专利名称：Rtds锁相同步元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种RTDS锁相同步元件，具体涉及一种用于直流输电的RTDS锁相同步元件。
背景技术：
在高压直流输电领域，RTDS是目前最佳的闭环测试工具，能够连接外部的控制和保护设备进行测试。当没有外部控制和保护设备时，RTDS自身也能够搭建控制和保护模型进行仿真，这对直流输电的系统研究具有重要意义。
锁相同步元件是直流输电最重要的基础组件，其输出直接用于触发脉冲的产生和分配。但是目前在RTDS中能够使用的锁相同步手段，均不能达到高压直流输电所需的性能和精度。为了更精确地仿真高压直流输电的控制过程，非常有必要在RTDS中设计全新的锁相同步元件。
发明内容
本发明的目的是提供一种RTDS锁相同步元件，以满足高压直流输电对触发脉冲同步的性能和精度要求。
为实现上述目的，采用的技术方案是，一种RTDS锁相同步元件，包括抗混叠滤波模块、重采样�？�、滤过正序和滤除谐波的数字滤波�？�、交流电压的幅值和相位计算�？椋鲜龈髂？樗承蛄樱渲锌够斓瞬？槭淙胛嗟缪梗涣鞯缪沟姆岛拖辔患扑隳？槭涑鑫降缪沟姆岛拖辔唬降缪沟姆岛拖辔皇涑鼍涣鞯缪蛊德矢倌？榱佑谥夭裳？榈目刂贫耍降缪沟南辔皇涑鼍辔晃蟛羁刂坪拖辔换帜？槭涑鏊嗷返氖涑鱿辔�。
所述的相位误差控制器和相位积分�？榘ㄋ炒瘟拥南辔晃蟛罴扑阕幽？�、比例积分控制子�？楹拖辔换帜？椋渲械南辔换帜？槭涑鏊嗷返氖涑鱿辔唬辔晃蟛罴扑阕幽？榈氖淙胛降缪瓜辔缓退嗷返氖涑鱿辔�。
所述的交流电压频率跟踪�？槭淙氲耐降缪沟姆稻蹬卸献幽？榱佑谄德驶肿幽？楹捅壤挚刂谱幽？椋淙氲耐降缪沟南辔灰来尉嗔诹酱尾裳慵扑阕幽？楹�1/4周波的角差计算子�？榱佑谄德驶肿幽？椋德驶肿幽？榈氖涑隽佑谥夭裳？榈目刂贫�。
所述的滤过正序和滤除谐波的数字滤波�？榘ㄒ来瘟拥娜嗟缪沟溅力卤浠蛔幽？楹褪致瞬ㄗ幽？�。
所述的相位误差计算子�？樯栌锌够斓瞬？榈木蔡钩ズ投钩ァ�
所述的幅值判断子�？榕卸贤降缪狗凳欠翊笥贏倍的额定电压，若大于A倍的额定电压则输出工作信号，启动频率积分子�？楹捅壤挚刂谱幽？椋环裨蚨杂α交制鞯氖涑鑫植槐�。
所述的重采样�？槲咝圆逯挡裳？�。
所述的抗混叠滤波�？槲吞匚炙沟屯瞬ㄆ�。
所述的滤过正序和滤除谐波的数字滤波�？榈亩疃ú裳涓粑�600～650us，做为优化采样间隔取值为625us。
所述的交流电压的幅值和相位计算�？榈氖淙胛裳藕啪斯蚝吐顺巢ǖ氖致瞬？槭涑龅牧礁稣幌蛄縜和b，输出交流电压幅值m的计算公式为
输出交流电压相位p的计算公式为tan-1b/a。
本发明采用抗混叠滤波器防止了重采样时发生频率混叠，滤过正序和滤除谐波的数字滤波模块真正排除了负序分量和PT断线对锁相跟踪过程的干扰，交流电压频率跟踪�？槎韵低车缪沟幕ㄆ德式懈伲佣髡裳涓簦谙低称德史⑸频氖焙颍匀话瓷杓频拿恐懿ú裳闶胁裳佣Ｖげ饬考扑愕木�。
图1是本发明的结构框图。
具体实施例方式 如图1所示，本实施例主要由以下几个部分构成 a)抗混叠滤波�？椋捎冒吞匚炙沟屯瞬ㄆ�1； RTDS的典型工作步长为50us，根据采样定理能够表示高达10000Hz的信号；如图1的虚框所示，大多数组成部分的工作采样间隔为625us，只能表示800Hz以下的信号。为了防止重采样时发生频率混叠，必须设置抗混叠滤波器将RTDS原始信号的高频部分滤除，本实施例中使用5阶的巴特沃斯低通滤波器，截至频率设置为400Hz。
b)重采样模块，采用线性插值采样�？�2； 因为RTDS的工作步长不是本实施例采样间隔的整数倍，为了尽量提高计算精度，在重采样时使用了线性插值采样�？�。
