摘要：有源電力濾波器對抑制電網(wǎng)諧波、保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行起著重要的作用。由于電網(wǎng)諧波變化快，波動性強(qiáng)，因此，諧波檢測的精度和快速響應(yīng)性能稱為有源電力濾波器研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。LEM傳感器具有隔離性能好、精度高、響應(yīng)快、類型齊全等特點(diǎn)，其應(yīng)用保證了有源電力濾波器具有很好的控制精度和動態(tài)性能。
關(guān)鍵詞：LEM傳感器，有源電力濾波器。
中圖分類號：TM521
Application of LEM Transducers for Active Power Filter Fu Qing
Engineering College, SunYat-sen University, Zhuhai 519082
AbstractActive Power Filter (APF) is much important device to restrain
the harmonics in power grid. A key technology for APF is to detect the
harmonics quickly and accurately so as to output the compensating
current accurately in time. With good performances of high isolated
voltage,high accuracy, short response time, LEM transducers give a
powerful support to the accuracy and response time of APF.
Key words: LEM Transducer, Active Power Filter
1 前言
隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，大量的電力電子裝置接入電網(wǎng)，在給國民經(jīng)濟(jì)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益的同時，也給電網(wǎng)帶來了諧波。電力系統(tǒng)諧波不僅僅會增大電網(wǎng)損耗，還會引起保護(hù)系統(tǒng)的誤動作，影響電力系統(tǒng)通信等，嚴(yán)重威脅著電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。“諧波污染”被公認(rèn)為電力系統(tǒng)的一大公害[1,2]。為了抑制電力系統(tǒng)諧波的影響，有源電力濾波器（APF）運(yùn)用電力電子裝置輸出與負(fù)載引起的諧波電流幅值相等、相位相反的諧波電流，使諧波能量在APF和負(fù)載之間流動，而不會影響電網(wǎng)。APF具有控制靈活、能對各次諧波進(jìn)行動態(tài)跟蹤補(bǔ)償、還能抑制與電網(wǎng)阻抗之間的諧振等特點(diǎn)，對保持電網(wǎng)“綠色”環(huán)境起到了非常重要的作用[3]。
在APF的應(yīng)用中，其控制精度和動態(tài)跟蹤性能起著關(guān)鍵的作用。通常情況下，諧波的檢測精度和動態(tài)響應(yīng)速度是相互矛盾的，檢測精度的提高往往需要更多的歷史數(shù)據(jù)，這使得動態(tài)響應(yīng)速度下降，此時，APF會因?yàn)檩敵鲋C波電流與理想的補(bǔ)償諧波電流之間的時延而難以獲得較好的濾波效果；而動態(tài)響應(yīng)的提高，往往是數(shù)據(jù)信息的提取量不夠，影響到檢測精度。這使得APF往往發(fā)生諧波補(bǔ)償量過補(bǔ)或欠補(bǔ)，同樣影響到APF的性能[4,5]。為了保證APF的高精度和高實(shí)時性，高性能的傳感器起著關(guān)鍵的作用。
2 APF的基本原理

圖1 有源電力濾波器的基本結(jié)構(gòu)
Fig.1 Structure of APF
圖1是有源電力濾波器的基本結(jié)構(gòu)框圖，其中RS和LS為電網(wǎng)阻抗，有源電力濾波器采用電壓源型逆變器結(jié)構(gòu)。
在APF的應(yīng)用中，一共用到五組LEM傳感器，其中LEM1用以檢測負(fù)載諧波電流，為APF的輸出提供參考；LEM2為電網(wǎng)電壓檢測；LEM3用以檢測APF的三相輸出電流，為APF的控制提供反饋信號；LEM4用以檢測APF直流側(cè)電壓，為直流側(cè)電壓的穩(wěn)定控制提供反饋信號；LEM5用以檢測直流側(cè)輸出電流，防止直流輸出電流過高，在有源逆變器相間短路或者上下橋臂功率開關(guān)同時導(dǎo)通時提供快速的保護(hù)。

3 LEM傳感器的特點(diǎn)和選型
LEM傳感器具有精度高、實(shí)時特性好等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儲能系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、輸配電系統(tǒng)、電力機(jī)車等多個領(lǐng)域。LEM傳感器品種齊全，不同類型的傳感器具有不同的應(yīng)用范圍。在有源電力濾波器的應(yīng)用中，LEM需要選擇交流電流傳感器，為了檢測出負(fù)載電流的瞬時值，并且具有高度的實(shí)時性，需要選擇實(shí)時跟蹤輸出型電流互感器。根據(jù)負(fù)載電流的范圍，本文選用HSX 20系列電流傳感器，其測量范圍可以達(dá)到20A，隔離電壓高達(dá)2500V，采用單5V供電，響應(yīng)時間小于5uS，并且具有尺寸小、測量范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。LEM3需要檢測出APF輸出電流的瞬時值，LEM5需要檢測出直流側(cè)電流的瞬時值，用以判別是否有過流現(xiàn)象，因此，LEM3和LEM可以選用與LEM1相同規(guī)格的傳感器。LEM2和LEM4用來檢測電壓信號，須選用LEM電壓傳感器。在APF的控制中，需要用到電網(wǎng)電壓的瞬時值，因此LEM2需要檢測出電網(wǎng)電壓的瞬時值。同樣，LEM4需要檢測出直流側(cè)電容電壓的瞬時值，以便對直流側(cè)電容電壓進(jìn)行穩(wěn)壓控制。根據(jù)實(shí)際電壓等級，LEM2和LEM4可以選用LV100系列的LEM電壓傳感器，檢測電壓范圍為100V至2500V，其檢測誤差小于0.7%，響應(yīng)時間在20至100uS之間，具有精度非常高、線性度好、溫漂小、響應(yīng)時間短、帶寬寬、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。其接線如圖2所示

為檢測電路的最大電壓， 為A/D采樣前置電路所能忍受的最大電壓。
4 試驗(yàn)結(jié)果
通過APF對三相全橋整流負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償[6]，采用示波器對電源電流、負(fù)載電流和APF輸出電流進(jìn)行檢測，其檢測結(jié)果如圖3、圖4和圖5所示，可知，APF取得了很好的諧波抑制效果。

圖4 電源電流波形（10A/Div）
Fig.4 Source current

圖5 APF輸出電流波形（5A/Div）
Fig.5 Output current of APF
5 結(jié)論
在APF的實(shí)際應(yīng)用中，檢測精度和響應(yīng)速度非常重要，直接影響到APF的諧波抑制效果。LEM傳感器具有檢測精度高、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，保證了APF取得很好的諧波抑制效果。