一种基于电网同步的锁相装置的制作方法

本实用新型属于并网发电和电网同步技术领域，具体涉及一种基于电网同步的锁相装置。

背景技术：

随着环境污染和化石能源危机的不断加剧，清洁的可再生能源得到了快速的发展，其中太阳能、风能等新能源发电以及有源电力滤波器的并网控制研究更是备受国内外关注。在并网变换器的控制中，电网电压同步信号检测是并网变换器控制的关键技术之一，且同步信号检测的准确与否更是直接影响变换器的并网性能。

目前，基于dq变换锁相环在平衡的三相电网电压下可以获得较好的检测效果，但当三相电网电压不平衡时，其检测精度将大大降低；基于二阶广义积分的锁相环是提取电网电压正负序分量，利用锁相环实现电网电压同步，但当电网电压畸变较严重时，该锁相环的滤波效果将受到限制；基于参考频率的电网电压同步是将电网电压与给定参考频率的正余弦信号经过一系列的变换后得到电网电压同步信号，但由于低通滤波环节的存在，该电网同步信号存在一定的相位延迟。上述几种电网同步策略均能在一定条件下得到较好的锁相波形，但它们的共同缺陷是信号处理复杂，耗时长，响应速度慢。

技术实现要素：

本实用新型的目的为解决现有技术的上述问题，为了加快电网同步锁相的响应速度，提供了一种基于电网同步的锁相装置，本实用新型通过快速地处理电网电压幅值来实现无延时的电网同步信号跟踪，为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种基于电网同步的锁相装置,其特征在于：包括电压检测电路、信号偏置电路、数字信号处理电路和一阶RC低通滤波电路，所述电压检测电路采集 电网电压输出至信号偏置电路进行偏置处理，信号偏置电路再将处理的偏置信号送入数字信号处理电路进行运算、分析处理，然后输送至一阶RC低通滤波电路得到电网的锁相同步信号。

优选地，所述数字信号处理电路包括AD采集单元、信号去偏置单元、电压幅值处理单元、除法器和EPWM调制单元，所述AD采集单元采集信号偏置电路的电压信号输入至信号去偏置单元，所述信号去偏置单元输出的信号分别输入除法器和电压幅值处理单元，所述电压幅值处理单元处理的电压信号也输入除法器进行处理，除法器接收两路电压信号进行处理后依次通过EPWM调制单元、一阶RC低通滤波电路得到同步信号。

优选地，所述电压检测电路包括电阻RV1、电阻RV2、电压互感器BS2、运算放大器U1A、电阻R3和电容C1，所述电阻RV1的一端采集电网电压，电阻RV1的另一端通过电阻RV2与电压互感器BS2的正极输入端连接，所述电压互感器BS2的正极通过电感LC4与运算放大器U1A的负极输入端连接，所述电阻R3和电容C1并联后的一端与运算放大器U1A的负极连接，电阻R3和电容C1并联后的另一端与运算放大器U1A的输出端连接,所述运算放大器U1A的输出端与信号偏置电路连接，所述运算放大器U1A的负极输入端、电压互感器BS2的负极输出端都与地连接。

优选地，所述信号偏置电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C2、运算放大器U2A和3.3V供电电源，所述电阻R4的一端与电压检测电路连接，电阻R4的另一端与运算放大器U2A的负极输入端连接，所述电阻R5的一端与运算放大器U2A的正极输入端连接，电阻R5的另一端与地连接，所述运算放大器U2A的输出端与电阻R7的一端连接，所述电阻R7的另一端分别与电阻R8的一端、AD采集单元连接，所述电阻R8的另一端与3.3V供电电源连接。

优选地，所述一阶RC低通滤波电路包括电阻R9、电容C3和限压二极管D1，所述电阻R9的一端与SPWM脉冲调制单元连接，电阻R9的另一端分别与电容C3的一端、限压二极管D1的阴极连接，所述电容C3的另一端、限压二极管D1的阳极都与地连接。

优选地，所述数字信号处理电路中的AD采集单元、信号去偏置单元、电压幅值处理单元、除法器和EPWM调制单元都基于型号为TMS320F28335处理器芯片实现。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型将电网电压送入电压检测电路，通过信号偏置电路的偏置处理后，并运用数字信号处理器来实现对电网电压的快速跟踪，从而保证了锁相电路可以为并网控制提供及时准确的参考信号，同时加快电网同步锁相算法的响应速度和无延时的电网同步信号跟踪。在电网电压发生快速突变的情况下，可以实现快速而准确地锁相，为并网逆变器的控制提供了保障。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施实例或现有技术描述中所需要的附图做简单地介绍，显然，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实新型一种基于电网同步的锁相装置的控制原理图。

图2是本实新型一种基于电网同步的锁相装置的电压检测电路和信号偏置电路连接原理图。

图3是本实新型一种基于电网同步的锁相装置的一阶RC低通滤波电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