c)滤过正序和滤除谐波的数字滤波�？椋ㄈ嗟缪沟溅力卤浠蛔幽？�3和数字滤波子�？�4； 要想真正排除负序分量和PT断线对锁相跟踪过程的干扰，必须使用能够滤过正序分量的数字滤波�？椋蛭挥姓蚍至吭诠收瞎讨邢辔皇潜３植槐涞�。
本实施例中的数字滤波�？榫哂新斯蚍至亢吐顺巢ǖ乃毓δ埽檬致瞬？槭粲谟邢蕹寤飨煊β瞬ㄆ鳎哂邢咝韵嘁铺匦�。在额定频率下幅值衰减系数为1，相位移动大小为0，在额定频率的整倍次谐波幅值衰减系数为0，对额定频率的非整倍次谐波也有相当程度的衰减。综合考虑计算精度和GPC板卡的计算能力，将滤波�？榈拇翱诔ざ壬杓莆抗て抵芷�32点，即额定采样间隔为625us。
d)交流电压的幅值和相位计算�？�5； 重采样之后的信号依次经过αβ变换、数字滤波模块之后，成为正交的两个相量a和b，可以简单的使用
和tan-1b/a求出交流电压的幅值和相位。
e)交流电压频率跟踪�？椋ǚ蹬卸献幽？�6、相邻两次采样点计算子模块7、1/4周波的角差计算子�？�8和频率积分子�？�9； 电力系统是一个极其庞大和复杂的系统，对于电力信号来说，不仅信号成分复杂、幅度可变，而且基波频率也不是恒定不变的。如果按照固定的基波频率50Hz来确定采样间隔，就会产生频谱泄漏效应。因此要根据系统电压的基波频率，动态调整采样间隔，在系统频率发生偏移的时候，仍然按设计的每周波采样点数进行采样，从而保证测量计算的精度。
通过测量两个采样点之间的角度增量，计算出1/4周波可能造成的相位差值，该相位差值经过20ms平滑滤波，以积分的形式叠加到频率上，进而算出新的采样间隔，用新的采样间隔控制插值采样，当满足每周波恰好32点时，相位差值为0调整过程结束。本实施例中频率跟踪范围设定为45～55Hz，频率跟踪速度设定为每100ms频率变化1Hz。
f)相位误差控制和相位积分�？椋ㄏ辔晃蟛罴扑阕幽？�10、比例积分控制子�？�11和相位积分�？�12； 使用相位积分子模块复原交流电压相位，该积分子�？槲；制鳎�2π重置为0，该积分子�？橐訰TDS工作步长积分，典型的为50us；使用一个标准的比例积分控制子模块将相位积分子�？橛虢涣鞯缪瓜辔煌剑壤挚刂谱幽？槊恐懿ㄊ涑�32个积分速度值；交流电压相位减去相位积分子�？榈牟钪底魑壤挚刂谱幽？榈氖淙耄蟛钚纬苫方诳悸橇丝够斓瞬？榈木蔡钩ズ投钩�。
只有在交流电压大于10％额定电压时，比例积分控制子�？椴磐度牍ぷ鳎坏苯涣鞯缪剐∮�10％额定电压时，比例积分控制子�？榻壤糠值氖涑鲋梦�0，积分部分输出维持不变，这样当交流电压过低时，锁相同步元件进入惯性同步状态。为了避免比例积分控制子�？樵诹街肿刺捣鼻谢唬诮牒屯顺龉咝宰刺痹黾恿怂狼�。
工作原理如下 三相同步电压Ua、Ub、Uc经过巴特沃斯低通滤波器1，进行抗混叠滤波；抗混叠滤波器的输出经过线性插值采样模块2进行重采样，降低采样率为每周波32点，即采样周期为625us；重采样的电压信号经过三相电压到αβ变换子模块3，滤除零序分量，得到同步电压的α和β分量；同步电压的α和β分量经过数字滤波子�？�4，进一步滤除负序分量和谐波分量，得到滤波后的α和β分量；滤波后的α和β分量经过交流电压的幅值和相位计算�？�5，得到同步电压的幅值m和相位p；幅值m经过幅值判断子�？�6判断同步电压幅值是否大于10％的额定电压，大于10％时发出允许信号，频率积分子�？�9和比例积分控制子模块11开始工作；相位p经过�？�7计算两次采样点之间的角差，再通过1/4周波的角差计算子�？�8推测1/4周波的角差x，如果重采样率恰好是每周波32点，该角差应该为0；角差x经过频率积分子�？�9，逐渐修正积分器的输出频率，输出频率控制插值采样环节，从而构成频率跟踪采样；相位p和锁相环的相位输出经过相位误差计算子�？�10，得到两者的相位偏差；相位偏差经过比例积分控制子�？�11，比例积分控制子�？�11的输出为角速度；比例积分控制子�？�11输出的角速度经过相位积分�？�12，该积分�？槲；制鳎�2π重置为0，当锁相环锁定时，相位积分�？�12的相位输出和输入同步电压的相位相同。
