1 序言

隨著電力電子技術的迅猛發(fā)展，作為電網(wǎng)凈化器之一的靜止型無功功率補償器（簡稱SVC）的應用無論在國外還是國內都得到了長足的進步。而作為靜止型無功功率發(fā)生器的中央處理器的檢測信號之一，交流電網(wǎng)電壓過零點的準確檢測變得異常關鍵，因為其值的確定直接決定著系統(tǒng)計算的電網(wǎng)電壓頻率的跟蹤效果和補償電流注入電網(wǎng)的時間，進而直接影響到靜止型無功功率補償器對電網(wǎng)補償?shù)臏蚀_性和實時性，即同步性。

本文充分利用現(xiàn)代電子電路設計軟件的方便條件，在Protel 99SE仿真分析的基礎之上，設計了一種無鎖相環(huán)的交流電壓全周期過零檢測電路，不僅設計簡單，而且其準確性也得到了實驗的驗證，有一定的實用價值。同時，以 Protel 99SE為電路仿真的手段有一定實際意義。

2 無鎖相環(huán)電壓全周期過零檢測電路原理

為了達到與電源電壓同步的目的，除了可以使用鎖相同步電路外，還可以實時檢測電源電壓的過零點和頻率，根據(jù)過零點和頻率就可以跟蹤輸入的電源電壓的相位，實現(xiàn)同步輸入。以三相交流低壓電網(wǎng)的A相電壓為例，當電源電壓經(jīng)電壓互感器處理后，由負到正經(jīng)過的正過零點（或由正到負經(jīng)過的負過零點）時，向CPU傳送電壓過零點檢測的信號，即分別為電壓正半周期和負半周期產(chǎn)生的2個正方波以及正過零點與負過零點時產(chǎn)生的2個正脈沖指令信號，提供給CPU計算，以達到跟蹤電網(wǎng)電壓頻率的同步目的。對于靜止型無功功率補償器，就可以發(fā)出同步補償指令，達到補償電網(wǎng)無功功率、抑制電網(wǎng)諧波電流的目的。

交流電壓全周期過零檢測電路框圖如圖1所示。

在檢測電路中，采用電壓運算放大器設計電路，實時檢測電壓過零點，分別在電壓正、負半周及正、負過零點發(fā)出正方波和正脈沖信號，提供給CPU作為電源電壓同步基準信號，使系統(tǒng)實時跟蹤電源電壓頻率的變化。

3 檢測主電路設計

根據(jù)無鎖相環(huán)電壓全周期過零檢測電路原理，利用Protel 99SE電子電路設計軟件，添加系統(tǒng)仿真庫sim．ddb，調用仿真庫中的器件，包括電壓運算放大器LM324、電阻、1N4148系列二極管、電容、交直流電源和參考地信號等元器件，經(jīng)過電路運算放大器、比較器等參數(shù)的設計計算后，設計出交流電壓全周期過零檢測電路仿真原理圖，如圖2所示。

其中，Source為模擬交流電源的A相輸入相電壓，幅值設為3．889 V，頻率為50 Hz，初相角為0。，電源電壓經(jīng)過RC電路處理后，設置網(wǎng)絡標號PTA作為模擬電壓互感器處理后的參考交流正弦過零檢測電壓（實際設計中電壓互感器變比為80：1）。直流電壓VCC和VEE分別為+15 V和-15 v，作為運算放大器LM324．的工作電壓。其余的電阻和電容元件參數(shù)如圖2中所標注值。

4 仿真與實驗結果

應用Protel 99SE，在Simulate菜單下的Setup中設置系統(tǒng)仿真參數(shù)：

在General選項中，從被選信號Available Signals中選擇PTA，Pul_P，Pul_N，Squ_P，Squ_N等作為待觀測信號Active Signals，在Sim View Setup中選擇待觀測信號作為要顯示的仿真結果輸出波形。

在Transient/Fourier選項下，選中暫態(tài)分析Transi-ent Ana設置仿真起止時間，分別為0和100 ms，設置步長為400μs，仿真結果顯示5個周期的波形，每個周期波形取50點顯示。

系統(tǒng)其他參數(shù)設置采用默認值。運行仿真命令RunAnalyses后，仿真結果如圖3所示。

其中，pul_n和：pul_p分別為參考電壓負過零點和正過零點輸出的正脈沖信號，幅值為4．355 V，Squ_P和Squ_N分別為參考電壓正半周期和負半周期輸出的正脈沖信號，幅值為3．889 V。

圖4為實際系統(tǒng)中A相參考電壓過零檢測輸出的方波和脈沖波形圖幅值與仿真結果相同。其中，圖（A）為參考電壓正半周期輸出的正方波的波形，圖（B）為參考電壓負半周期輸出的正方波的波形，圖（C）為參考電壓正過零點檢測輸出的正脈沖波形，圖（D）為參考電壓負過零點檢測輸出的正脈沖波形。

經(jīng)過圖3與圖4波形的對比，可以看出，實做電路的過零檢測效果比較理想。

以上分析、設計是以單相電壓電路檢測為例的，只需要將電路重復畫出3組就構成了三相交流電源電壓的過零檢測電路。

圖5為靜止型無功功率補償器采用全周期電壓過零檢測電路作為系統(tǒng)電壓同步參考信號后的系統(tǒng)參考電壓和無功補償后系統(tǒng)的電流波形。實驗中，裝置所帶模擬負載為晶閘管整流器，由文獻可以知道系統(tǒng)負載電流為非線性周期脈動的方波，系統(tǒng)電流波形畸變比較嚴重，而圖5所示的電流補償效果較好，基本為正弦波。

5 結語

本文提出了一種無鎖相環(huán)實現(xiàn)的電壓全周期過零檢測電路，利用Protel 99SE強大的電路仿真功能，設計、計算和調整了電路及參數(shù)，通過實做電路和仿真結果對比，驗證了所設計電路的正確性，通過系統(tǒng)的無功功率補償效果圖，驗證了所設計電路的可行性。

責任編輯：gt