本實(shí)用新型屬于并網(wǎng)發(fā)電和電網(wǎng)同步技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于電網(wǎng)同步的鎖相裝置。

背景技術(shù)：

隨著環(huán)境污染和化石能源危機(jī)的不斷加劇，清潔的可再生能源得到了快速的發(fā)展，其中太陽(yáng)能、風(fēng)能等新能源發(fā)電以及有源電力濾波器的并網(wǎng)控制研究更是備受國(guó)內(nèi)外關(guān)注。在并網(wǎng)變換器的控制中，電網(wǎng)電壓同步信號(hào)檢測(cè)是并網(wǎng)變換器控制的關(guān)鍵技術(shù)之一，且同步信號(hào)檢測(cè)的準(zhǔn)確與否更是直接影響變換器的并網(wǎng)性能。

目前，基于dq變換鎖相環(huán)在平衡的三相電網(wǎng)電壓下可以獲得較好的檢測(cè)效果，但當(dāng)三相電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)，其檢測(cè)精度將大大降低；基于二階廣義積分的鎖相環(huán)是提取電網(wǎng)電壓正負(fù)序分量，利用鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓同步，但當(dāng)電網(wǎng)電壓畸變較嚴(yán)重時(shí)，該鎖相環(huán)的濾波效果將受到限制；基于參考頻率的電網(wǎng)電壓同步是將電網(wǎng)電壓與給定參考頻率的正余弦信號(hào)經(jīng)過(guò)一系列的變換后得到電網(wǎng)電壓同步信號(hào)，但由于低通濾波環(huán)節(jié)的存在，該電網(wǎng)同步信號(hào)存在一定的相位延遲。上述幾種電網(wǎng)同步策略均能在一定條件下得到較好的鎖相波形，但它們的共同缺陷是信號(hào)處理復(fù)雜，耗時(shí)長(zhǎng)，響應(yīng)速度慢。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的為解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題，為了加快電網(wǎng)同步鎖相的響應(yīng)速度，提供了一種基于電網(wǎng)同步的鎖相裝置，本實(shí)用新型通過(guò)快速地處理電網(wǎng)電壓幅值來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)延時(shí)的電網(wǎng)同步信號(hào)跟蹤，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下：

一種基于電網(wǎng)同步的鎖相裝置,其特征在于：包括電壓檢測(cè)電路、信號(hào)偏置電路、數(shù)字信號(hào)處理電路和一階RC低通濾波電路，所述電壓檢測(cè)電路采集 電網(wǎng)電壓輸出至信號(hào)偏置電路進(jìn)行偏置處理，信號(hào)偏置電路再將處理的偏置信號(hào)送入數(shù)字信號(hào)處理電路進(jìn)行運(yùn)算、分析處理，然后輸送至一階RC低通濾波電路得到電網(wǎng)的鎖相同步信號(hào)。

優(yōu)選地，所述數(shù)字信號(hào)處理電路包括AD采集單元、信號(hào)去偏置單元、電壓幅值處理單元、除法器和EPWM調(diào)制單元，所述AD采集單元采集信號(hào)偏置電路的電壓信號(hào)輸入至信號(hào)去偏置單元，所述信號(hào)去偏置單元輸出的信號(hào)分別輸入除法器和電壓幅值處理單元，所述電壓幅值處理單元處理的電壓信號(hào)也輸入除法器進(jìn)行處理，除法器接收兩路電壓信號(hào)進(jìn)行處理后依次通過(guò)EPWM調(diào)制單元、一階RC低通濾波電路得到同步信號(hào)。

優(yōu)選地，所述電壓檢測(cè)電路包括電阻RV1、電阻RV2、電壓互感器BS2、運(yùn)算放大器U1A、電阻R3和電容C1，所述電阻RV1的一端采集電網(wǎng)電壓，電阻RV1的另一端通過(guò)電阻RV2與電壓互感器BS2的正極輸入端連接，所述電壓互感器BS2的正極通過(guò)電感LC4與運(yùn)算放大器U1A的負(fù)極輸入端連接，所述電阻R3和電容C1并聯(lián)后的一端與運(yùn)算放大器U1A的負(fù)極連接，電阻R3和電容C1并聯(lián)后的另一端與運(yùn)算放大器U1A的輸出端連接,所述運(yùn)算放大器U1A的輸出端與信號(hào)偏置電路連接，所述運(yùn)算放大器U1A的負(fù)極輸入端、電壓互感器BS2的負(fù)極輸出端都與地連接。

