电能质量控制中的锁相技术研究立项报告2.ppt

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,电能质量控制中的锁相技术研究立项报告,南京理工大学自动化学院指导老师：

吕广强9121106901班沈运唐焕奇崔冀鹏,Chapter,1.锁相技术的原理及在电能质量中的应用,3.仿真分析数字式锁相方法各自的特点及存在的问题,2.模拟锁相和数字式锁相的区别及特点,5.电能质量中通过dq变换的方式实现数字锁相的原理,4.传统的锁相方法与现在的锁相方法,1.锁相技术的原理及在电能质量中的应用,锁相环（PLL:

Phase-lockedloops）是一种利用反馈（Feedback）控制原理实现的频率及相位的同步技术，其作用是将电路输出的时钟与其外部的参考时钟保持同步。

当参考时钟的频率或相位发生改变时，锁相环会检测到这种变化，并且通过其内部的反馈系统来调节输出频率，直到两者重新同步，这种同步又称为“锁相”（Phase-locked）。

1.锁相技术的原理及在电能质量中的应用,供电系统的频率是电能质量的一个重要指标，正常情况下其波动范围仅为0.5Hz，这对频率的测量提出了很高的精度要求。

，这些方法往往都假设原始信号（如电网电压）为幅值恒定的理想正弦波或者只包含一定的谐波畸变，很少考虑到多种电能质量干扰因素的影响。

由于实际电力系统的电压不可能出现绝对的稳态（即频率和幅值固定变），实际电网的电压波形中则常常包含许多电能质量干扰因素如谐波、电压波动、瞬时脉冲、电压下跌和振荡等，这些干扰因素如不加处理，会给基本频率估计结果带来较大误差。

基于某改进锁相环系统的基本频率估计方法，它可在多种电能质量干扰环境下实现电力系统频率的有效估计。

从而获得更大更稳定的电能质量。

2.模拟锁相和数字式锁相的区别及特点,锁相环是一种反馈控制电路，作用是实现设备外部的输入信号与内部的振荡信号同步。

目前锁相环应用广泛，比如：

在通信中应用于调制解调自动频率微调等系统；在雷达中应用于天线自动跟踪与精密辅角偏转测量等系统；在空间技术中主要应用于测速定轨、测距与遥测数据获取等系统；在电视机中应用于电视机同步、门限扩展解调的同步检波。

传统的模拟锁相环有较短的锁定时间，可以保证参考时钟源和输出时钟的稳态相差。

但其中心频点受VCO的限制而范围较小，环路带宽较宽；当参考源出现瞬断或者参考时钟源切换时，VCO输出时钟频率会出现较大的相位瞬变。

全数字锁相环（DPLL）与传统的模拟电路实现的PLL相比，具有精度高且不受温度和电压影响，环路带宽和中心频率编程可调，并且应用在数字系统中时，不需A/D及D/A转换。

2.模拟锁相和数字式锁相的区别及特点,1、环路构成部件不同模拟锁相环的鉴相器PD、环路滤波器LF，压控振荡器VCO是模拟电路。

数字锁相环的鉴相器DPD、环路滤波器DLF，压控振荡器DCO是数字电路或可以由微处理器实现；2、瞬时相差不同模拟锁相环的瞬时相差是连续变化的模拟信号，数字锁相环的瞬时相差是离散信号或脉冲信号；3、输出相位调整模拟锁相环的输出相位调整是连续变化的，数字锁相环的输出相位调整是离散的。

3.仿真分析数字式锁相方法各自的特点及存在的问题,锁相环是一个相位反馈控制系统，在数字锁相环中，由于误差控制信号是离散的数字信号，而不是模拟电压，因而受控的输出电压的改变是离散的而不是连续的;此外，环路组成部件也全用数字电路实现，故而这种锁相环就称之为全数字锁相环（简称PLL）。

3.仿真分析数字式锁相方法各自的特点及存在的问题,数字锁相环不仅吸收了数字电路可靠性高、体积小、价格低等优点，还解决了模拟锁相环的直流零点漂移、器件饱和及易受电源和环境温度变化等缺点，此外还具有对离散样值的实时处理能力，已成为锁相技术发展的方向。

缺点是和模拟锁相环一样,一旦失去基准频率,输出频率立刻跳回振荡器本身的频率;另外还有一个缺点,就是当进行频率调整的时候，输出频率会产生抖动，频差越大，抖动会越大于密，不利于某些场合的应用。

4.传统的锁相方法与现在的锁相方法,传统结构锁相环功能模块的不足之处,相应的改进方案,主要有三个创新点,一是提出了带开关加速功能且充放电电流可调的电荷泵,二是提出了带RS触发器的差分延迟单元,三是将单一分频系数分频器转换为可编程分频器。

2023/5/14,5.通过dq变换的方式实现数字锁相的原理,基于坐标变换的三相锁相环比较新，文献8,11对原理进行了研究，图1为该三相数字锁相环的原理图，ua、ub、uc为三相电压瞬时采样值，此处用电压表示，亦可为电流。

Ts为采样周期；Tsz/（z1）为一个采样周期的延迟；Gu为开环增益；PI环节为：

t+v为锁相环输出。

静止坐标变换和同步坐标变换完成了普通PLL结构中鉴相器的功能。

输出输入电压的a（相位给定）与v（相位跟踪输出）之差，即完成反馈系统的误差计算。

相位差信号v经过PI调节器锁定到输入信号的角频率，对积分得到电角度。

通过坐标变换和PI调节，理想的稳态情况下应该有v=0。

即通过反馈控制使得v=0，从而t+v=t+a1，即锁相环最终输出的电角度为输入a相基波电角度。

2023/5/14,参考文献,1北京理工大学ASIC研究所.VHDL语言100例祥解M.北京:

清华大学出版社,2003.2边计年,薛宏熙.用VHDL设计电子线路M.北京:

清华大学出版社,2002.3董介春,李万玉.基于VHDL语言的数字锁相环的设计与实现J.青岛大学学报,2004,19

（2）;8487.4FloydM.Gardner,姚剑清译.锁相环技术M：

第3版.北京：

人民邮电出版社，2007.115陈贵灿，程军，张瑞智译.模拟CMOS集成电路设计M.西安：

西安交通大学出版社，2002.126冼进.VerilogHDL数字控制系统设计实例M.北京：

中国水利出版社，2007,THANKS,