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(wǎng)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(wǎng)和電氣設備的安全經(jīng)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(wǎng)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(jù)磁補償原理制作而成，即主電流回路所產(chǎn)生的磁場,通過一個次級線圈的電流所產(chǎn)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(nèi)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(wǎng)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(wǎng)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(jù)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)囊螅覀儾捎靡环N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(jīng)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(wǎng)電流進行檢測，通過對電網(wǎng)電流采樣信號進行轉換與分析，提取出電網(wǎng)電流中的諧波與無功電流分量，從而控制有源逆變器產(chǎn)生與電網(wǎng)諧波電流大小相等、方向相反的電流注入電網(wǎng)，來實現(xiàn)主動地控制電網(wǎng)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。
