基于Z域软件锁相环建模及参数设计.pdf

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1、船电技术

2、应用研究Vol.30No.92010.9基于Z域软件锁相环建模及参数设计吕飞秦福星张松涛（海军蚌埠士官学校机电系，安徽蚌埠233012）摘要：准确的相位信息对大部分现代电能变换装置的稳定运行至关重要。软件锁相环(SPLL)具有设计自由、适应性强等优点可快速准确获得电网电压的相位和频率信息。本文通过分析SPLL原理，获得Z域SPLL线性化模型，进而分析了SPLL线性化模型的稳定性和误差，并在Z域下设计SPLL控制器参数，最后，针对两种电网电压相位跳变情形进行仿真验证。仿真结果表明该设计方法的正确性。关键词：Z域软件锁相环坐标变换中图分类号:TM

3、46文献标识码:A文章编号：1003-4862(2010)09-0038-04ParameterDesignofSoftwarePhase-LockedLoopBasedonZ-domainLuFei,QinFuxing,ZhangSongtao(ElectromechanicalDepartment,NavalPettyOfficerAcademy,Bengbu233012,Anhui,China)Abstract:Accuratephaseinformationiscrucialformostofthemodernpower-electronics

4、apparatus.Thesoftwarephase-lockloop(SPLL)hasmanyadvantages,suchasfreedomofdesign,highadaptabilityandsoon.Itcanacquirephaseandfrequencyinformationofthegridvoltagespeedily.Inthispaper,theoperationalprincipleofSPLLisanalyzed,theZ-domainlinearizationmodelofSPLLisobtained,andtheSPLLc

5、ontrollerisalsodesignedbasedonZ-domain.SimulationresultsindicatevalidityoftheSPLLparameterdesignedmethod.Keywords:Z-domain,softwarephase-lockloop(SPLL),frametransform[2]实现d、q坐标与电网同步，完成锁相。如图31SPLL的原理所示。经典锁相环的原理框图如图1所示，近年数∧字信号处理器（DSP）的快速发展使得锁相环的θ(k)e(k)∆θ(k)θ()k功能可以通过软件实现即软件锁相环（SP

6、LL），结合实际应用软件锁相环结构框图如图2所示[1]图1经典锁相环原理框图。其基本原理：三相电网电压ua(t)、ub(t)、uc(t)，经采样保持得ua(k)、ub(k)、uc(k)，变换到两相2SPLL的模型旋转坐标系α、β得uα、uβ，考虑到电网不对称将设电网电压经采样为：**uα、uβ分离出正序分量（DSC）并标幺得uαp、uβp，⎧uu=+cos(()θkθ)再变换到两相静止坐标系d、q得udp、uqp。再am11⎪⎨uu=+cos(()θkθ)(1)由控制器调节使得uqp=0，则有θˆ(k)=θ(k)，从而bm22⎪⎩uucm=+33cos

7、(()θkθ)收稿日期：2010-05-25①若三相电压对称，则um1==um3，θ1、θ2、作者简介：吕飞（1982-），男，硕士，研究方向：θ3依次相差2π/3；若设θ1=0，则θ2=-2π/3，θ3=2π/3。电力电子与电力传动。38Vol.30No.92010.9船电技术

8、应用研究*uuu*u+ωααp1αpαβpqp+ABCuDSCuβpu*uωαββuαβpβpdqpdpukukukuuTsabcαnβn()()()∆θut()ω*θ^()k2π+cSH&utb()Ts++0+ut()a图2SPLL原理结构框图β⎡⎤⎡⎤∧−ukdp()co

9、s(θθ()kk())bq⎢⎥=⎢⎥(6)∧uk*()⎢⎥⎣⎦ukqp()⎣⎦sin(()())θθkk−αβpuk()()dqpukdpukθ()k由式（6）得：当qp()=0时，θθˆ()kk=()；即∧θ()kαaSPLL输出与电网同步实现锁相。c②若三相电压不对称（幅值不相等），同时考虑变压器的作用(ua+ub+uc=0)，则有：∧⎡22ππ⎤图3电网电压正序相位θ与锁相环输出相位θ关系u⎢ukukmm23cos(()θθ−−)cos(()+)⎥βp⎣33⎦=由abc-αβ变换：uαp3cukm1os()θ⎡⎤u3⎡⎤u2⎡⎤11−−212a=

10、+tan(())θλk（7)⎢⎥αp=⎢⎥⎢⎥u(2)6u303232⎢⎥b⎣⎦βp⎣⎦−进而