单相锁相环总结

锁相环：跟踪、锁定交流信号的相位，还可提供有关信号的频率和幅值信息。 锁相环可以实时调整、自动控制，以保证相位的同步。软件锁相环相比于硬件锁相具有设计方便、修改灵活的优点，不需要复杂的硬件电路即可实现相关功能。

单相软件锁相环（SPLL）有两种设计思路。一是基于单相变量的设计思路，而是基于两相正交变量的设计思路。 一、基于单相变量的设计思路

1、基于虚拟平均无功鉴相的单相锁相环

?假设输入电压基波分量ei?Vcos?，令鉴相器输出的电压相位为?，那么定义一虚拟

电流i?sin?，并定义两者的乘积为虚拟无功电流，取出其中的2次谐波后，即为虚拟无功功率平均值p。通过闭环控制使p=0，从而实现相位锁定。

结构简单，但是采用了低通滤波器，因此会有较大系统延迟；若输入信号中有谐波存在，则会在鉴相输出信号中引入响应谐波信号，使得低通滤波器难以设计实现要求。

2、基于输入信号重构的单相锁相环

采用自适应滤波理论来重构其输入信号的基频分量，相位角不需要经任何延迟，从鉴相器输出端直接得到。

具有较大好的动态快速性，但是对电网电压谐波较为敏感。

二、基于两相正交变量的单相锁相环

1、基于延迟法虚拟两相的单相锁相环

采用90°延迟模块产生与输入电网电压信号V?相差90°的电压信号V?，由此构成??静止正交坐标系。

延迟90°来获得正交电压信号，降低了系统的响应速度，对电压谐波也较为敏感，最重要的是，无法准确实现延迟90°。

2、基于微分法虚拟两相的单相锁相环

设电压U在??坐标系中的投影分别为V??Ucos(?t??)和V??Usin(?t??)，因此V?可由V?通过求导变换得到，由此得到了一组正交的电压量。这相较于传统的通过延迟环节得到电压正交量，该方法保证了两组数据的同时性，保证了实时性，提高了算法的精度。

然后将V?和V?通过dq变换转化为以?为角速度的旋转坐标系下的量Vd和Vq，变换

?所使用的角度为锁相环的输出?。以d轴方向为电压U参考方向，则Vq的值反映了锁相环输出电压相位与实际电压相位的差值大小。图中?ff为电网电压角频率，通过PI的调节，可以使Vq趋于零，实现锁相的效果。

求导环节V?V???dqVdVq?ff??PI??V?0sin/cos*q?11S?

此法一般适用于理想电网电压条件，如电压为非理想电压，则会存在问题。例如，当电网电压存在阶跃是，无法构成虚拟两相；当电网电压存在谐波时，也会在输出的鉴相信号中引入相应谐波干扰信号。

3、基于Park反变换虚拟两相的单相锁相环

将电网电压信号V?和内部变换产生的信号V?作为Park变换的输入信号，为了提高系统的稳定性，将Park变换后的Vd和Vq分别进行滤波，再将滤波后的Vd'和Vq'进行Park反变换后以获得V?，而Vd'作为锁相环鉴相器（PD）的输出信号。考虑到系统的快速响应性，其中一阶滤波器的截止频率设置为电网频率的两倍。

该方案锁相环动态响应速度较快，但对电网谐波电压还是比较敏感的。

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