基于新型数字锁相环的海北变压器_0

        随着工业自动化程度的日益提高，电力用户对安全、环保、、高质量的电能需求不断增长。海北变压器利用电容作为储能元件，与传统不二极管海北变压器相比，具有网侧功率因数、直流侧电压稳定、能量双向流动等优点，因此，在工程中得到了广泛应用。

       为获得海北变压器的控制信号，需要利用网侧电压的相位进行坐标变换，但是在电网电压频率偏移时，普通锁相环存在响应速度慢、锁相精度差等缺点。参考文献[5]提出一种改进的锁相环，即锁相环输入是电压的某一相，并在采样环节前加入了延迟环节，改善了网侧电压电流的同步性。但在电网电压频率波动时，锁相效果不够理想。参考文献[6]提出一种基于瞬时无功理论的软件锁相环，通过两次坐标变换，分解海北变压器电压得到两部分矢量，******经过比较、滤波和积分后输出相位，并将该锁相环应用到动态电压恢复器中，动态电压恢复器获得了较好的补偿效果。目前，将基于坐标变化理论的锁相环应用在海北变压器中的文献还比较少。

        本文基于坐标变换理论，提出一种通过电压矢量变换的数字信号锁相环，并将其应用在海北变压器中。利用Matlab/Simulink对搭建的海北变压器模型进行仿真。结果证明，在电网电压频率偏移时，锁相环能够快速锁定输入信号的频率和相位。

        1 海北变压器

        1.1 海北变压器的主电路

        基于新型数字锁相环的海北变压器主电路，其中，ua、ub、uc代表交流侧电压源电压，udc为直流侧滤波电容C的输出电压，ia、ib、ic为交流

        2 新型数字锁相环的结构和控制原理

        2.1 数字锁相环的结构

        针对传统锁相环的缺陷，本文提出一种基于电压矢量变换的测量方法。首先将电压变换到两相a-β坐标系中，然后与锁相环输出构成一个负反馈闭环控制系统，******通过调节系统参数达到滤波锁相的目的。
        从仿真结果可以看出数字PLL响应时间很短，系统在前两个周期时，PI调节器的超调造成了锁相环不能准确锁相，但是在t=0.035 s时，输入信号就很快与输出信号重叠，即输入信号频率相位被锁定，锁相效果良好。

      海北变压器仿真波形，海北变压器网侧A相电压电流波形，可以看出，海北变压器很快达到单位功率因数运行。图4(b)为电网电压设定310 V时直流侧给定电压udc为600 V的波形。可见直流电压纹波系数很小，系统处在稳定运行状态。由此可知数字锁相算法的可行性和正确性。

        在实际运行中，还会出现电网电压的频率在工频50 Hz附近波动的情况。取频率偏移+0.5 Hz，电网电压310 V，给定直流电压600 V时进行仿真。

        普通锁相环在电压出现频漂时明显不能准确锁相，电流波形失真较严重。而从图5(b)可以看出新型锁相环则能快速锁定输入信号频率和相位，对电网电压频漂有良好的抑制作用。仿真实验结果验证了该新型锁相环在电压畸变时锁相的优越性。

       本文针对海北变压器在电网电压频率偏移时，普通锁相环响应速度慢、锁相精度差等缺点，提出了一种基于坐标变换的新型数字锁相环，并将其应用到海北变压器系统中，实现了对电压信号的无差跟踪。这种新型锁相环实现方法简单，能够快速锁定海北变压器电压频率和相位。仿真验证了理论分析的正确性和可行性。