并網(wǎng)同步跟蹤技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)

PAGE38PAGE并網(wǎng)同步跟蹤技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)摘要假如要提高鎖相環(huán)對電網(wǎng)電壓相位和信號的頻率，他的性能很大程度上取決于電網(wǎng)中把牽引變流器裝置、PWM整流器、有源電力濾波器等設(shè)備串、并聯(lián)起來?，F(xiàn)在數(shù)字鎖相環(huán)（DPLL）得出了許多類型的鑒相算法。相位識別方法可分為：周期調(diào)整鎖相環(huán)、瞬時調(diào)整鎖相環(huán)。第一個使用簡便且可實(shí)現(xiàn)，但查不出諧波。在檢測的信號中有很多超過零的點(diǎn)，在動的過程中，調(diào)節(jié)這一過程非常的慢，而且對于鑒相來說，很難完成；后面的那個適用于同步信號的上下動蕩的形狀和鎖相環(huán)所輸出的那種波動的形狀同時為正弦的條件下，對于優(yōu)勢方面來說，動作的形態(tài)調(diào)節(jié)和瞬間的鑒相調(diào)節(jié)快，與此同時，缺點(diǎn)也是有的。計算電網(wǎng)的上下波動的數(shù)值和相位時我們最常應(yīng)用的是離散傅里葉變換（dft）。仿真的結(jié)果會有誤差，在dft采樣窗口的周期和電壓周期的情況下。因此，為了實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的同步采集，我們可以用動態(tài)調(diào)節(jié)dft的采樣頻率對相位的閉環(huán)控制進(jìn)行調(diào)節(jié)。這個鎖相環(huán)的方法可以完成鎖相環(huán)的周期調(diào)節(jié)，當(dāng)正過零鑒相在同步信號中，因?yàn)楹兄C波而導(dǎo)致多個過零點(diǎn)從而產(chǎn)生鎖相失敗的狀況。最后，通過分析仿真和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，說明這種方法對這種情況是很有用的。關(guān)鍵詞：鎖相環(huán)，fft算法，同步采樣，相位，頻率ABSTRACTPower

electronic

devices

such

as

active

power

filters,

traction

converters

and

PWM

rectifiers

are

connected

in

series

or

in

parallel

in

the

power

grid.

Their

performance

largely

depends

on

the

phase-locked

loop's

ability

to

track

the

frequency

and

phase

of

voltage

synchronization

signals

in

the

power

grid.

At

present,

digital

phase-locked

loop

(DPLL)

has

come

up

with

many

kinds

of

phase

detection

algorithms,

which

can

be

divided

into

periodic

phase-locked

loop

and

instantaneous

phase-locked

loop.

The

former

is

simple

to

operate

and

easy

to

realize,

but

it

can't

identify

harmonics.

When

there

are

too

many

zero

crossing

points

in

the

synchronous

signal,

the

function

of

phase

discrimination

will

be

difficult

to

realize,

and

the

process

of

dynamic

adjustment

will

be

slow.

The

latter

is

suitable

for

the

condition

that

the

waveform

of

synchronous

signal

and

the

output

signal

of

phase-locked

loop

are

sinusoidal

at

the

same

time.

The

discrete

Fourier

transform

(dft)

is

the

most

commonly

used

method

to

calculate

the

amplitude

and

phase

of

the

power

grid.

If

the

period

of

the

dft

sampling

window

is

inconsistent

with

the

period

of

the

power

grid,

the

calculated

results

will

have

phase

difference.

Therefore,

in

order

to

achieve

synchronous

acquisition

of

power

grid,

we

can

use

the

closed-loop

control

of

phase

to

dynamically

adjust

the

sampling

frequency

of

dft.

The

phase-locked

loop

method

can

complete

the

periodic

adjustment

of

the

phase-locked

loop.

When

the

positive

zero-crossing

phase

detection

is

in

the

synchronous

signal,

multiple

zero-crossing

points

are

caused

by

harmonics,

resulting

in

the

failure

of

phase

locking.

Finally,

simulation

and

experiment

show

that

this

method

can

solve

the

problem

effectively.Keywords:phase-locked

loop;fft

arithmetic;

