32 袁志昌等：改善动态相位跟踪和不平衡电压检测性能的改进软锁相环算法 Vol. 34 No. 1

种软锁相环(soft phase lock loop，SPLL)算法，该方法适用于电压畸变场合的快速相位检测，但软锁相环应用于STATCOM时会出现动态响应速度慢的问题，本文通过转移滤波功能和减少前向积分环节对软锁相环做了改进，使改进后软锁相环在动态相位跟踪及不平衡电压检测方面的性能有了显著改善。

动态性能。但是这2方面的要求很难同时满足，需要选取折衷的参数，而结果往往是这2方面的性能 都不够好。

超前/滞后校正环节的传递函数为

Gc(s)=Kc(1+T1s)/(1+T2s) (3)

式中：Kc为校正环节增益；T1、 T2为校正环节的时间常数。软锁相环的闭环传递函数为

2

Gc(s)/s(2ξωn 1/T2)s+ωn

G(s)==2 (4)

2

1+Gc(s)/ss+2ξωns+ωn

1 软锁相环算法

系统三相平衡电压为

uab Ucos(ωt)

(1) u= ubc = Utcos()ωθ uca Ucos(ωt+θ)

式中：U为线电压峰值；θ =2π/3；σ =4π/3。令uab

相位φ=ωt，估计相位φ′=φ φ， φ为估计相位和真实相位之差。以φ′为同步角对电压作同步旋转变换

[14-15]

式中：阻尼比ξ=(KcT1+；无阻尼自然

频率ωn=

为了滤去2倍频(100 Hz)的交流分量，选择Gc(s)

对100Hz频率分量的衰减为 20 dB，式(3)(4)的其他参数为：ξ=0.707，ωn=31.416 rad/s，Kc=22.85，

T1=0.001242，T2=0.023 15。

图2为闭环传递函数的阶跃响应曲线，响应时

间约为100ms，这不能满足高性能STATCOM的要

得

cosφ′ cos(φ′ θ) cos(φ′ σ)

′′′φφθφσsin sin() sin()

ud(t)

u(t) = q

uab

u = cos(ωt φ′) = cos( φ) (2)

sin(ωt φ′) sin( φ) bc uca 式中ud(t)、uq(t)分别为三相电压经同步旋转变换

得到的d、q轴分量。从式(2)可知，若 φ=0，即相位估计无误差，则uq(t)＝0；若 φ≠0，则uq(t)≠0且其值反映了 φ的大小。将uq(t)通过超前/滞后校正环节的输出作为角频率的误差，修正初始设定的角频率，当达到稳态时，可以保证频率和相位同时跟踪输入电压的频率和相位。由此得到如图1所示的软锁相环。

求。但若要加快响应速度，则需要牺牲滤波性能，

正负序分离效果变差，因此有必要对软锁相环进行改进。

1.4

1.21.0幅值/pu 0.80.60.40.20.00.00

0.05

0.10 0.15 0.20 0.25

t/s

图2 软锁相环的阶跃响应

Fig. 2 Step response of soft phase lock loop

2 软锁相环的改进措施

针对软锁相环在应用中的问题，本文从2个方面对其作了改进。

图1 软锁相环

Fig. 1 Diagram of soft phase lock loop

1）将其滤波功能转移到前置延时信号消除 (delayed signal cancellation，DSC)[16]环节中，以解决超前/滞后环节参数选取困难的问题。

系统三相不平衡电压为

uab(t) Upcos(ωt+α)

= Ucos(ωt+α 2π/3) + ()u(t)= utbc p

uca(t) Upcos(ωt+α+2π/3)

Uncos(ωt+β)

Uncos(ωt+β+2π/3) (5)

Uncos(ωt+β 2π/3)

当系统三相电压不平衡时，负序电压经过式(2)的dq变换后表现为2倍频的交流分量，在超前/滞后校正环节的低通滤波作用下被滤去，这样软锁相环输出的就是正序电压的频率和相位。

软锁相环中，超前/滞后校正环节选择参数时需要考虑2方面的因素：一方面要求其对高频信号尤其是100 Hz信号的衰减足够高，以滤去负序分量，实现对正序分量的准确跟踪；另一方面要求其带宽足够大，在频率、相位发生扰动时能够获得满意的