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《基于梯度下降法的单相幅相锁相环优化设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第38卷第2期Vol.38No.22014年1月25日Jan.25,2014DOI:10.7500/AEPS20130425011基于梯度下降法的单相幅相锁相环优化设计裴喜平1,郝晓弘1,陈伟1,肖骏2,王维洲2,李恒杰1(1.兰州理工大学电气工程与信息工程学院,甘肃省兰州市730050;2.甘肃电力科学研究院,甘肃省兰州市730050)摘要:基于目标函数优化的思想设计了单相幅相锁相环系统(1MPLL),详细讨论了系统中参数的设计方法。为了提高系统的谐波抑制能力,以最近时域区间系统偏差的积分构造目标函数,通过梯度下降法分析了目标函数的最速下降方向,推导出锁相环系统的非线
2、性状态方程,从而对输入信号属性进行估计。为了进行系统性能分析和参数设计,对系统非线性状态方程在平衡点进行线性化处理,采用根轨迹理论对系统参数进行设计。系统能在各种电能质量问题下(如幅值突变、频率波动、相位突变,尤其是谐波污染)对输入信号的属性进行快速精确估计,为并网电力电子设备的检测和控制提供有效、可靠的基准。仿真实验验证了系统设计的正确性和良好性能。关键词:锁相环;梯度下降法;根轨迹;谐波畸变0引言号中正序分量的属性,使相关设备在执行检测和控制算法时灵活性受限,1PLL在设计中不用考虑三电力系统中很多保护和控制策略都基于电网电相信号的不对称性,避免了不对称性带来的低次
3、谐压信号中基频分量的幅值、相位、频率等属性,因此波干扰,易于提高系统的动态性能,在单相电力系统锁相环(PLL)作为对电力系统中相关电力电子设备中得到广泛应用。本文在对传统3PLL和1PLL进进行有效控制和保证系统安全运行的一项关键技行分析研究的基础上,提出1PLL的优化设计方法,术,在很多场合得到了广泛应用,如各种柔性交流输其设计思想可拓展到3PLL的设计中。电系统(FACTS)、分布式发电并网同步、不间断电在锁相环的设计中应用了很多信号处理和控制[1]源(UPS)等。随着新能源发电、微电网等技术的[7-9]理论的思想。滤波器型锁相环主要采用低通滤发展,以及电力电子设备
4、越来越广泛的应用,电力系波器(LPF)和带通滤波器(BPF)对高次谐波进行抑统中故障引起的电能质量问题使电压信号普遍受到制,然而滤波器的引入带来幅值衰减、相移等问题,各种畸变和噪声的污染,在这种条件下,锁相环对信离散傅里叶变换(DFT)能对信号的频谱进行分析,号中基频分量属性的快速精确估计对系统中设备的获得信号频谱分量的幅值、相位信息,但对电力系统[2-3]高效安全运行起到关键作用。中普遍存在的频率波动缺乏自适应性,很难满足电锁相环可以分为三相锁相环(3PLL)和单相锁力电子设备的实际需求。相序、谐波分解型锁相[4]相环(1PLL)。3PLL锁相结果是正序对称分量的[1
5、0-12]环由于分解算法固有的延时,使锁相环动态性属性(幅值、相位和频率等),设计时主要考虑负序、[5-6]能难以满足实际需求,且谐波分解只能是有限次分谐波畸变和频率波动对性能的影响,而1PLL锁解,而实际电网信号频谱具有不可预测性,因此静态相结果是单相基频信号的属性,设计时主要考虑谐[13-14]性能也受很大影响。控制器型锁相环主要是基波畸变、频率波动对性能的影响。电力系统故障多于对同步参考帧锁相环(SFR-PLL)的改进,目的是为不对称性故障,对三相电压进行对称分解产生的为了提高锁相环在电网电压不对称及谐波畸变时的负序分量在3PLL中转化为二次谐波,使锁相系统动、静
6、态性能,但SFR-PLL只提供相位、频率属性,很难在带宽和精度之间折中,严重影响系统性能,是没有提供很多应用中至关重要的基频幅值属性,且3PLL设计的难点,且传统三相锁相系统仅提供信由于结构改进提高了系统复杂性,使其实际的数字实现困难。收稿日期:2013-04-25;修回日期:2013-09-05。针对以上研究的不足,本文构造了目标函数,采国家自然科学基金资助项目(51267012);甘肃省自然科学基用梯度下降法设计了单相幅相锁相环(1MPLL),是金资助项目(2010406011);甘肃省高等学校基本科研业务费对文献[15]所提1MPLL的创新改进。本文方法基专项资金
7、资助项目(1103ZTC141)。于最近时域区间系统偏差的积分构造目标函数,通—115—2014,38(2)过梯度下降法得出目标函数的最速下降方向,获得为了建立1MPLL的结构,以最近T时域区间1MPLL的非线性状态方程;为了系统性能分析和1MPLL系统偏差的积分为依据构造目标函数,定参数设计方便,在平衡点对系统进行了线性化处理,义为:推导得到了线性化系统的特征方程,基于根轨迹理1t1t2(τ)dτ=2(τ)dτJ(t,Θ)=eω(t-τ)e论设计了系统参数。所设计的1MPLL对频率不确2T∫t-T2T∫0定性具有自适应能力,除了提供输入