DSP;synchronous

sampling目錄摘要 IABSTRACT II目錄 III第1章緒論 11.1課題背景及研究的意義 11.1.1課題背景 11.1.2課題研究的意義 21.2并網(wǎng)同步跟蹤技術(shù)研究現(xiàn)狀 21.3本文完成的主要工作 4第2章鎖相環(huán)的基本理論 52.1鎖相環(huán)的工作原理 52.1.1鑒相器 52.1.2低通濾波器 62.1.3壓控振蕩器 72.2鎖相環(huán)的非線性工作功能分析 72.2.1跟蹤性能 72.2.2捕獲性能 92.3本章小結(jié) 10第3章常見的并網(wǎng)跟蹤技術(shù)的算法 113.1滑動dft算法與fft算法 113.1.1滑動dft算法介紹 113.1.2滑動dft算法和fft算法的比較 123.2基于dft算法的主要誤差來源 133.2.1頻譜泄露 133.2.2柵欄效應(yīng) 143.2.3非同步采樣 153.2.4其它誤差來源 153.3快速傅里葉變換(fft)中存在的問題 163.3.1混疊產(chǎn)生的原因 163.3.2fft諧波分析頻率分辨能力 163.3.3fft電力諧波分析頻譜泄漏 173.3基于dft算法的實(shí)現(xiàn) 17第4章并網(wǎng)同步跟蹤技術(shù)的電路設(shè)計 194.1傅里葉變換（fft）鑒相原理 194.2fft算法在MATLAB中的設(shè)計 204.3基于fft鎖相的仿真分析 214.3.1基于fft鎖相的仿真模型分析 214.3.2基于fft鎖相的仿真波形分析 234.4本章小結(jié) 29結(jié)論 30參考文獻(xiàn) 31致謝 33附錄 34 緒論1.1課題背景及研究的意義1.1.1課題背景對于電力方面的應(yīng)用，在世界各個地方已經(jīng)成為了應(yīng)用最為廣泛實(shí)用性很有效果的很干凈的能源，我們國家的科技實(shí)力和經(jīng)濟(jì)實(shí)力越來越強(qiáng)，各類精密儀器的不斷涌現(xiàn)，整個社會對電能質(zhì)量的要求也越來越高。在電能的其他方面上，電壓、頻率和波形是電力中的主要部分。電能質(zhì)量這一方面的問題我們可以認(rèn)為是以上三個方面超出允許的上下波動范圍而導(dǎo)致電力系統(tǒng)的運(yùn)行出現(xiàn)問題。出現(xiàn)的大多數(shù)問題是頻率差、波形的畸變、電壓偏移、三相電壓不平衡[1]等。評價電能質(zhì)量的主要標(biāo)準(zhǔn)就是頻率和電壓，所以研究并網(wǎng)后的頻率和電壓這方面是重要的。若電這方面自己的系統(tǒng)所發(fā)出的的電不夠就會在大家一起用的電網(wǎng)處得到補(bǔ)足，當(dāng)系統(tǒng)本身產(chǎn)生電量太多的話，就會把多余的部分送入電網(wǎng)，也就是我們這些用戶的買賣電的過程。為了能夠讓我們這些居民與為我們提供服務(wù)的工作的人的安全，電網(wǎng)公司就是要并網(wǎng)發(fā)電系這個大過程具有“反孤島保護(hù)”自己就能夠運(yùn)行的過程，使得在電網(wǎng)的電掉下去之后與之相連的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)自動就停止了它本身正在運(yùn)行的過程?，F(xiàn)在人們的環(huán)境保護(hù)意識有了很大提高，不可再生能源也越來越受到重視。所以，最重要的是發(fā)展可以在利用的系統(tǒng)，這一點(diǎn)是很有必要的。但是，我們著重發(fā)展可以再生的能源首先要做到的是，發(fā)出的電能是要符合并網(wǎng)的電能質(zhì)量要求，所有需要使用電力變換器將發(fā)出的電能并入電網(wǎng)。并網(wǎng)變換器需要和要連接的電網(wǎng)同步運(yùn)行，監(jiān)測電網(wǎng)的電壓的相位和頻率是首要的,為了能夠和電網(wǎng)的電壓保持同步需要準(zhǔn)確控制變換器。針對系統(tǒng)的正常運(yùn)行，最重要的是注意電網(wǎng)電壓的相位與幅值。1.1.2課題研究的意義不可再生能源越來越少，人們的環(huán)境保護(hù)意識也越來越強(qiáng)，所以人們也越來越重視可再生能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展前景。作為可再生能源發(fā)電這個大網(wǎng)絡(luò)與電網(wǎng)的對接的那個口的并網(wǎng)逆變器是非常重要的。同步鎖相是一項(xiàng)很有用的一個守法，并網(wǎng)變換器的運(yùn)行穩(wěn)定和技術(shù)性能直接受到其制精度直接影響。自從20世紀(jì)到現(xiàn)在，我們老百姓的生活水平與這個地球上自然科學(xué)水平的大大的提高這一方面，也已經(jīng)慢慢的走向正軌，我么周圍也出現(xiàn)好多對資源的希望特別多的現(xiàn)象，不能再用的資源在不斷的破壞下未來一定就不行了，因此可再重復(fù)利用的資源代替不能在用的資源是很重要的。但是，不是有線的設(shè)備給電力系統(tǒng)無故增加了大量諧波可能是由于很新的能源的過程中包含的電力電子那方面設(shè)備所加進(jìn)來的，,給予了諧波參數(shù)的更高的要求，從而給各個方面造成了很大程度上的反映。并且平衡電能質(zhì)量的主要目的是頻率偏移[2]。系統(tǒng)頻率在很短的范圍內(nèi)大幅度移動可能都是由于負(fù)載失去了平衡、系統(tǒng)有毛病導(dǎo)致的大負(fù)荷線路跳了或系統(tǒng)上面的所接的線解環(huán)等問題不一會造成的，極端情況下還可能出現(xiàn)頻率在一個很大的范圍內(nèi)波動，所以這樣會給電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行和我們所用的電器的正常干活帶來特別不好的方面。綜上所述，為了系統(tǒng)的正常的工作和運(yùn)行，并且對于電力系統(tǒng)中諧波與頻率偏移這方面問題的解決，甚至頻率上下動蕩造成的許許多多的問題，高實(shí)時性、高精度的電力系統(tǒng)諧波參數(shù)估計是十分有必要的。在出現(xiàn)電網(wǎng)的基波頻率大幅度偏移、寬范圍波動時，以前使用的電力諧波檢測方法已經(jīng)會存在較大的誤差。因此，修改和完善傳統(tǒng)的電力諧波估計算法是很有必要的，現(xiàn)提出在頻率偏移甚至頻率波動的情況，這些都是基于傳統(tǒng)的相位差法上改進(jìn)的。對于單相連在一起的網(wǎng)絡(luò)電源，電網(wǎng)電壓經(jīng)過帶零的那個點(diǎn)檢測的那種方法是我們身邊再尋常不過所使用的鎖相這種方法。