優(yōu)選地，所述信號(hào)偏置電路包括電阻R4、電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電容C2、運(yùn)算放大器U2A和3.3V供電電源，所述電阻R4的一端與電壓檢測(cè)電路連接，電阻R4的另一端與運(yùn)算放大器U2A的負(fù)極輸入端連接，所述電阻R5的一端與運(yùn)算放大器U2A的正極輸入端連接，電阻R5的另一端與地連接，所述運(yùn)算放大器U2A的輸出端與電阻R7的一端連接，所述電阻R7的另一端分別與電阻R8的一端、AD采集單元連接，所述電阻R8的另一端與3.3V供電電源連接。

優(yōu)選地，所述一階RC低通濾波電路包括電阻R9、電容C3和限壓二極管D1，所述電阻R9的一端與SPWM脈沖調(diào)制單元連接，電阻R9的另一端分別與電容C3的一端、限壓二極管D1的陰極連接，所述電容C3的另一端、限壓二極管D1的陽(yáng)極都與地連接。

優(yōu)選地，所述數(shù)字信號(hào)處理電路中的AD采集單元、信號(hào)去偏置單元、電壓幅值處理單元、除法器和EPWM調(diào)制單元都基于型號(hào)為TMS320F28335處理器芯片實(shí)現(xiàn)。

綜上所述，本實(shí)用新型具有以下有益效果：

本實(shí)用新型將電網(wǎng)電壓送入電壓檢測(cè)電路，通過(guò)信號(hào)偏置電路的偏置處理后，并運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電壓的快速跟蹤，從而保證了鎖相電路可以為并網(wǎng)控制提供及時(shí)準(zhǔn)確的參考信號(hào)，同時(shí)加快電網(wǎng)同步鎖相算法的響應(yīng)速度和無(wú)延時(shí)的電網(wǎng)同步信號(hào)跟蹤。在電網(wǎng)電壓發(fā)生快速突變的情況下，可以實(shí)現(xiàn)快速而準(zhǔn)確地鎖相，為并網(wǎng)逆變器的控制提供了保障。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施實(shí)例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要的附圖做簡(jiǎn)單地介紹，顯然，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不付出創(chuàng)造性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實(shí)新型一種基于電網(wǎng)同步的鎖相裝置的控制原理圖。

圖2是本實(shí)新型一種基于電網(wǎng)同步的鎖相裝置的電壓檢測(cè)電路和信號(hào)偏置電路連接原理圖。

圖3是本實(shí)新型一種基于電網(wǎng)同步的鎖相裝置的一階RC低通濾波電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

結(jié)合圖1一種基于電網(wǎng)同步的鎖相裝置,包括電壓檢測(cè)電路、信號(hào)偏置電路、數(shù)字信號(hào)處理電路和一階RC低通濾波電路，所述電壓檢測(cè)電路采集電網(wǎng)電壓U(t)輸出至信號(hào)偏置電路進(jìn)行偏置處理，信號(hào)偏置電路再將處理的偏置信號(hào)送入數(shù)字信號(hào)處理電路進(jìn)行運(yùn)算、分析處理，然后輸送至一階RC低通濾波電路得到電網(wǎng)的鎖相同步信號(hào)，所述數(shù)字信號(hào)處理電路包括AD采集單元、信號(hào)去偏置單元、電壓幅值處理單元、除法器和EPWM調(diào)制單元，所述AD采集單元采集信號(hào)偏置電路的電壓信號(hào)輸入至信號(hào)去偏置單元，所述信號(hào)去偏置單元輸出的信號(hào)分別輸入除法器和電壓幅值處理單元，所述電壓幅值處理單元處理 的電壓信號(hào)也輸入除法器進(jìn)行處理，除法器接收兩路電壓信號(hào)進(jìn)行處理后依次通過(guò)EPWM調(diào)制單元、一階RC低通濾波電路得到同步信號(hào)。所述信號(hào)去偏置單元的電壓信號(hào)和電壓幅值處理單元處理的電壓信號(hào)都分別輸入除法器進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)同步相位輸出對(duì)電網(wǎng)電壓的快速跟蹤，從而保證了同步信號(hào)進(jìn)行鎖相跟蹤，可以為并網(wǎng)控制提供及時(shí)準(zhǔn)確的參考信號(hào)，除法器處理后的電壓信號(hào)通過(guò)EPWM調(diào)制單元(增強(qiáng)型脈沖寬度調(diào)制)進(jìn)行SPWM調(diào)制得到SPWM脈沖信號(hào)(正弦脈沖調(diào)制信號(hào))，然后通過(guò)一階RC低通濾波電路得到鎖相同步信號(hào)。在本實(shí)施例中，所述數(shù)字信號(hào)處理電路中的AD采集單元、信號(hào)去偏置單元、電壓幅值處理單元、除法器和EPWM調(diào)制單元都基于型號(hào)為DSP-TMS320F28335處理器芯片實(shí)現(xiàn)。在本實(shí)用新型中，信號(hào)去偏置單元的電壓信號(hào)一部分通過(guò)電壓幅值處理，信號(hào)去偏置單元另一部分電壓信號(hào)除以幅值(在除法器中進(jìn)行運(yùn)算產(chǎn)生同步信號(hào))得到電網(wǎng)電壓同步信號(hào)，將電網(wǎng)電壓同步信號(hào)進(jìn)行EPWM調(diào)制單元進(jìn)行SPWM調(diào)制輸出脈沖波，再通過(guò)一階RC低通濾波電路濾除其中的高頻分量，即可以得到電網(wǎng)電壓的工頻正弦同步信號(hào)的輸出。

