基于改进自适应陷波滤波器的锁相方法

作者:吴晓波;赵仁德;胡超然;马帅 刊名:电力系统自动化 上传者:陆佳牧

【摘要】风力发电等分布式发电系统并网时,需要实时检测电网电压的基波频率和瞬时相位,电网电压采样信号中含有的直流偏移不利于实现准确锁相。在理论分析直流偏移对自适应陷波滤波器影响的基础上,通过增加一个积分环节,使自适应陷波滤波器能够处理直流偏移。将改进后的自适应陷波滤波器应用到锁相中,在电网电压含有直流偏移以及谐波的情况下,实现了单相电压信号基波频率、幅值和相位的准确提取。实验结果验证了基于改进自适应陷波滤波器的锁相方法实现锁相的有效性。

全文阅读

0引新能源并网发电、无功补偿及谐波抑制等应用,要实时获得电网电压的基波频率和瞬时相位信息。现实电网电压在采样过程中,由于正弦输入信号的抬升、采样电路的温漂和AD偏移误差等因素的影响,电压采样信号中往往含有直流偏移,这将影响到锁相的准确性。传统的锁相技术及方法很多,如基于反派克变换的单相数字锁相环(digitalphaselockedloop,DPLL)[1-3]、改进型数字锁相环(enhanceddigitalphaselockedloop,EDPLL)[4-5]等,这些方法在电网电压采样信号含直流偏移时均不能实现准确的锁相。文献[6-12]中采用自适应陷波滤波器(adaptivenotchfilter,ANF)进行锁相,其算法简单,运算速度快、精度高,但当电压采样信号含有直流偏移时锁相误差增大。为了消除直流偏移的影响,文献[13-17]中采用扩展卡尔曼滤波器(extendedKalmanfilter,EKF)进行锁相,但该方案要额外的测频反馈环节,追踪参数突变的能力较弱。文献[18]采用强跟踪滤波器(strongtrackingfilter,STF)进行锁相,将电压的基波频率和直流偏移添加到状态变量中进行观测,消除了直流偏移的影响,且具有快速跟踪参数突变的能力,但算法复杂,运算量大,不利于实时实现。本文分析了直流偏移对ANF提取的频率、输入正弦信号及其正交分量的影响,在ANF算法的基础上增加了个积分环节,使改进后的ANF能够处理直流偏移,理论分析了其消除直流偏移的原理。将改进后的ANF应用到锁相中,并搭建样机进行了实验研究,实验结果表明:改进后的ANF能够在输入信号含有直流偏移的情况下,保持对输入信号的准确处理能力,基于改进ANF的锁相方法能够在直流偏移和谐波下实现准确锁相。1ANF处理含直流偏移正弦信号存在的问题ANF算法的数学描述为:x+^2x=2^e(t)e(t)=u(t)-x^=-x^e(t)烅烄烆(1)式中:u(t)为输入正弦信号;^为频率的估计值;x为输入正弦信号的估计值;和分别为决定系统实时追踪精度与速度的参数[19]。当输入值u(t)=A1sin(1t+1)为单频率的正弦信号时,此微分方程组有唯的解为:xx^烄烆烌烎=-A11cos(1t+1)A1sin(1t+1)1烄烆烌烎(2)由式(2)可知,-^x为其正交分量估计值;ANF可提取出正弦信号的频率1,并可通过x和x得到正弦信号的幅值A^1=x2+(-^x)槡2和瞬时相位^1=tan-1x/(-^x()),从而实现其锁相功能。当输入信号含有直流偏移A0时,即u(t)=A0+A1sin(1t+1)时,不考虑各变量初始值的影响,且^作为常量,对式(1)中的前2个式子取拉普拉斯变换,得到:s2X(s)+^2X(s)=2^E(s)E(s)=A0s+A1k11s2+21+k2ss2+21()-sX(s)烅烄烆(3)式中:k1=cos1,k2=sin1,均为常数。对式(3)求解得:x(t)=2A0^-A11cos(1t+1)+KA11sin(1t+1+)+o(^,t)x(t)=A1sin(1t+1)+KA1cos(1t+1+)+o(^,t)烅烄烆(4)式中:o(^,t)和o(^,t)均为指数衰减项的合成项。其中cos=2^1(^2-21)2+42^2槡21sin=^2-21(^2-21)2+42^2槡21K=^2-21(^2-21)2+42^2槡21烅烄烆(5)通过式(4)可以判断x=-21x-2A0/(^)成立,再结合式(1)得到:^=-2(^2-21)x2+2A021^x[](6)通过

参考文献

引证文献

问答

我要提问