這種方法就算是很好弄且很好實(shí)現(xiàn)，但是也還是有一點(diǎn)不周到的地方，那就是對電網(wǎng)電壓變形或干擾的動作十分容易被發(fā)現(xiàn)。電網(wǎng)的電壓出現(xiàn)漏洞時，過零的那個點(diǎn)的檢查方法也會因此失去作用了。設(shè)計了一種在以同步轉(zhuǎn)圈坐標(biāo)來回?fù)Q的鎖相方法為基礎(chǔ)來解決此類問題。在電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定或變形時，這種方法可以通過一下子鎖相環(huán)的帶寬，從而讓我們可以可以從中得到讓我們開心的結(jié)果。認(rèn)真討論這種創(chuàng)新型的鎖相環(huán)的這種原理，分析最后得到的仿真的結(jié)果，表明了這種鎖相方法還是比較有效的。并網(wǎng)系統(tǒng)中所用到的的各種電力電子設(shè)備的安全、可靠運(yùn)行狀態(tài)來說呢，都一定要以電網(wǎng)電壓一齊的信號作為控制最基本的一個標(biāo)準(zhǔn)，為此呢，我們就需要對電網(wǎng)的那種相位、頻率和幅值的完成，從而實(shí)現(xiàn)又快又準(zhǔn)的跟蹤檢查。1.2并網(wǎng)同步跟蹤技術(shù)研究現(xiàn)狀在實(shí)施兩路或者多路電源并網(wǎng)時，要求電源輸出的電壓電流相位、頻率跟電流保持同步，否則將會出現(xiàn)環(huán)流等問題，最后會危害電網(wǎng)和負(fù)載?？茖W(xué)的發(fā)展是日新月異的，隨之而來是各種各樣的并網(wǎng)跟蹤設(shè)備的種類越來越豐富，實(shí)際應(yīng)用中也變得更加的方便。國外因經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、科學(xué)技術(shù)先進(jìn)等原因，他們對電能質(zhì)量的探索是比我們國家強(qiáng)的。在國際上，在這方面已經(jīng)有了顯著的成果。如美國的很多公司生產(chǎn)的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置都具有精度高、監(jiān)測指標(biāo)很多樣化、功能多樣等特點(diǎn)。我們國家的并網(wǎng)同步跟蹤技術(shù)研究的開始的晚，之前認(rèn)為相應(yīng)的電壓和頻率保持在規(guī)定的范圍內(nèi)即算電能質(zhì)量合格。對電能質(zhì)量要求也變得越來越嚴(yán)格這是科技，經(jīng)濟(jì)水平飛速發(fā)展的原因。目前，并網(wǎng)問題已成為電力領(lǐng)域的一個前沿課題，高等學(xué)府和相關(guān)部門對此項(xiàng)目進(jìn)行了大量研究，大量的科技人員投入到這片領(lǐng)域進(jìn)行探索，并且也取得了豐碩的科技成果，逐漸縮小了中外之間的技術(shù)差異，提高了運(yùn)算的精確度，我國對并網(wǎng)跟蹤技術(shù)方面加大了投資力度[3]。我國現(xiàn)在主要有光伏并網(wǎng)，風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)，分布式電源并網(wǎng)等?，F(xiàn)在由于通信線路對減少花費(fèi)、低功耗、提高高數(shù)據(jù)的輸出率的需求，集成電路繼續(xù)向高集成、低功耗發(fā)展。在低功耗、高工作頻率和低壓鎖相環(huán)的設(shè)計中，主要的問題是規(guī)劃出恰到好處的電壓控制振蕩器和高頻分頻器。對于這項(xiàng)研究，設(shè)計師繼續(xù)提出不同的技術(shù)。例如，電壓控制振蕩器和分頻器從一開始的串聯(lián)變?yōu)槎询B結(jié)構(gòu)和dh-pll結(jié)構(gòu)等。完善鎖相的性能是所以設(shè)計者的最終愿望?，F(xiàn)在有一個工作頻率為50千兆赫的相鎖環(huán)。同時，它在通信和航天領(lǐng)域也發(fā)揮著越來越重要的作用。自從剛有鎖相環(huán)產(chǎn)品到現(xiàn)在，鎖相環(huán)的種類越來越多，鎖相技術(shù)也越來越好。到現(xiàn)在為止，鎖相環(huán)的種類已經(jīng)是五花八門，也已經(jīng)被整合到了一起，這里不包含一些有著特殊用途的鎖相環(huán)。目前，在各個領(lǐng)域中，例如計算機(jī)、通信雷達(dá)、紅外激光等，鎖相技術(shù)已成為一門理論科學(xué)。當(dāng)我們把我們國家的鎖相環(huán)技術(shù)與國外相比時，會發(fā)現(xiàn)我們的集成電路設(shè)計水平基礎(chǔ)比較差，做出的仿真設(shè)計結(jié)果不準(zhǔn)確。但是目前先進(jìn)的PLL技術(shù)已經(jīng)被別的的國家壟斷。現(xiàn)在我們所知的鎖相環(huán)理論比較成熟，可是在涉及實(shí)際應(yīng)用的時候，還需要進(jìn)行反復(fù)多次的實(shí)驗(yàn)和測試。在這其中就包括信號和系統(tǒng)中各個半導(dǎo)體過程和測試但它的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)涉及到信號和系統(tǒng)、集成電子、布局、半導(dǎo)體過程和測試。1.3本文完成的主要工作本文結(jié)合我國電力網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀以及對現(xiàn)有并網(wǎng)同步跟蹤裝置的研究，設(shè)計了用fft算法的鎖相環(huán)，來監(jiān)測電網(wǎng)的電壓頻率。本文完成的工作主要如下：論述了并網(wǎng)同步跟蹤技術(shù)的研究背景與研究意義，由此引出了對國內(nèi)外并網(wǎng)鎖相環(huán)跟蹤技術(shù)的研究現(xiàn)狀；（2）給出了鎖相環(huán)的根本原理，說明了鎖相環(huán)的數(shù)學(xué)建模和基本組成、信號流程任務(wù)；（3）常見的并網(wǎng)鎖相環(huán)跟蹤技術(shù)的算法，傅里葉變換的基本鑒相原理，在頻率為50Hz的情況下，從頻率在50Hz跳到50.5Hz時外同步信號和內(nèi)同步信號的相位和相位差；當(dāng)電壓存在諧波時，觀察仿真出的內(nèi)同步信號和外同步信號的相位和相位差[4]。（4）對傅里葉變換（fft）算法進(jìn)行了分析研究，并且用matlab進(jìn)程仿真，用simulink進(jìn)行模型搭建，并進(jìn)行擾動分析。