作為本實(shí)用新型的實(shí)施例，如圖2所示，所述電壓檢測(cè)電路由電阻RV1、電阻RV2、電壓互感器BS2、運(yùn)算放大器U1A、電阻R3和電容C1構(gòu)成的比例運(yùn)放電路，所述電阻RV1的一端采集電網(wǎng)電壓UUin+，電阻RV1的另一端通過(guò)電阻RV2與電壓互感器BS2的正極輸入端連接，電壓互感器的負(fù)極輸入端采集電網(wǎng)電壓UUin-，電壓互感器的輸出端連接比例運(yùn)放電路的輸入端，所述電壓互感器BS2的正極通過(guò)電感LC4與運(yùn)算放大器U1A的負(fù)極輸入端連接，所述電阻R3和電容C1并聯(lián)后的一端與運(yùn)算放大器U1A的負(fù)極連接，電阻R3和電容C1并聯(lián)后的另一端與運(yùn)算放大器U1A的輸出端連接,所述運(yùn)算放大器U1A的輸出端與信號(hào)偏置電路連接，所述運(yùn)算放大器U1A的負(fù)極輸入端、電壓互感器BS2的負(fù)極輸出端都與地連接。所述電壓互感器BS2采用的信號(hào)為DVDI-001互感器。

作為本實(shí)用新型的實(shí)施例，如圖2所示，所述信號(hào)偏置電路包括電阻R4、電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電容C2、運(yùn)算放大器U2A和3.3V供電電源，所述電阻R4的一端與電壓檢測(cè)電路連接，電阻R4的另一端與運(yùn)算放大器U2A的負(fù)極輸入端連接，所述電阻R5的一端與運(yùn)算放大器U2A的正極輸入端連接，電阻R5的另一端與地連接，所述運(yùn)算放大器U2A的輸出端與電阻R7的一端連接，所述電阻R7的另一端分別與電阻R8的一端、AD采集單元連接， 所述電阻R8的另一端與3.3V供電電源連接。所述運(yùn)算放大器U1A和運(yùn)算放大器U2A的第四引腳都與-15V供電電源連接，運(yùn)算放大器U1A和運(yùn)算放大器U2A的第八引腳都與+15V供電電源連接，其都采用LF412芯片放大器。

作為本實(shí)用新型的實(shí)施例，如圖3所示，所述一階RC低通濾波電路包括電阻R9、電容C3和限壓二極管D1，所述電阻R9的一端與SPWM脈沖調(diào)制單元連接，電阻R9的另一端分別與電容C3的一端、限壓二極管D1的陰極連接，所述電容C3的另一端、限壓二極管D1的陽(yáng)極都與地連接。通過(guò)一階RC低通濾波電路濾除其中的高頻分量，同時(shí)限壓二極管D1還能很好限制高頻分量的幅值大小。

結(jié)合圖1、圖2和圖3，對(duì)本實(shí)用新型一種基于電網(wǎng)同步的鎖相裝置的工作原理作進(jìn)一步闡述，將電網(wǎng)電壓信號(hào)U(t)送入電壓檢測(cè)電路，可以實(shí)現(xiàn)電壓的隔離以及電網(wǎng)電壓的降壓處理；經(jīng)過(guò)降壓后的電壓信號(hào)送入信號(hào)偏置電路，目的是將電壓信號(hào)的電壓進(jìn)行整體的抬升，使其抬升到0-3V以內(nèi)，以便于輸入后級(jí)TMS320F28335處理器的AD采集單元；DSP-TMS320F28335處理器將首先對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行還原，然后利用信號(hào)去偏置單元和電壓幅值處理單元進(jìn)行兩采樣值積計(jì)算和三采樣值積計(jì)算得到電壓信號(hào)的幅值，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓的同步信號(hào)，最后將電網(wǎng)電壓的同步信號(hào)送入DSP-TMS320F28335處理器的EPWM調(diào)制單元進(jìn)行SPWM脈沖調(diào)制，即可以得到高頻的SPWM脈沖信號(hào)，再利用一階RC低通濾波電路濾除其中的高頻分量，即可以得到電網(wǎng)電壓的工頻正弦同步信號(hào)。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本使用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。