基于锁相环的pmu频率跟踪特性的分析与仿真 图文(精).doc

基于锁相环的PMU频率跟踪特性的分析与仿真①杨贵玉(国电自动化研究院南瑞集团公司,南京210003摘要:设计基于锁相环(phase2loclcedloop,PLL的相量测量装置(phasormeasurementunit,PMU,目的是借助PLL的频率跟踪能力提高PMU相量测量精度。为验证PLL的动态跟踪特性和效果,根据PLL等相位采样脉冲产生的原理和环路传递函数进行分析和逻辑仿真。结果表明,PLL存在环路滤波纹波、前置滤波延迟和自身滤波延迟等方面的因素,对PLL的频率跟踪精度产生不良影响,且无法消除。结论说明锁相环并不具备所谓的高精度特性,不宜用于动态频率下的同步相量测量。关键词:同步相量测量;锁相环;滤波纹波;环路延迟;滤波延迟中图分类号:; 文献标识码:A 文章编号:100328930(20072209AnalysisandSimulaingsedPMUYANGGui2yuNjingAutomationResearchInstitute,Nanjing210003,ChinaAbstract:Thephase2lockedloop(PLLbasedphasormeasurementunit(,,pre2filteringdelayandPLLloopfilteringdelay,,:synchronizedphasormeasurement;phase2lockedloop(PLL;filteringripples;loopdelay;filteringdelay1 前言锁相环(phase2lockedloops,PLL是同步相量测量装置(phasormeasurementunit,PMU中一种频率跟踪手段[1~3]。但由于PLL本质上是典型的模拟Butterworth带通滤波器,只是采用Doppler跟踪方法将带通滤波化为低通环路滤波[4,5],故仍存在群延迟和增益起伏等缺点。且环路滤波不完全衍生出的纹波问题,亦成为影响频率跟踪精度的重要因素之一。电力系统中,PLL主要用于静态测频[6,7];用于动态测频的相关文献,也都默认PLL是一种高精度硬件测量方法,很少讨论其动态精度问题。加之缺乏准确的测试方法,无法校核PLL的真实测量偏差。所以在涉及精度问题时,只能以静态跟踪特性作替代[1,2]。如文献[1],但仅核算了傅氏幅值均方偏差,未论及相位问题;文献[2]亦仅描述了PLL稳态跟踪偏差的收敛性;文献[3]°的动态相位精度是装置的互校结果,并且提供的数据均为第19卷第5期2007年10月      . 2007①收稿日期:2006203220;修回日期:200620720350Hz静态测量值,所以无法证明其结论的正确性。至于纹波对同步相量测量精度的影响问题,目前还尚未有文献讨论。本文以常用二阶PLL(采用一阶无源RC滤波器为对象,详细分析PLL倍频纹波、自身延迟、前置滤波延迟以及参数优化等方面的因素对相位测量精度的影响。2 鉴相-滤波原理与纹波的形成滤波纹波是环路滤波器(loop2filter,LF滤波不完全造成的,其特性与鉴相方式和滤波器类型直接相关。下面简述二阶PLL中纹波的形成。 两种鉴相方式PLL有“异或型”和“边沿触发型”[4]两种鉴相方式,典型PLL芯片通常同时提供两种鉴相器(phase2detector,PD,以满足不同需要。1异或鉴相图1为5