第2章鎖相環(huán)的基本理論2.1鎖相環(huán)的工作原理圖中是鎖相環(huán)主要由三個部分組成部分。在這一章節(jié)中我們將這三塊兒進(jìn)行一個個的介紹。圖2.1鎖相環(huán)原理圖2.1.1鑒相器鎖相環(huán)中的鑒相器（PD）一般來說是由模擬乘法器組成，利用PD組成的鑒相器電路如下面這個圖示：圖2-2?模擬鑒相器電路對于鑒相器的工作原理是：設(shè)從外面輸進(jìn)來的信號電壓和壓控振蕩器往外送的信號電壓分別為：（2-1）（2-2）式中的就是壓控來回波動的那個機(jī)器在往里面輸入進(jìn)去的控制電壓為零或?yàn)橹苯恿魅氲碾妷簳r的來回波動的那種角頻率，稱為電路的本身就具有的振蕩角頻率。則假設(shè)的那種乘法器的往出出來的電壓為：(2-3)鑒相器的往出傳出來的特別的性質(zhì)為:頻率牽引和相位鎖定是相位探測器有兩個主要功能。鎖相環(huán)跟蹤系統(tǒng)中使用到的還有擴(kuò)大器、分頻器、混合頻器等部分，但這并不會對些附加模塊不會對鎖相環(huán)工作原理產(chǎn)生影響，可以忽略不計[5]。鑒相器的樣式可多了，差不多是下面提出的那四樣種類：?????乘法相位檢測器.我們老是叫他模擬鎖相環(huán)，鎖相環(huán)也有這樣差不多的東西，可以讓他查出來的區(qū)間為[+90°,-90°]；異或鑒相器。更常用在數(shù)字鎖相環(huán)中，相位識別范圍與本文中的[+90°,-90°]相同，我們應(yīng)該考慮相位判別器輸入的兩個信號是對稱的還是不對稱的。例如，不對稱還必須考慮它對PLL增益和鎖相寬度的影響；jk觸發(fā)相位探查器。此相位探測器由邊緣觸發(fā)，并利用邊緣之間的間隔來識別相位。相位的差值是[+180°,-180°]；頻率檢測器.它的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)它被鎖定時，它的角頻率很容易被描述。這種角頻率的描述可以達(dá)到頻率識別的功能。相位角度區(qū)間[+360°,-360°]。2.1.2低通濾波器低通濾波器（LF）把上面的中的和頻的分量都消除了，被留下的差頻的因素可以是壓控晃蕩器的進(jìn)去的控制電壓?？聪旅娴模海?-4）上面體的為輸入信號的那一會二的晃悠的角頻率，和就是要進(jìn)去的信號和往外出的信號的那一會的信號，能知道最后的差不多的是突然只簡單地頻率相量的關(guān)聯(lián)為（2-5）即（2-6）對兩側(cè)進(jìn)行微分，可得頻差的關(guān)系式為：（2-7）2.1.3壓控振蕩器壓控振蕩器（VCO）的壓控特性如圖2.5所示：圖2-5壓控振蕩器特性該特性說明壓控振蕩器的振蕩頻率以為中心，隨輸入信號電壓線性地變化[6]，變化的關(guān)系如下：（2-8）上式說明當(dāng)隨時間而變時，壓控振蕩器（VCO）的振蕩頻率也隨時間而變，鎖相環(huán)進(jìn)入“頻率牽引”，自動跟蹤捕捉輸入信號的頻率，使鎖相環(huán)進(jìn)入鎖定的狀態(tài)，并保持的狀態(tài)不變。2.2鎖相環(huán)的非線性工作功能分析2.2.1跟蹤性能圓圈電路并不是線性跟蹤本領(lǐng)指標(biāo)有著穩(wěn)態(tài)相位誤差和同步帶和最大同步的觀察熟讀，就要開始從這里開始分析了，先給他一個進(jìn)去的信號，而且這個信號是一定的，鎖相得整個電路的波動方程能夠變成為：（2-9）圈圈電路的鎖定時突然之間的差距等于0，且鑒相器往外出的誤差、壓控波動器控制的信號均是直線，由此可知道環(huán)路的穩(wěn)態(tài)的相位差距為：(2-10)上面的2.10中是圓圈電路濾波器的直流增加。想象中的兩階環(huán)的，其穩(wěn)態(tài)的位置出現(xiàn)的差別為：對于定性的電路，慢慢兒的也就多了固定的頻率了，圓圈路假如還能正常的有著抓住信號的能力，則。使上式能解決的的圈圈路固有頻差的峰值就是圈圈路的一致狀態(tài)，即：（2-11）則可得最想要的二階圈圈路的同步狀態(tài)：（2-12）上式2.12成立的要注意的是環(huán)路得動蕩器和壓控的晃蕩器都有峰值程度的的線性工作范圍，這是假的。想象的二階環(huán)的同步帶是有限的，它一直都讓壓控晃蕩器的峰值控制區(qū)間。最想要的二階環(huán)能進(jìn)行頻率增加信號，其穩(wěn)態(tài)的相位錯誤為。頻率的加大信號是斜率R，環(huán)路開始變成不是線性的檢查的情況。也就是加大了R，圓圈電路就可能失去鎖[7]。使環(huán)路的不致失鎖的尺峰值就是賊大同步看著鬧心。在往里進(jìn)的頻率加大的信號的方面下有：（2-13）把想象的二階壞的輸出的得算子代入上式2.13可得抓到的壞路的相位問題為：（2-14）分析上式得不到想要的答案，說明這個過程壞了，就想把想要的二階的最大觀察檢測速度為：（2-15）2.2.2捕獲性能正在真二八經(jīng)中，鎖相環(huán)一開始的顯現(xiàn)嘻哈不多是失鎖的問題。環(huán)路可能是由失敗鎖進(jìn)入鎖定的情況，就要開始經(jīng)歷一個檢查的過程。檢查的過程也就是頻率的捕獲兩個結(jié)果。在相位的捕獲中圓圈的路相位錯誤不會發(fā)生周期飛躍，捕獲的時間比較少，因此檢測結(jié)惡果捕獲也叫做精確捕。與相位捕獲進(jìn)行對比比，頻率捕獲的時間會變的長，它就邊長捕獲的時間的主要的部分。捕獲的過程中環(huán)的不一會兒相差會大區(qū)間內(nèi)波動，使捕獲的過程體現(xiàn)為一種不是線性表現(xiàn)。要想得到圓圈電路路抓捕的全部的結(jié)論，需要求解環(huán)路非線性動態(tài)方程，二階環(huán)路的感覺的方程是二階非線性微分方程，在數(shù)學(xué)上是無法精確求解的，只能用差不多求解的辦法求解[8]。想象中的二階環(huán)的方程為：（2-16）設(shè)圈圈路往里進(jìn)的信號頻率不變了，則（2-17）并進(jìn)行處理簡單，就會有想象中的二階環(huán)行為的方程：（2-18）由上式可得到想象的二階環(huán)的捕獲的特性，如下面表表1理想二階環(huán)的捕獲特性捕獲時間捕獲帶快捕帶快捕時間最大捕獲掃描率2現(xiàn)實(shí)中的條件下，圓圈電路的抓住區(qū)域不會檢查不到，壓控晃蕩器峰值程度的檢查。2.3本章小結(jié)對鎖相環(huán)的本來的意思，結(jié)構(gòu)開始了慢慢的解釋，闡述了鎖相環(huán)系統(tǒng)的捕獲和跟蹤性能、動態(tài)特點(diǎn)和自特性等基本特點(diǎn)。同時介紹了鎖相環(huán)的的工作原理，并且還有鎖相環(huán)的主要構(gòu)成。并且對鎖相環(huán)的跟蹤性能和捕捉性能的非線性工作功能都做出來了分析。該概念也給出了相關(guān)的解釋[9]，并指出了鎖相環(huán)之所以能被大范圍接受，是由其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)決定的。窄帶跟蹤濾波器有載波跟蹤的特點(diǎn)，能提取淹沒在噪聲中的信號，在深空測量和控制中具有大范圍的實(shí)施。