建立合适的参考模型，并对控制器参数进行自适应调整，可以调节工艺系统的输出，保证产品质量和生产效率。
