锁相环技术简介（面向储能变流器应用）

       锁相环（Phase Locked Loop,PLL）是一个相位误差控制系统，其工作原理是利用两个信号之间的相位误差来控制输出信号的频率，最终使两个信号之间的相位差保持恒定，从而达到相位锁定的目的。在AD/DC变换或需要并网的DC/AC变换等系统中，为满足控制要求，需要知道电网的频率与相位。因此要求系统具有频率和相位跟踪功能，即锁相功能。

一、锁相环基本原理

       一个典型锁相环系统主要由鉴相器（Phase Detector，PD）、环路滤波器（Loop Filter，LF）和压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator，VCO）三个基本电路组成。

1.鉴相器（PD）

      鉴相器是完成相位比较的单元，用来比较输出信号和输入信号之间的相位。

2.环路滤波器（LF）

       环路滤波器常采用低通滤波器结构，用于滤除ud(t)中的高频分量及噪声，提高环路的稳定性。

3.压控振荡器（VCO）

       在锁相环中压控振荡器受低通滤波器输出电压uc(t)的控制，使振荡频率向输入信号的频率靠拢，直至两者的频率相同，或使压控振荡器输出信号的相位和输入信号的相位保持某种关系，由此达到相位锁定的目的。

       在模拟电路中，压控元件一般采用变容二极管。有低通滤波器送来的控制信号uc(t)加在压控振荡器振荡回路中的变容二极管上，当uc(t)变化时，引起变容二极管电容的变化，从而使振荡器的频率发生变化。因此压控振荡器实际上就是一种电压-频率变换器，在锁相环中起着电压-相位变化作用。

二、三相PLL

      基本原理：首先将三相输入电压ua、ub、uc转换到两相静止坐标系αβ下，然后从αβ坐标系转换到与三相电压同步旋转的dq坐标系下，得到电压的直流分量ud、uq；如果锁相角与电网电压相位同步，则直流分量ud为定值，而uq为零（或者是uq为定值、ud为零，主要与abc-dq变换的设置有关）。因此，可以将参考值零和实际三相电压坐标系变换后的uq相减（也可以采用d轴调节进行鉴相），得到误差信号Δuq，经过PI调节后信号与初始角频率ω0相加后得到实际角频率；最后经过积分环节将角频率转换为相位信号输出，最终实现锁相功能。