第3章常見的并網(wǎng)跟蹤技術(shù)的算法3.1滑動dft算法與fft算法3.1.1滑動dft算法介紹dft算法就是阿拉伯?dāng)?shù)字信號的那種解決時很正規(guī)的的頻譜解析方法,那種來回變動的一部分中間的長度N的二次方與計算dft的計算的結(jié)果成反比例。當(dāng)N的數(shù)值變得不大時，會導(dǎo)致計量變得也很小很小，根本沒有辦法完成對問題準(zhǔn)確的解決。用快很快的傅立葉變換(fft)是最很經(jīng)典的的實(shí)現(xiàn)方法來完成它。首先呢先根據(jù)時間或頻率里面隨機(jī)抽一下的fft算法，將減少了用dft算法的計算次數(shù),然后開始采樣,將運(yùn)算的那種復(fù)雜的過程降了兩個檔次。但是要判斷運(yùn)行譜就會需要自己好好想下各個時間段的N點(diǎn),而且還有想一下dft的所有頻率的譜、里面的其中某個中間的那個頻率周圍的部分上下波動的那個譜,假如要用fft算法來完成那個,則只能義無反顧的一下子計算出全部的上下波動的譜,但是各個時間段，fft算法可以自己單獨(dú)的使用。使用dft算法通過一步一步的推算,要想研究這種信號的相像度我們就要把前面的和后面的的信號進(jìn)行討論。這么做的目的就是為了算的數(shù)量可以大大減少，同時呢我們也可以不用完全計算我們所需要的上下波動的譜,可以讓信號的頻譜分析十分的有效果。在分析一個離散時間信號時,其dft會變換為:(3-1)假如先給定分離的時間信號王麗輸進(jìn)去的x(n)，那么，在經(jīng)過dft改變后，能夠得到該信號的N點(diǎn)上下波動的譜。與此同時呢，在我們實(shí)時應(yīng)用中,往里面進(jìn)去的樣本對應(yīng)的上下波動的譜來分析不一樣的時刻,這就等同于使用了原來所固有的那種規(guī)則，選擇樣本時用跟著時間移動的移動窗口來看著選一下,滑動dft算法就是在一個來回動的窗口內(nèi)計算N點(diǎn)dft的算法。 按照以前的那種經(jīng)典的fft算法，fft算法可以用來測試所有的上下波動的譜。如果您想計算下一部分時候的上下波動的譜，您將進(jìn)行另一個fft得操作。這兩個fft進(jìn)行用手操作的將彼此獨(dú)立的互相運(yùn)行。這兩者之間呢，沒有一點(diǎn)關(guān)聯(lián)。分析連續(xù)樣式，你會發(fā)現(xiàn)窗口中的樣本會非常之相似。丟棄上一個樣本的第一個輸入后，最后將添加到一個新的樣式。如果兩個時刻能夠靠近在一起，則忽略了前一時刻樣本的前幾個往里面輸進(jìn)去的東西，并又多加了一個后面的樣本，并添加了一個不一樣的類型。在不一樣的時間點(diǎn)里面，窗口中的樣本只有一個[10]，或者是令人厭惡的。其中，由于時域的一樣性，它肯定會導(dǎo)致上下波動的譜之間的相互作用。綜上所述，滑動dft算法正是在這種思想下加以研究,兩個有間斷的時間點(diǎn)的頻譜時,根據(jù)之前的上下波動的譜,經(jīng)過很簡單的來回推算,就能夠獲得后面那塊的頻譜,這其中最重要的理論性的意義在一連串的的實(shí)際的譜分析進(jìn)程。3.1.2滑動dft算法和fft算法的比較使用以上的算法推導(dǎo)我們呢就可以了解到,實(shí)時的信號正在進(jìn)行的上下波動的譜來看問題可以使用dft這種計算方法來解釋這些問題，實(shí)時的譜分析這一塊中關(guān)于一直不斷的對實(shí)時信號進(jìn)行頻譜分析，并且還可以進(jìn)行了符合實(shí)際的計劃。在對一直連續(xù)不斷的各時間點(diǎn)的信號開始N點(diǎn)譜進(jìn)行我們的分析時,在每個時刻fft計算的方法這一塊都要進(jìn)行反復(fù)很多次的運(yùn)算,在計算10個時刻的信號譜時，需要多次的反反復(fù)復(fù)的乘運(yùn)算;但是對于滑動dft算法,只要知道了前一階段的信號譜,下面每一個階段的反復(fù)乘的運(yùn)算量就只需要N次便可成了,9N次時了一直連續(xù)的9個時刻的信號譜的反復(fù)的乘運(yùn)算數(shù)量,這和fft算法中9個時刻的信號譜對比來看，再和接下來的次復(fù)乘運(yùn)算量對比一下。當(dāng)N值過于小得時候,計算量變的更多了。而且，這些計算的量的相比較也是對一直連續(xù)的各個時間段,在對兩個不能夠連接在一起的時刻的信號進(jìn)行譜分析的時候,只需要兩個有間隔的時刻所間隔的采樣點(diǎn)數(shù)小于，所以滑動dft算法fft算法相對比來看呢，fft算法是很好的，但在當(dāng)兩個不連續(xù)的時刻所間隔的采樣點(diǎn)數(shù)大于的這種情況下,滑動dft算法就不太適合運(yùn)用了[11]。另外,信號譜往外送出的靈活方便是滑動dft算法的特點(diǎn)。無論你需要還是不需要，fft算法只能一次性計算所有的信號上下波動的譜；并且在分析滑動dft算法,要使用的是頻率單個的的單獨(dú)的譜線，從而便能得出全部的N點(diǎn)譜線,也可以根據(jù)平時我們操作得出的需求計算出要需要的頻率一片曲線，從而頻譜分析的可一動作性也大大增強(qiáng)了。同時呢，被選出來的偏譜線的計算也大大降低了計算的量。這在彼此相關(guān)聯(lián)頻率和一直不斷的時刻的實(shí)時光譜監(jiān)測中更加簡單方便和有效。3.2基于dft算法的主要誤差來源在電力系統(tǒng)大網(wǎng)絡(luò)中可以用余弦信號表示一個周期性的電壓、電流信號，但是以傅里葉來回變化的理論作為基本的這種情況下，周期信號因?yàn)檫@樣可以被劃分為常量，以及余弦分量加在一起的樣式。實(shí)際生活中的電網(wǎng)電壓或者說是電流的信號大約是為一直不斷的并且可以到很長很長的信號。但是對于我們現(xiàn)在來看，電腦還只能解答的是有一定距離的分離的那種序排序的一列。所以，在計算機(jī)解決電網(wǎng)信號時，我們就必須要將信號分開離散化，同時要斷開一連串的信號。因此，必須我們要對電網(wǎng)的信號進(jìn)行抽取樣式，再將電網(wǎng)信號分著截開成有限的和分散的時域的序列。最后，我們將時域信號fft開始上下波動的譜進(jìn)行分析。分散開的均勻的電網(wǎng)信號抽取一部分之后，時域信號所進(jìn)行的fft，也就是所說的dft。當(dāng)分析處理這些電網(wǎng)所發(fā)出的信號的時候，再以dft為基礎(chǔ)的諧波估計算法的主要錯誤偏差是由于基波頻率有波動來看，甚至波動會導(dǎo)致的不一樣的同步采樣、時域抽取時從而產(chǎn)生的頻譜漏出來、頻域分散化會導(dǎo)致的柵欄效應(yīng)。3.2.1頻譜泄露在信號譜線的兩邊會出現(xiàn)漏出的東西，對其他譜線產(chǎn)生擾亂的情況，從而會導(dǎo)致基波和各次諧波的那種參數(shù)不能給出準(zhǔn)確的數(shù)，這就是頻譜漏了。在我們分析估計電力諧波給出的參考的數(shù)的時候利用dft算法，產(chǎn)生的頻譜泄漏是沒有辦法取根除的。需要我們測量的電網(wǎng)電壓信號是很長很長的，要截了一部分，在對其進(jìn)行詳細(xì)的分析，也就是加窗采樣。也就是在時域上對等著量一下的信號乘上窗函數(shù)、頻域上卷積窗函數(shù)。因此，準(zhǔn)備做接下來測量的加窗信號的頻譜中會有主瓣，而且還含有旁瓣，這就是頻譜漏出來的原因，并且這種現(xiàn)象還是沒有辦法避開的。