LV100电压传感器的应用

摘要：有源电力滤波器对抑制电网谐波、保证电网安全稳定运行起着重要的作用。由于电网谐波变化快，波动性强，因此，谐波检测的精度和快速响应性能称为有源电力滤波器研究的关键技术之一。LEM传感器具有隔离性能好、精度高、响应快、类型齐全等特点，其应用保证了有源电力滤波器具有很好的控制精度和动态性能。
关键词：LEM传感器，有源电力滤波器。
中图分类号：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
随着电力电子技术的飞速发展，大量的电力电子装置接入电网，在给国民经济带来了巨大的经济效益的同时，也给电网带来了谐波。电力系统谐波不仅仅会增大电网损耗，还会引起保护系统的误动作，影响电力系统通信等，严重威胁着电网的安全稳定运行。“谐波污染”被公认为电力系统的一大公害[1,2]。为了抑制电力系统谐波的影响，有源电力滤波器（APF）运用电力电子装置输出与负载引起的谐波电流幅值相等、相位相反的谐波电流，使谐波能量在APF和负载之间流动，而不会影响电网。APF具有控制灵活、能对各次谐波进行动态跟踪补偿、还能抑制与电网阻抗之间的谐振等特点，对保持电网“绿色”环境起到了非常重要的作用[3]。
在APF的应用中，其控制精度和动态跟踪性能起着关键的作用。通常情况下，谐波的检测精度和动态响应速度是相互矛盾的，检测精度的提高往往需要更多的历史数据，这使得动态响应速度下降，此时，APF会因为输出谐波电流与理想的补偿谐波电流之间的时延而难以获得较好的滤波效果；而动态响应的提高，往往是数据信息的提取量不够，影响到检测精度。这使得APF往往发生谐波补偿量过补或欠补，同样影响到APF的性能[4,5]。为了保证APF的高精度和高实时性，高性能的传感器起着关键的作用。
2 APF的基本原理

图1 有源电力滤波器的基本结构
Fig.1 Structure of APF
图1是有源电力滤波器的基本结构框图，其中RS和LS为电网阻抗，有源电力滤波器采用电压源型逆变器结构。
在APF的应用中，一共用到五组LEM传感器，其中LEM1用以检测负载谐波电流，为APF的输出提供参考；LEM2为电网电压检测；LEM3用以检测APF的三相输出电流，为APF的控制提供反馈信号；LEM4用以检测APF直流侧电压，为直流侧电压的稳定控制提供反馈信号；LEM5用以检测直流侧输出电流，防止直流输出电流过高，在有源逆变器相间短路或者上下桥臂功率开关同时导通时提供快速的保护。

3 LEM传感器的特点和选型
LEM传感器具有精度高、实时特性好等特点，广泛应用于储能系统、发电系统、输配电系统、电力机车等多个领域。LEM传感器品种齐全，不同类型的传感器具有不同的应用范围。在有源电力滤波器的应用中，LEM需要选择交流电流传感器，为了检测出负载电流的瞬时值，并且具有高度的实时性，需要选择实时跟踪输出型电流互感器。根据负载电流的范围，本文选用HSX 20系列电流传感器，其测量范围可以达到20A，隔离电压高达2500V，采用单5V供电，响应时间小于5uS，并且具有尺寸小、测量范围宽、抗干扰能力强等特点。LEM3需要检测出APF输出电流的瞬时值，LEM5需要检测出直流侧电流的瞬时值，用以判别是否有过流现象，因此，LEM3和LEM可以选用与LEM1相同规格的传感器。LEM2和LEM4用来检测电压信号，须选用LEM电压传感器。在APF的控制中，需要用到电网电压的瞬时值，因此LEM2需要检测出电网电压的瞬时值。同样，LEM4需要检测出直流侧电容电压的瞬时值，以便对直流侧电容电压进行稳压控制。根据实际电压等级，LEM2和LEM4可以选用LV100系列的LEM电压传感器，检测电压范围为100V至2500V，其检测误差小于0.7%，响应时间在20至100uS之间，具有精度非常高、线性度好、温漂小、响应时间短、带宽宽、抗干扰能力强等特点。其接线如图2所示

为检测电路的最大电压， 为A/D采样前置电路所能忍受的最大电压。
4 试验结果
通过APF对三相全桥整流负载产生的谐波电流进行补偿[6]，采用示波器对电源电流、负载电流和APF输出电流进行检测，其检测结果如图3、图4和图5所示，可知，APF取得了很好的谐波抑制效果。

图4 电源电流波形（10A/Div）
Fig.4 Source current

图5 APF输出电流波形（5A/Div）
Fig.5 Output current of APF
5 结论
在APF的实际应用中，检测精度和响应速度非常重要，直接影响到APF的谐波抑制效果。LEM传感器具有检测精度高、响应速度快、抗干扰能力强等特点，保证了APF取得很好的谐波抑制效果。