周 柯，涂春鳴
( 湖南大學電氣與信息工程學院 湖南 長沙 410082 )
Application of LEM Current Sensor in High-power Active Power Filter
Zhou Ke，Tu Chunming
(Hunan University SEIE Changsha 410082 China)
摘 要： 電網諧波電流準確快速的檢測環(huán)節(jié)是有源電力濾波器的重要組成部分，它影響著有源電力濾波器的補償性能，因此，電流傳感器的選擇問題顯得尤為重要。本文分析研究了LEM電流傳感器在一種大功率并聯(lián)型混合型有源電力濾波器電流檢測與過流保護電路中的應用。工程應用結果證明，LEM電流傳感器具有檢測精度高、響應速度快、可靠性好等優(yōu)點，能夠很好的滿足工業(yè)現(xiàn)場應用的需要。
關鍵詞： 有源電力濾波器；電流檢測；LEM電流傳感器；工程應用
中圖分類號 ：TM76
1 引言
隨著各種非線性負載的廣泛使用，電力系統(tǒng)諧波污染日趨嚴重，嚴重影響到電網和電氣設備的安全經濟運行[1] 。目前，抑制諧波兼補償無功的一個最有效手段是采用有源電力濾波器（Active Power Filter，簡稱APF）[2-3] 。而APF的工作性能，很大程度上取決于對諧波以及無功電流的高精度、實時檢測[4-6] 。因此，電網諧波電流準確快速的檢測環(huán)節(jié)是APF的重要組成部分，它影響著APF的補償性能。因此，電流傳感器的選擇問題顯得尤為重要。本文分析研究了LEM 電流傳感器在一種大功率并聯(lián)型混合型APF電流檢測與過流保護電路中的應用，工程應用結果證明，LEM電流傳感器具有檢測精度高、響應速度快、可靠性好等優(yōu)點，能夠很好的滿足工業(yè)現(xiàn)場應用的需要。
2 LEM電流傳感器的工作原理與特點
LEM電流傳感器是一種模塊化的有源電子傳感器。它的突出優(yōu)點在于把普通傳感器與霍爾器件、電子電路有機地結合起來，既發(fā)揮了普通傳感器的測量范圍大的優(yōu)勢，又利用了電子電路反應速度快的長處。
LEM電流傳感器根據磁補償原理制作而成，即主電流回路所產生的磁場,通過一個次級線圈的電流所產生的磁場進行補償,使霍爾器件始終處于檢測零磁通的工作狀態(tài)。它可傳感從直流到數(shù)百千赫茲的信號。與一般的普通電流傳感器相比較，具有以下優(yōu)點：
(1) LEM 模塊可以測量任意波形的電流及瞬態(tài)峰值。副邊電流忠實地反映原邊電流的波形。
(2) 原邊電路與副邊電路之間完全絕緣，絕緣電壓一般為2～12kV，特殊要求可達20～50kV。
(3) 精度高。在工作溫度區(qū)內精度優(yōu)于1%，線性度優(yōu)于0.1%。
(4) 動態(tài)性能好。響應時間小于1μs，跟蹤速度di/dt 高于50A/μs，而普通互感器響應時間為10～20ms，不能滿足系統(tǒng)對諧波進行實時檢測并補償?shù)囊蟆?/DIV>
(5) 工作頻率和測量范圍寬。工作頻率范圍可達0～100kHz，測量電流可達50kA，測量電壓可達6.4kV。
(6) 過載能力強。當原邊電流超負荷時，模塊達到飽和，可自動保護。
(7) 可靠性高。采用LEM 電流傳感器作為電網電流的檢測元件能較好地完成對電流的實時檢測，同時也可實現(xiàn)電網與濾波系統(tǒng)的絕緣。
3 LEM電流傳感器在APF電流檢測中的應用
3.1 大功率并聯(lián)混合型APF
APF在工程應用中，首先需要考慮的是成本和技術上的可行性。根據某220KV變電站諧波治理工程大容量、高電壓、低成本并兼顧無功補償?shù)囊�，我們采用一種注入式結構
[4] 的并聯(lián)混合型有源濾波器，其拓撲結構如圖1所示。
文獻[2]已經對采用注入式結構的大功率并聯(lián)混合型APF的拓撲結構和工作原理進行了詳細的敘述，在此不再贅述。
該系統(tǒng)利用無源部分在基頻時呈容性的特點補償系統(tǒng)所需的無功功率；有源部分和無源部分共同抑制負載諧波。系統(tǒng)兼具較大容量的無功補償和諧波抑制能力以及較小的逆變器容量，從而使逆變器主電路避免采用多重化結構或開關器件的串并聯(lián)，大大減少了實際工程造價，有效提高了性價比。
3.2 APF 電流檢測電路
大功率并聯(lián)混合型APF采用LEM霍爾電流傳感器---LA25-NP 對電網電流進行檢測，通過對電網電流采樣信號進行轉換與分析，提取出電網電流中的諧波與無功電流分量，從而控制有源逆變器產生與電網諧波電流大小相等、方向相反的電流注入電網，來實現(xiàn)主動地控制電網電流的諧波含量
[1] 。APF電流檢測電路的原理圖如下圖2所示。