fft算法是dft的快速算法同時也是信號頻譜上的采樣值，將待測量的電網(wǎng)信號進(jìn)行N點(diǎn)采樣得，并且做出dft算法的公式:（3-2）其中為往出出的上下波動的譜序列，也可以把它看作頻域信號上的那種，的斷斷續(xù)續(xù)的取樣，作為采樣頻率[12]。首先，我們假設(shè)準(zhǔn)備接下來的測量的電網(wǎng)信號是我們心中所想的單個的信號，也就是。其中，頻率函數(shù)的沖激函數(shù)是。我們假定。將加窗過程其實(shí)就可以分為截取、采樣兩部分。在信號的分析的過程中，等同于時域上與矩形函數(shù)的乘積，頻域中的沖激函數(shù)和方塊的窗的頻譜函數(shù)卷積，也就是方塊得窗的頻譜函數(shù)，頻率函數(shù)進(jìn)行平行以2nf為中心，其中以下表達(dá)式為方塊窗的時域表達(dá)式。（3-3）其中為采樣窗長，也就是。在這個信號采樣過程得本原上，也就是說和離散序列在時域上對截下來函數(shù)進(jìn)行N點(diǎn)采樣得到的是一樣的，再根據(jù)公式(3.1)中,對x(n)進(jìn)行dft算法，從而得到了分散的上下波動的譜序列。通過截一段采樣后，我們再看一下信號的波動的頻特性曲線可知道我們心中的所想的單頻信號的波動的頻特性，已經(jīng)發(fā)生了很明顯的變化，由在頻率下的沖激函數(shù)變?yōu)榱酥靼甑纳较聹y量的那個長度為的sinc函數(shù)，也就是信號能量發(fā)生了明顯的泄漏。3.2.2柵欄效應(yīng)對以前的一直連著不斷的頻譜函數(shù)分散化，需要再以dft為基礎(chǔ)對待測電網(wǎng)信號的諧波參數(shù)進(jìn)行我們想要的估算。柵欄效應(yīng)也由此這樣發(fā)生了。其表示在對準(zhǔn)備接下來的測量信號進(jìn)行時域，頻域采樣時，雖然已經(jīng)想到了采樣點(diǎn)，但是卻忽視了采樣點(diǎn)之間的某些給出的線索。為了減小這種柵欄效應(yīng)，時域上可以通過滿足采樣定理。頻域上來說呢，可以減小頻率采樣中間隔著的距離，也就是通過提升頻率分辨率來降低柵欄效應(yīng)所帶給我們的影響，但是隨著頻率分辨率的不斷提高，這種算法的計算難度也會越來越高的。3.2.3非同步采樣在對我們的分析和解決周期性信號的數(shù)字化這方面時，對信號進(jìn)行平等的采樣是一開始就需要我們做的。相同的步驟采樣就是當(dāng)采樣窗長和信號的周期存在整數(shù)倍關(guān)系的時候，反過來說則就稱為不同步驟的采樣。在實(shí)際檢測中，由于會發(fā)生頻率上下波動甚至波動的現(xiàn)象，這會導(dǎo)致很難實(shí)現(xiàn)同步采樣。所以比一樣的步驟采樣是有錯誤的來源，也同樣是以dft為基礎(chǔ)的電力諧波估計的誤差原因。向上文中所說的那種一樣，同步采樣時，也就是k為整數(shù)的時候，把加窗信號經(jīng)過fft后，我們呢就可以得出了采樣點(diǎn)，采樣剛好是.序列X(m)除了X(k)=N/2以外其余都為0.除以N/2后，結(jié)果與準(zhǔn)備測的信號的波動的頻特性剛好相等;在不一樣步驟采樣的這種情況下，也就是當(dāng)k不為整數(shù)的時候，當(dāng)k的數(shù)值為8.75時，sinc函數(shù)的最大值并不是頻譜序列的最大值，since函數(shù)的余值也并不落在它的零點(diǎn)上[13]。綜上所述，的序列當(dāng)條件在不一樣的采樣時，會出現(xiàn)以前的準(zhǔn)備測試的信號的頻譜特性實(shí)現(xiàn)其實(shí)是很難得。3.2.4其它誤差來源造成錯誤的原因應(yīng)該是因?yàn)檫@些電網(wǎng)諧波，而且應(yīng)該是由于多類型的頻率的成分的上下頻率的胡亂的波動產(chǎn)生。而且，最后產(chǎn)生的錯誤和頻譜從錯誤的的漏出來了，并且不是同步的采樣會帶來的估計想對比是不用記住的。因此，我們老百姓以后再看的時候，不要去想測信號諧波發(fā)出的不好的小信號和頻譜半軸產(chǎn)生的結(jié)果。3.3快速傅里葉變換(fft)中存在的問題fft算法就是要把運(yùn)算的速度加到峰值，但是她們存在的毛病就是頻譜設(shè)為混疊不假、頻率的分辨的本身不到位、柵欄的效果和頻譜差為了。3.3.1混疊產(chǎn)生的原因解決連著著的信號的頻率譜的分析時，首先就要開始造作它們，用fft進(jìn)行的譜解釋必須要變成時域的不是統(tǒng)一的信號后才可以。頻譜有規(guī)律的延拓可以在連續(xù)信號，采樣的頻率出現(xiàn)在正兒被技能的處理過，它的周期。如果要想鼓搗鼓搗信號的情況下，也就是整出來的頻率需要費(fèi)大勁兒處理信號最高頻率兩倍才可以，即，這樣才會最終得到各次諧波所對應(yīng)的全部頻譜。綜上所述這就是奈圭斯特的采樣定理。當(dāng)時，原因頻譜的規(guī)律，會產(chǎn)生其他各周期中的原有頻率均高于的諧波的頻譜，從而混疊到的諧波的頻譜會多余我本來的頻率，結(jié)果伴隨著頻譜的混疊。越低則表明的產(chǎn)生的頻譜混疊錯誤會越大。也就是這樣也不能盲目地提高采樣頻率。假如采樣頻率選擇的過高，則采樣點(diǎn)數(shù)（單位時間內(nèi)）會增加，會使存儲容量過多，計算時間過長。按照要的研究的對象在實(shí)際的使用中，合理的選擇的采樣頻率是賊拉大的重要。如果要處理的信號是頻率的峰值，并且要高于采樣頻率一部分。3.3.2fft諧波分析頻率分辨能力也是在要用你那個的頻率為時，數(shù)據(jù)的為N時，要用的頻點(diǎn)的中間隔的那一塊為,頻率的分辨率就是這個東西，也是有人把它叫做fft分辨率。假設(shè)它的頻率間隔時,并且采樣的區(qū)間是。同時,采樣點(diǎn)數(shù)是需要滿足關(guān)系式。當(dāng)把采樣的那些數(shù)N給定的時候，頻率的分析的皮律會，他就會增加，F(xiàn)的數(shù)值就縮小了,T也加量(減小)，結(jié)果可能會導(dǎo)致頻譜混疊失真。相反的，同樣在N給定的時候，增加的采樣頻率會導(dǎo)致的增加，從而會使分辨率下降。3.3.3fft電力諧波分析頻譜泄漏就是要諧波開始諧波處理時，運(yùn)行fft變換，測量的正兒八經(jīng)會受到頻譜泄漏的問題。頻譜的泄漏包括的短、長程泄漏。并且想象中的fft的轉(zhuǎn)移是標(biāo)準(zhǔn)非常的信息源頭，在此時由fft變換得到的頻譜是能量聚集起來，也就是說某一頻率處會有一條單一的譜線。有限長的數(shù)字信號（采樣和A/D轉(zhuǎn)換）均就是真正所要加以除以信號。但是在選取實(shí)驗(yàn)諧波測量時，fft只能對采樣信號進(jìn)行頻譜變換，并且采樣信號進(jìn)行加工在研究。另系統(tǒng)采樣頻率為,數(shù)據(jù)窗內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)為n,在當(dāng)數(shù)據(jù)窗為信號周期的k倍時，采樣的頻率與信號頻率的最后得到的是我們都想要的，從而滿足下列關(guān)系式:或者（3-4）3.3基于dft算法的實(shí)現(xiàn)dft鎖相本質(zhì)上就是在fft鎖相的基礎(chǔ)上完成數(shù)值化。