1、基于 dq 旋转坐标变换和 旋转坐标变换的锁相环比较【摘要】基于 PLL 技术在光伏并网发电中的广泛应用，本文简要叙述了锁相环的基本原理，然后具体介绍了基于 dq 旋转坐标变换的方法和基于 旋转坐标变换的方法的锁相技术的特点。最后通过 Matlab 软件进行两种PLL 技术的仿真比较验证了基于 旋转坐标变换的锁相环不仅响应时间快且频率超调量小。 【关键词】PLL 技术;dq 旋转坐标变换; 旋转坐标变换 引言 锁相技术作为光伏并网逆变器的一项重要技术，受到了人们广泛的关注，如何准确快速地锁住电网相位，不仅对于能量充分利用有重大意义，同时对于并网逆变器本身的稳定性也具有相当的意义1。实现锁相的方
2、法有过零点电压检测法，基于 dq 旋转坐标变换2的方法和基于 旋转坐标变换的方法来实现锁相等。过零点电压检测法3虽然简单易实现，但对于电网电压畸变敏感，容易失效，而后两种锁相精度高，动态效果好，能满足实际要求。 为此本文分别说明了两种锁相技术的原理，并且通过对两种PLL 的 PI 控制器参数的设置来比较响应速度和频率超调量指标来分析这两种技术的优缺点。 1.锁相环的工作原理 1.1 锁相环的基本原理 锁相环在电力系统中的基本任务是通过快速且准确地检测出电网信号并且跟踪电网信号的频率和相位。锁相环由三个基本的部件组成：鉴相器（PD） 、环路滤波器（LPF）和压控振荡器（VCO ） 。鉴相器它把输
3、入信号Si（t）和压控振荡器的输出信号 So（t ）的相位进行比较，产生对应于两个信号相位差的误差电压 Se（t） 。环路滤波器的作用是滤除误差电压 Se（t）中的高频成分和噪声，以保证环路所要求的性能，增加系统的稳定性。 压控振荡器受控制电压 Sd（t）的控制，改变系统内部的相位和频率，使之于电网电压一致. 1.2 基于 dq 坐标变换的锁相环分析 1.基于 dq 坐标变换的锁相环的机构框图 基本结构如图 1 所示，将三相电网电压向量ua， ub，uc 经 Clark 变换使静止的三相坐标系变换成两相正交的静止向量： 式中：UP 为电压的幅值，1 为电网输入相位角。 对电压信号进行 Clar
4、k 变换得： 经过同步旋转坐标的 Park 变换得： 由式可知，基于 dq 坐标变换的锁相环将 Uq 作为控制对象，在相位锁定时为 Uq=0，通过闭环控制使与 1 同步变换来完成锁相. 1.3 基于 坐标变换的锁相环分析 2.基于 坐标变换的锁相环的机构框图 基本结构如图 2 所示，将三相电网电压向量usa，usb，usc 经 Clark 变换使静止的三相坐标系变换成两相正交的静止向量 从而得到电压矢量的位置角： 当 很小时，由三角函数的公式得： 基于 坐标变换的锁相环是通过的闭环控制是通过PI 控制器来控制 为零，其中的电压的实际相位角，这样就能完成锁相。 2.两种锁相环性能的比较 2.1
5、控制环的线性化模型及 PI 参数的整定 根据图 3 中 PLL 线性小信号模型来分析。为简单起见，设=1 ，所以 PLL 的闭环传递函数为： 和分别是比例增益和积分增益。 由二阶传递函数（9）得：该锁相环具有低通滤波特性可以保证稳定性，只需讨论良好的瞬态响应，噪声抑制和较小的超调量和稳定时间。 2.2 性能的比较 通过对两种 PLL 的 PI 控制器参数适当地选择使其有不同的响应时间，分为快，中，慢三种。不同的 PLL 估计的相位角和频率的超调量是可以测量的。快，中，慢的响应时间分别是指在稳定时间等于 2T，4T，6T（T= 20 毫秒） ，调节的响应时间是基于 50%的对称电压骤降来研究的。
6、 dq PLL P Ti PLL P Ti 6T 36.8 0.0066 6T 16.4 0.0333 4T 73.6 0.0030 4T 34.1 0.0138 2T 200.0 0.0004 2T 102.2 0.0015 表 4.PLL 的 PI 控制器参数 通过在 Matlab 中模拟上述的 PLL 操作的动态，模拟结果显示了：当 50%的平衡电压骤降时，设置的响应时间不同的两种 PLL 是如何影响频率的超调量的。显然，响应时间快的锁相环会引起更高的频率超调量。和 dqPLL 相比，PLL 的频率超调量总是低。 稳定时间（ms） 3.结束语 PLL 作为光伏逆变器的重要组成部分，对于光
7、伏并网发电技术有重要的意义。通过对比两种 PLL 的可以得到，采用基于 坐标变换的锁相环技术可以缩短响应时间的同时也满足超调量的要求，可以把这项技术应用到实际的工程实践中。 参考文献 1张蕾，赵玺.光伏逆变器三相锁相环技术与仿真J.科学技术与工程，2010，10（28）：7011-7013. 2 姜英，陈明莉，刘宁等.基于 d-q 坐标变换的三相锁相环研究J. 电子世界，2013， （7）：61-62. 3 王庆华，方赦，夏兴国等.电网电压过零检测及倍频电路的研究与实现J.江苏技术师范学院学报，2011，17（6）：47-51.DOI ：10.3969/j.issn.1674-8522.2011.06.010.
