《電子技術應用》
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基于级联型二阶广义积分器的单相锁相环设计
电子技术应用
俞聪1，夏银水1，2，石守东1，2，刘秉澍2，李红全2
1.宁波大学 信息科学与工程学院；2.乐歌人体工学科技股份有限公司
摘要： 由于当前电网中不可避免地存在着各种直流偏置和高次谐波，而传统的基于二阶广义积分器结构（Second-order Generalized Integrator，SOGI）的单相锁相环（Phase-Locked Loop，PLL）存在对直流偏置敏感及对高次谐波的滤除能力不足等问题，针对该问题提出了一种级联型二阶广义积分器结构。该结构由三个SOGI模块级联构成，通过前两级SOGI模块分别滤除高次谐波和直流分量，再经过第三级SOGI模块输出一对正交分量。通过MATLAB/Simulink建模仿真及实验平台验证，结果显示文中所提出的级联型SOGI-PLL具有不错的抗直流偏置干扰能力及谐波抑制效果，对单相系统并网的实现具有良好的借鉴意义。
中圖分類號：TN76；TM46 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245427
中文引用格式： 俞聰，夏銀水，石守東，等. 基于級聯型二階廣義積分器的單相鎖相環(huán)設計[J]. 電子技術應用，2025，51(1)：113-117.
英文引用格式： Yu Cong，Xia Yinshui，Shi Shoudong，et al. Design of single-phase phase-locked loop based on cascaded second-order generalized integrator[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(1)：113-117.
Design of single-phase phase-locked loop based on cascaded second-order generalized integrator
Yu Cong1，Xia Yinshui1，2，Shi Shoudong1，2，Liu Bingshu2，Li Hongquan2
1.Faculty of Electrical Engineering and Computer Science， Ningbo University； 2.Loctek Ergonomic Technology Corp
Abstract： Due to the inevitable existence of various DC bias and higher harmonics in the current power grid, the traditional phase-locked loop (PLL) based on Second-order Generalized Integrator (SOGI) is sensitive to DC bias and has insufficient filtering ability for higher harmonics. To solve this problem, a cascaded second-order generalized integrator structure is proposed, which consists of three cascaded SOGI modules. The first two SOGI modules filter out the higher harmonic and DC components respectively, and then output a pair of orthogonal components through the third SOGI module. Through MATLAB/Simulink modeling simulation and experimental platform verification, the results show that the cascaded SOGI-PLL proposed in this paper has good anti-DC bias interference ability and harmonic suppression effect, which has a good reference significance for the realization of single-phase system.
Key words : cascaded second-order generalized integrator；phase-locked loop；DC bias；harmonic suppression；grid connected control

引言

隨著“碳達峰”和“碳中和”兩個戰(zhàn)略目標的提出，可再生能源在我國得到了前所未有的高速發(fā)展。光伏發(fā)電產業(yè)、風力發(fā)電產業(yè)也得到了大力發(fā)展，而將以太陽能、風能作為能量來源的發(fā)電裝置并入電網，這是對電網同步技術提出了更高的要求[1-5]。作為系統(tǒng)并網的關鍵技術，鎖相環(huán)技術可以實時檢測電網電壓的頻率、相位、幅值等重要信息[6-9]。但是面對日益復雜的電網環(huán)境，鎖相環(huán)應在前文所提到的功能基礎之上，有著更強的抗干擾性及更高的精度[10]。

在單相并網系統(tǒng)中，借鑒三相SRF-PLL（Synchronous Reference Frame Phase-locked Loop，SRF-PLL）原理，虛擬正交信號通常利用正交信號發(fā)生器（Quadrature Signal Generation，QSG）來生成[11-13]。作為一種較為廣泛使用的單相電網同步方法，SOGI-PLL中的SOGI模塊具有數字實現簡單的特點，同時SOGI也具有一定程度的濾波特性，在生成一對正交信號時也能將其中的諧波分量進行抑制[14]。除了有以上優(yōu)點，SOGI-PLL也是有明顯缺點的，其對電網電壓中的直流偏置電壓分量十分敏感，而且如果網側畸變嚴重，那么其鎖相精度也會受影響。為解決以上問題，國內外學者也提出了不少改進型的SOGI結構：文獻[15]中在前級SOGI中增加積分支路，以抑制直流偏移，但是由于引入參數p，使得正交信號發(fā)生器參數設計的復雜程度增大；文獻[16]中在SOGI結構上加入了低通濾波器以消除直流分量和高次諧波，但是低通濾波器的加入會造成系統(tǒng)延時。

為解決上述問題，本文提出一種級聯型SOGI結構，該結構采用三個SOGI模塊級聯的形式，且不會引入新的參數從而增加設計復雜度，易于實現。仿真結果與實驗結果均顯示該結構可有效地抑制直流分量與高次諧波，并快速實現電網信號同步。


本文詳細內容請下載：

http://www.ihrv.cn/resource/share/2000006291


作者信息：

俞聰1，夏銀水1，2，石守東1，2，劉秉澍2，李紅全2

（1.寧波大學 信息科學與工程學院，浙江 寧波 315000；

2.樂歌人體工學科技股份有限公司，浙江 寧波 315000）


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