當(dāng)條件是相位差是恒定的，外部同步信號和內(nèi)部同步信號的頻率結(jié)果相同。相反，外、內(nèi)部同步信號頻率結(jié)果會產(chǎn)生不相符。結(jié)果就是內(nèi)、外信號的相位會出現(xiàn)誤差。為了把相位之間的差別縮小到最低，我們就可以著手改變內(nèi)部同步信號的頻率。達(dá)到預(yù)期的結(jié)果就是可以讓內(nèi)、外的同步信號的頻率相同。當(dāng)電網(wǎng)的電壓和實(shí)時采樣的結(jié)果一致的時候。鎖相環(huán)可就可以正常并且穩(wěn)定的工作了。同時，同步采樣需要達(dá)到這樣的效果：即使網(wǎng)絡(luò)壓力周期發(fā)生變化，保證每個基波周期的電網(wǎng)電壓的正零點(diǎn)發(fā)生在首個采樣點(diǎn)，而電網(wǎng)電壓的采樣點(diǎn)每周的波數(shù)恒定。通過通過鎖相環(huán)調(diào)整采樣時間間隔，允許采樣頻率隨電網(wǎng)電壓的頻率做小的調(diào)整，可以確保信號，即內(nèi)部同步信號，在動態(tài)過程中仍然嚴(yán)格與外部同步信號一致。下圖是dft相鎖控制框。圖3-3dft鎖相控制框圖其中，內(nèi)部的一致的信號超前外部輸入信號，，；我們的實(shí)驗(yàn)中一起采樣能得到，所以；是轉(zhuǎn)化為數(shù)字量的增益；猛地一開始要知道工頻的周期的采樣數(shù)量為N，采納的加上或者去掉測量數(shù)量，里邊帶的同步的定時東西，靜態(tài)的周期時表示為同步的定時器的，在時間上相對于于；數(shù)字；為了完成dft鎖相，下面就是鑒相的公式：（3-5）在每天波對采樣N次，將不知道多少次的分析的值存放在中，其中。3.4本章小結(jié)在本章節(jié)里，主要fft算法和dft算法的對比，是常見的并網(wǎng)鎖相環(huán)跟蹤技術(shù)的常見算法。分別介紹了滑動dft算法，并且還對fft算法與dft算法進(jìn)行比較。逐個分析了dft算法的主要誤差來源，包括頻譜泄露、柵欄效應(yīng)、非同步采樣等其他誤差來源。隨之還介紹了快速傅里葉板換（fft）中存在的一些問題與誤差，fft電力諧波分析頻譜泄露是主要的問題。第4章 并網(wǎng)同步跟蹤技術(shù)的電路設(shè)計4.1傅里葉變換（fft）鑒相原理在fft計算的相位網(wǎng)出處的信號與外部參考信號的相位距離差別，因而可用于鎖相環(huán)的相位進(jìn)行認(rèn)識一下。變量的關(guān)系下面的公式給出，其中u(t)是指輸進(jìn)去的信號：（4-1），或均可作為鎖相閉環(huán)得調(diào)節(jié)的錯誤信號，其中為u輸入信號u的基波的向量,與參考的正弦的向量的角度相應(yīng)的模擬域閉環(huán)的控制的如圖1所描述的那樣。基波傅里葉變換基波傅里葉變換圖4-1基于傅里葉變換的鎖相環(huán)圖里f為內(nèi)同步信號的頻率為，如果把作閉環(huán)反饋，則鎖相閉環(huán)增益受電網(wǎng)電壓幅值影響；若用作閉環(huán)反饋，算法是有毛病的。但這兩種方式本質(zhì)上是等價的，都可達(dá)到同樣的效果。4.2fft算法在MATLAB中的設(shè)計MATLAB它是一種可用于應(yīng)用算法、畫圖、數(shù)據(jù)分析、建模等的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，也是一個極高度統(tǒng)一的運(yùn)算環(huán)境。里面還可以進(jìn)行聲音處理、圖像處理、仿真、數(shù)據(jù)可視化等操作。即使需要編程，只用MATLAB可以很完美地完成運(yùn)算任務(wù)，工作效率極高。當(dāng)然MATLAB的一切運(yùn)算都是基于矩陣運(yùn)算而來。由于數(shù)學(xué)和工程上計算常用的表達(dá)式或算法等與它的運(yùn)算指令有一定的相容性，除了高度集中以外，MATLAB又多了一個編程起來非常方便且便于理解的優(yōu)勢。20世紀(jì)70年代，MATLAB就被設(shè)計出來。不過當(dāng)時是一位美國計算機(jī)學(xué)者使用FORTRAN語言。1984年，MathWorks公司使MATLAB軟件可以廣泛應(yīng)用，20世紀(jì)90年代，MATLAB就已在世界范圍內(nèi)被列為標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用。MATLAB默默發(fā)展，從直線到立體圖形的積分函數(shù)到進(jìn)行自動圖像配準(zhǔn)，再從可預(yù)測繪制圖像到識別函數(shù)，各種應(yīng)用軟件中MATLAB都是首屈一指的。出色的數(shù)據(jù)處理能力、全面的工程范圍涉獵、甚至發(fā)展到今天在新的版本中也匯合了C語言、C++語言乃至JAVA，兼容性極高，是工程計算一個極為有利的工具[15]。如今MATLAB己經(jīng)成為具備計算機(jī)程序設(shè)計語言和交互軟件環(huán)境的高效率的計算機(jī)語言，擁有特別豐富的工具箱，廣泛應(yīng)用于數(shù)值計算，控制仿真、信號處理等多個領(lǐng)域，并且比較其他數(shù)據(jù)分析軟件實(shí)現(xiàn)的功能更加強(qiáng)大。在MATLAB中，我們設(shè)計的程序如下圖所示：圖4-2MATLAB仿真程序4.3基于fft鎖相的仿真分析4.3.1基于fft鎖相的仿真模型按照上面敘述的原理，使用MATLAB中的simulink中，需要在fft算法鎖相環(huán)的基礎(chǔ)上搭建仿真模型，如圖（a）含有3,5,7次諧波時鎖相環(huán)電路模型（b）50Hz時鎖相環(huán)電路模型圖4.3基于fft算法的鎖相環(huán)仿真模型圖4.4fft算法simulink模型圖4.5頻率改變模塊圖4.6諧波發(fā)生模塊4.3.2基于fft鎖相的仿真波形（1）當(dāng)外同步信號頻率時，即。圖4.7示出內(nèi)同步信號與外同步信號相位及相位誤差。內(nèi)、外同步信號相位內(nèi)、外同步信號相位誤差（c）50Hz情況下頻率變化情況圖4.7=50Hz的仿真波形當(dāng)外同步信號頻率時，即。圖4.8表明內(nèi)同步信號與外同步信號相位及相位誤差。內(nèi)、外同步信號相位（b）內(nèi)、外同步信號相位(c)49.5Hz情況下頻率變化情況圖4.8=49.5Hz的仿真波形fuin從50Hz跳變?yōu)?0.5Hz時。圖4.9為外同步信號與內(nèi)同步信號相位及相位誤差[16]?？梢姡?dāng)t=4s時，若網(wǎng)壓頻率突然跳變，鎖相環(huán)輸出的相位要跟蹤上新的相位需要較長時間，這是因?yàn)閒ft是以周期為單位進(jìn)行積分，積累了較多的過去信息，具有較大的滯后性，但從相位誤差情況來看，△θ最大為2.8°，過渡過程較平緩。內(nèi)、外同步信號相位內(nèi)、外同步信號相位誤差（c)49.5Hz情況下頻率變化情況圖4.9=50.5Hz時仿真波形（3）中包含3,5,7次諧波時，（4-2）圖4.10為外同步信號與內(nèi)同步信號相位及相位誤差。