结合图1一种基于电网同步的锁相装置,包括电压检测电路、信号偏置电路、数字信号处理电路和一阶RC低通滤波电路，所述电压检测电路采集电网电压U(t)输出至信号偏置电路进行偏置处理，信号偏置电路再将处理的偏置信号送入数字信号处理电路进行运算、分析处理，然后输送至一阶RC低通滤波电路得到电网的锁相同步信号，所述数字信号处理电路包括AD采集单元、信号去偏置单元、电压幅值处理单元、除法器和EPWM调制单元，所述AD采集单元采集信号偏置电路的电压信号输入至信号去偏置单元，所述信号去偏置单元输出的信号分别输入除法器和电压幅值处理单元，所述电压幅值处理单元处理 的电压信号也输入除法器进行处理，除法器接收两路电压信号进行处理后依次通过EPWM调制单元、一阶RC低通滤波电路得到同步信号。所述信号去偏置单元的电压信号和电压幅值处理单元处理的电压信号都分别输入除法器进行处理，实现同步相位输出对电网电压的快速跟踪，从而保证了同步信号进行锁相跟踪，可以为并网控制提供及时准确的参考信号，除法器处理后的电压信号通过EPWM调制单元(增强型脉冲宽度调制)进行SPWM调制得到SPWM脉冲信号(正弦脉冲调制信号)，然后通过一阶RC低通滤波电路得到锁相同步信号。在本实施例中，所述数字信号处理电路中的AD采集单元、信号去偏置单元、电压幅值处理单元、除法器和EPWM调制单元都基于型号为DSP-TMS320F28335处理器芯片实现。在本实用新型中，信号去偏置单元的电压信号一部分通过电压幅值处理，信号去偏置单元另一部分电压信号除以幅值(在除法器中进行运算产生同步信号)得到电网电压同步信号，将电网电压同步信号进行EPWM调制单元进行SPWM调制输出脉冲波，再通过一阶RC低通滤波电路滤除其中的高频分量，即可以得到电网电压的工频正弦同步信号的输出。

作为本实用新型的实施例，如图2所示，所述电压检测电路由电阻RV1、电阻RV2、电压互感器BS2、运算放大器U1A、电阻R3和电容C1构成的比例运放电路，所述电阻RV1的一端采集电网电压UUin+，电阻RV1的另一端通过电阻RV2与电压互感器BS2的正极输入端连接，电压互感器的负极输入端采集电网电压UUin-，电压互感器的输出端连接比例运放电路的输入端，所述电压互感器BS2的正极通过电感LC4与运算放大器U1A的负极输入端连接，所述电阻R3和电容C1并联后的一端与运算放大器U1A的负极连接，电阻R3和电容C1并联后的另一端与运算放大器U1A的输出端连接,所述运算放大器U1A的输出端与信号偏置电路连接，所述运算放大器U1A的负极输入端、电压互感器BS2的负极输出端都与地连接。所述电压互感器BS2采用的信号为DVDI-001互感器。

作为本实用新型的实施例，如图2所示，所述信号偏置电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C2、运算放大器U2A和3.3V供电电源，所述电阻R4的一端与电压检测电路连接，电阻R4的另一端与运算放大器U2A的负极输入端连接，所述电阻R5的一端与运算放大器U2A的正极输入端连接，电阻R5的另一端与地连接，所述运算放大器U2A的输出端与电阻R7的一端连接，所述电阻R7的另一端分别与电阻R8的一端、AD采集单元连接， 所述电阻R8的另一端与3.3V供电电源连接。所述运算放大器U1A和运算放大器U2A的第四引脚都与-15V供电电源连接，运算放大器U1A和运算放大器U2A的第八引脚都与+15V供电电源连接，其都采用LF412芯片放大器。

作为本实用新型的实施例，如图3所示，所述一阶RC低通滤波电路包括电阻R9、电容C3和限压二极管D1，所述电阻R9的一端与SPWM脉冲调制单元连接，电阻R9的另一端分别与电容C3的一端、限压二极管D1的阴极连接，所述电容C3的另一端、限压二极管D1的阳极都与地连接。通过一阶RC低通滤波电路滤除其中的高频分量，同时限压二极管D1还能很好限制高频分量的幅值大小。

结合图1、图2和图3，对本实用新型一种基于电网同步的锁相装置的工作原理作进一步阐述，将电网电压信号U(t)送入电压检测电路，可以实现电压的隔离以及电网电压的降压处理；经过降压后的电压信号送入信号偏置电路，目的是将电压信号的电压进行整体的抬升，使其抬升到0-3V以内，以便于输入后级TMS320F28335处理器的AD采集单元；DSP-TMS320F28335处理器将首先对采集到的数据进行还原，然后利用信号去偏置单元和电压幅值处理单元进行两采样值积计算和三采样值积计算得到电压信号的幅值，从而实现电网电压的同步信号，最后将电网电压的同步信号送入DSP-TMS320F28335处理器的EPWM调制单元进行SPWM脉冲调制，即可以得到高频的SPWM脉冲信号，再利用一阶RC低通滤波电路滤除其中的高频分量，即可以得到电网电压的工频正弦同步信号。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本使用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在实用新型的保护范围之内。