权利要求
1.一种RTDS锁相同步元件，其特征在于，包括抗混叠滤波模块、重采样�？�、滤过正序和滤除谐波的数字滤波�？�、交流电压的幅值和相位计算�？椋鲜龈髂？樗承蛄樱渲锌够斓瞬？槭淙胛嗟缪梗涣鞯缪沟姆岛拖辔患扑隳？槭涑鑫降缪沟姆岛拖辔唬降缪沟姆岛拖辔皇涑鼍涣鞯缪蛊德矢倌？榱佑谥夭裳？榈目刂贫耍降缪沟南辔皇涑鼍辔晃蟛羁刂坪拖辔换帜？槭涑鏊嗷返氖涑鱿辔�。
2.如权利要求1所述的RTDS锁相同步元件，其特征在于，所述的相位误差控制器和相位积分�？榘ㄋ炒瘟拥南辔晃蟛罴扑阕幽？椤⒈壤挚刂谱幽？楹拖辔换帜？椋渲械南辔换帜？槭涑鏊嗷返氖涑鱿辔唬辔晃蟛罴扑阕幽？榈氖淙胛降缪瓜辔缓退嗷返氖涑鱿辔�。
3.如权利要求1或2所述的RTDS锁相同步元件，其特征在于，所述的交流电压频率跟踪模块输入的同步电压的幅值经幅值判断子�？榱佑谄德驶肿幽？楹捅壤挚刂谱幽？椋淙氲耐降缪沟南辔灰来尉嗔诹酱尾裳慵扑阕幽？楹�1/4周波的角差计算子�？榱佑谄德驶肿幽？椋德驶肿幽？榈氖涑隽佑谥夭裳？榈目刂贫�。
4.如权利要求3所述的RTDS锁相同步元件，其特征在于，所述的滤过正序和滤除谐波的数字滤波�？榘ㄒ来瘟拥娜嗟缪沟溅力卤浠蛔幽？楹褪致瞬ㄗ幽？�。
5.如权利要求4所述的RTDS锁相同步元件，其特征在于，所述的相位误差计算子�？樯栌锌够斓瞬？榈木蔡钩ズ投钩�。
6.如权利要求5所述的RTDS锁相同步元件，其特征在于，所述的幅值判断子�？榕卸贤降缪狗凳欠翊笥贏倍的额定电压，若大于A倍的额定电压则输出工作信号，启动频率积分子�？楹捅壤挚刂谱幽？椋环裨蚨杂α交制鞯氖涑鑫植槐洹�
7.如权利要求6所述的RTDS锁相同步元件，其特征在于，所述的重采样模块为线性插值采样�？�。
8.如权利要求7所述的RTDS锁相同步元件，其特征在于，所述的抗混叠滤波�？槲吞匚炙沟屯瞬ㄆ�。
9.如权利要求8所述的RTDS锁相同步元件，其特征在于，所述的滤过正序和滤除谐波的数字滤波�？榈亩疃ú裳涓粑�600～650us，做为优化采样间隔取值为625us。
10.如权利要求9所述的RTDS锁相同步元件，其特征在于，所述的交流电压的幅值和相位计算�？榈氖淙胛裳藕啪斯蚝吐顺巢ǖ氖致瞬？槭涑龅牧礁稣幌蛄縜和b，输出交流电压幅值m的计算公式为
输出交流电压相位p的计算公式为tan-1b/a。
全文摘要
本发明涉及一种RTDS锁相同步元件，包括抗混叠滤波�？�、重采样模块、滤过正序和滤除谐波的数字滤波�？椤⒔涣鞯缪沟姆岛拖辔患扑隳？椋鲜龈髂？樗承蛄樱渲锌够斓瞬？槭淙胛嗟缪梗涣鞯缪沟姆岛拖辔患扑隳？槭涑鑫降缪沟姆岛拖辔唬降缪沟姆岛拖辔皇涑鼍涣鞯缪蛊德矢倌？榱佑谥夭裳？榈目刂贫耍降缪沟南辔皇涑鼍辔晃蟛羁刂坪拖辔换帜？槭涑鏊嗷返氖涑鱿辔唬懔烁哐怪绷魇涞缍源シ⒙龀逋降男阅芎途纫蟆�
文档编号G01R25/00GK101789601SQ20101012521
公开日2010年7月28日 申请日期2010年3月16日 优先权日2010年3月16日
发明者姚致清, 周鹏鹏, 傅润炜, 庄良文, 李树森, 李亚萍, 王伟 申请人:许昌开普电器检测研究院
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