(a)內(nèi)、外同步信號相位(b)內(nèi)、外同步信號相位誤差（c)諧波情況下頻率變化情況圖4.10含3，5，7次諧波時的仿真波形會出現(xiàn)許多個過零點(diǎn)當(dāng)使用fft算法的鎖相環(huán)時，也會出現(xiàn)很多的諧波，要輸入的基波相位還可以被十分正確的跟蹤。4.4本章小結(jié)本章首先驗(yàn)證fft算法過程，引出了fft算法的理論實(shí)踐和運(yùn)算思緒，并且搭建simnlink搭建電路模型，使fft算法能夠在軟件中按照算法流程來進(jìn)行仿真實(shí)現(xiàn)[17]。介紹了軟件matlab，matlab己經(jīng)成為具備計算機(jī)程序設(shè)計語言和交互軟件環(huán)境的高效率的計算機(jī)語言，擁有特別豐富的工具箱，普遍應(yīng)用于多個領(lǐng)域，其中包括控制仿真和信號處理，在軟件matlab中對算法進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果較為理想。提出了一種可靠的鎖相法，即離散傅里葉變換鎖相法來解決電壓干擾問題。為了證實(shí)這種方法的準(zhǔn)確度和可行程度，我們通過仿真實(shí)驗(yàn)來證明。結(jié)論縱觀現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和人們的經(jīng)濟(jì)生活，都是在不停地進(jìn)步，我們的所以生活活動都已經(jīng)不能脫離電力了，所以，對電能質(zhì)量的要求也就十分的重視。電能現(xiàn)今已經(jīng)成為推動整個社會發(fā)展的主要動力，對電能質(zhì)量的嚴(yán)格要求是社會發(fā)展的趨勢。其中最為關(guān)鍵的一個部分就是并網(wǎng)同步跟蹤技術(shù)。并網(wǎng)同步跟跟蹤技術(shù)系統(tǒng)能夠有效的幫助相關(guān)部門監(jiān)測電網(wǎng)的實(shí)時波動情況，掌握并網(wǎng)同步跟蹤，保證良好的電能質(zhì)量，電力相關(guān)部門會根據(jù)監(jiān)測到的結(jié)果做出快速準(zhǔn)確的措施來減小環(huán)流現(xiàn)象帶來的危害，提高電能質(zhì)量，從而可以確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠。本文要研究和完成并網(wǎng)同步跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計，并將并網(wǎng)同步跟蹤系統(tǒng)的總體設(shè)計為simnlink模型設(shè)計和軟件編程設(shè)計。本文的主要工作如下：論述了電能在社會中的重要作用，首先要對電網(wǎng)的電壓頻率、相位進(jìn)行觀察，同時還要讓電網(wǎng)的電壓與控制變換器維持一致。最后，這樣才能使并網(wǎng)變換器與電網(wǎng)的運(yùn)行一致。電網(wǎng)的電壓、相位對電網(wǎng)的正常工作的作用至關(guān)重要。由此說明并網(wǎng)同步問題的研究背景與研究意義，由此引出了對國內(nèi)外并網(wǎng)跟蹤監(jiān)測的研究現(xiàn)狀。介紹了鎖相環(huán)系統(tǒng)的基本特性：捕獲和跟蹤性能、動態(tài)特性和自特性等。對鎖相環(huán)的的工作原理做出了詳盡的分析，主要的組成部分也給出了簡要的解析。并且對鎖相環(huán)的跟蹤性能和捕捉性能的非線性工作功能都做出來了分析。該概念也給出了相關(guān)的解釋，因?yàn)殒i相環(huán)的各種優(yōu)勢使其能夠被大家介紹，并且應(yīng)用在工程中。dft算法和fft算法的比較是常見的并網(wǎng)鎖相環(huán)跟蹤技術(shù)的算法。分別介紹了滑動dft算法，并且還對fft算法與dft算法進(jìn)行比擬。逐個分析了dft算法的主要誤差來源，包括頻譜泄露、柵欄效應(yīng)、非同步采樣等其他誤差來源。隨之還介紹了快速傅里葉板換（fft）中存在的一些問題與誤差，主要是混疊、fft諧波分析頻率分辨才能和fft電力諧波剖析頻譜泄露。介紹了fft算法的理論分析和運(yùn)算思路，推導(dǎo)了fft的算法流程，并且搭建simnlink搭建電路模型，使fft算法能夠在軟件中按照算法流程來進(jìn)行仿真實(shí)現(xiàn)。參考文獻(xiàn)[1]梁小民．加窗傅里葉變換諧波檢測算法及其插值改進(jìn)研究[J]．電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報，2007，22(3)：24-30．[2]孔雪娟．?dāng)?shù)字控制PWM逆變電源關(guān)鍵技術(shù)研究[D]．武漢：華中科技大學(xué)，2005．[3]孔雪娟，羅坊，彭麗，等．基于周期控制的逆變器全數(shù)字鎖相環(huán)的實(shí)現(xiàn)和參數(shù)設(shè)計[D]．華中科技大學(xué)，2007，27(1)：61-62．[4]楊淑英.電能質(zhì)量測量方法及其監(jiān)測裝置研究[D]．華北電力大學(xué)學(xué)報，2003,30(5)：137-139．[5]趙文才，范聲芳，熊健，張凱，等．基于插值fft算法的間諧波參數(shù)估計[J]．電工技術(shù)學(xué)報，2003，18(1)：93-94．[6]周柯，安鵬建．基于滑窗迭代dft的電力諧波檢測[J]．華北電力大學(xué)學(xué)報大學(xué)，2016，33(3)，27-29．[7]李洪池．基于DSP的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D]．江蘇大學(xué)，2010.[8]王華，張?。瓺SP原理及其C編程開發(fā)技術(shù)[M]．電子工業(yè)出版社，2009，46(02)：43-47．[9]王金武．基于嵌入式Linux的在線電能質(zhì)量檢測儀的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D]．湖南大學(xué)，2010．[10]成健，羅安．一種簡化dft的滑窗迭代算法在電力諧波檢測中的應(yīng)用[D]．太原理工大學(xué)，2015．[11]PengFangzheng,LiuYang,YangShuitao，etal．Transformer-lessunifiedpower-flowcontrollerusingthecascademultilevelinverter[J].IEEETransactionsonPowerElectronics,2016,31(8):5461-5472．[12]李紅衛(wèi)．配電網(wǎng)無功補(bǔ)償技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[D]．中南大學(xué)，2004．[13]何亮．沖擊性負(fù)荷的靜止無功補(bǔ)償系統(tǒng)的研究[D]．東北大學(xué)，2009.[14]YangShuixiong,LiuYangyi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