一种基于FPGA的单相锁相环制造技术

一种基于FPGA的单相锁相环，采集输电系统中网侧一相电压，令为v

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的单相锁相环
本专利技术涉及一种基于FPGA的单相锁相环，属于电力电子

技术介绍
随着电力电子技术的深入发展，各种电力电子装置如PWM整流器、静止无功发生器、不间断电源、新能源发电并网装置等的应用更加广泛。这些装置的性能很大程度上依赖于锁相环的工作性能。单相锁相环的实现方案众多，有过零锁相和瞬时调节锁相等。过零锁相方法简单，通过捕获输入信号的过零点来检测输入信号相位，因其调节速度较慢，当输入信号干扰较大，存在多个过零点时可能会导致锁相失败。瞬时调节锁相实施的方案复杂，消耗过多处理器资源。
技术实现思路
本专利技术的目的是，为了解决现有单相锁相环存在的问题，同时考虑到电网中谐波的问题，本专利技术提出一种基于FPGA的单相锁相环。实现本专利技术的技术方案是，一种基于FPGA的单相锁相环，锁相步骤如下：(1)将采集到的单相电压信号vi(t)与控制系统内部同步信号vo(t)相乘进行比较，并输出一个对应于两信号相位差的误差电压信号vd(t)；(2)根据求到的误差电压信号，对误差电压信号进行滤波，滤除乘法鉴相器中的二次谐波分量和噪声；(3)将处理过得到的误差电压信号经过PI调节得到ve(t)，将ve(t)经过一个递推求平均滤波后求出Δe(t)，再用此Δe(t)算出实时频率f，从而实现相位角的锁定和得出实时相位信号sinθ；(4)用Δe(t)算出实时频率f，从而实现相位角的锁定和得出实时相位信号sinθ。所述步骤(1)中的采集电压与控制系统内部同步信号相乘的表达式如下：其中：Vi为输入信号的振幅；ωi为输入信号角频率；θi(t)为输入信号以其ωi为参考的瞬时相位角；Vo为控制系统内部同步信号的振幅；ωo为控制系统内部同步信号角频率；为压控振荡器的固有频差；K为乘法器的比例系数。所述对误差电压信号进行滤波，采用递推求平均方法来滤除二次谐波，得到vdo(t)＝Vdsin[θ1(t)]；其中，所述实现相位角的锁定和得出实时相位信号sinθ的步骤如下：根据求得的Δe(t)，求出实时系统电压频率；将求得的频率转换成周期，此周期值即认为是控制系统内部同步信号周期值，再把此周期值进行2n等分，每等分的时刻都对控制系统同步信号进行一次输出，即为实时的相位信息sinθ；f＝Fclk/{2n*[Dpd+Δe(t)]}；式中Fclk为FPGA系统的输入时钟频率，Dpd为系统常量。所述单相锁相环包括采样模块、乘法鉴相器模块、电压差信号滤波模块、PI调节模块、误差信号滤波模块和计算模块；采样模块采集单相电压信号vi(t)，与控制系统内部同步信号vo(t)相乘，在乘法鉴相器模块进行比较后，输出误差电压信号vd(t)；经电压差信号滤波模块对误差电压信号进行滤波；经滤波处理后的误差电压信号vdo(t)经过PI调节模块得到ve(t)；将ve(t)经过误差信号滤波模块滤波后求出Δe(t)；再用此Δe(t)通过计算模块算出实时频率f，从而实现相位角的锁定和得出实时相位信号sinθ。本专利技术的有益效果是，本专利技术利用模拟硬件锁相环原理设计基于FPGA的单相锁相环，实现程序简单，稳定性高，在有谐波干扰的工况下也可稳定有效的运行。附图说明图1是本专利技术实施例锁相环的模块框图；图2是本专利技术实施例滤波的可视化编程逻辑框图；图3是本专利技术实施例PI调节的可视化编程逻辑框图；图4是本专利技术实施例求出实时相位信息的可视化逻辑框图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。如图1所示，为本实施例一种基于FPGA的单相锁相环模块框图。本实施例中实现本专利技术方法的主要流程依次为：采集系统网测任一相电压、进行信号比较、电压差信号滤波、PI调节、误差信号滤波、计算实时频率和求得实时相位信息；具体步骤如下：步骤1、采集系统网测任一相电压：设定程序执行计数器，每计数到Dpd+Δe(t)，就进行一次采样。步骤2、信号比较：(t)＝Kvi(t)vo(t)＝KVicos[ωot+θ1(t)]Vosin(ωot)＝KViVosin[2ωot+θ1(t)]+KViVosin[θ1(t)]步骤3、电压差信号滤波：如图2所示，将vd(t)通过递推求平均方法进行滤波处理，滤除二次谐波，得到信号vdo(t)。步骤4、PI调节：如图3所示，利用比例放大器和积分环节对vdo(t)信号进行比例积分调节，得到误差信号ve(t)。步骤5、误差信号滤波逻辑与图2框图一样，将信号ve(t)进行滤波处理，得到Δe(t)。步骤6、求实时频率：根据滤波后得到的Δe(t)，计算出实时频率值f。步骤7、求得实时相位信息如图4所示，利用步骤6求得的频率信号，把求得的频率转换成周期，此周期值即认为是控制系统内部同步信号周期值，再把此周期值进行等分，每等分的时刻都对控制系统同步信号进行一次输出，即为实时的相位信息sinθ。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FPGA的单相锁相环，其特征在于，所述单相锁相环的锁相步骤如下：(1)将采集到的单相电压信号v

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的单相锁相环，其特征在于，所述单相锁相环的锁相步骤如下：(1)将采集到的单相电压信号vi(t)与控制系统内部同步信号vo(t)相乘进行比较，并输出一个对应于两信号相位差的误差电压信号vd(t)；(2)根据求到的误差电压信号，对误差电压信号进行滤波，滤除乘法鉴相器中的二次谐波分量和噪声；(3)将处理过得到的误差电压信号经过PI调节得到ve(t)，将ve(t)经过一个递推求平均滤波后求出Δe(t)，再用此Δe(t)算出实时频率f，从而实现相位角的锁定和得出实时相位信号sinθ；(4)用Δe(t)算出实时频率f，从而实现相位角的锁定和得出实时相位信号sinθ。2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的单相锁相环，其特征在于，所述步骤(1)中的采集电压与控制系统内部同步信号相乘的表达式如下：其中：Vi为输入信号的振幅；ωi为输...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒展，程虹，蔡霞，陈波，周宁，苏永春，邹进，余波，郭铁，杨立行，
申请(专利权)人：国网江西省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江西,36