摘要：有源電力濾波器對抑制電網諧波、保證電網安全穩定運行起著重要的作用。由于電網諧波變化快，波動性強，因此，諧波檢測的精度和快速響應性能稱為有源電力濾波器研究的關鍵技術之一。LEM傳感器具有隔離性能好、精度高、響應快、類型齊全等特點，其應用保證了有源電力濾波器具有很好的控制精度和動態性能。
關鍵詞：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
隨著電力電子技術的飛速發展，大量的電力電子裝置接入電網，在給國民經濟帶來了巨大的經濟效益的同時，也給電網帶來了諧波。電力系統諧波不僅僅會增大電網損耗，還會引起保護系統的誤動作，影響電力系統通信等，嚴重威脅著電網的安全穩定運行。“諧波污染”被公認為電力系統的一大公害[1,2]。為了抑制電力系統諧波的影響，有源電力濾波器（APF）運用電力電子裝置輸出與負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和負載之間流動，而不會影響電網。APF具有控制靈活、能對各次諧波進行動態跟蹤補償、還能抑制與電網阻抗之間的諧振等特點，對保持電網“綠色”環境起到了非常重要的作用[3]。
在APF的應用中，其控制精度和動態跟蹤性能起著關鍵的作用。通常情況下，諧波的檢測精度和動態響應速度是相互矛盾的，檢測精度的提高往往需要更多的歷史數據，這使得動態響應速度下降，此時，APF會因為輸出諧波電流與理想的補償諧波電流之間的時延而難以獲得較好的濾波效果；而動態響應的提高，往往是數據信息的提取量不夠，影響到檢測精度。這使得APF往往發生諧波補償量過補或欠補，同樣影響到APF的性能[4,5]。為了保證APF的高精度和高實時性，高性能的傳感器起著關鍵的作用。
2 APF的基本原理
圖1 有源電力濾波器的基本結構
Fig.1 Structure of APF
圖1是有源電力濾波器的基本結構框圖，其中RS和LS為電網阻抗，有源電力濾波器采用電壓源型逆變器結構。
在APF的應用中，一共用到五組LEM傳感器，其中LEM1用以檢測負載諧波電流，為APF的輸出提供參考；LEM2為電網電壓檢測；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直流側電壓，為直流側電壓的穩定控制提供反饋信號；LEM5用以檢測直流側輸出電流，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同時導通時提供快速的保護。
3 LEM傳感器的特點和選型
LEM傳感器具有精度高、實時特性好等特點，廣泛應用于儲能系統、發電系統、輸配電系統、電力機車等多個領域。LEM傳感器品種齊全，不同類型的傳感器具有不同的應用范圍。在有源電力濾波器的應用中，LEM需要選擇交流電流傳感器，為了檢測出負載電流的瞬時值，并且具有高度的實時性，需要選擇實時跟蹤輸出型電流互感器。根據負載電流的范圍，本文選用HSX 20系列電流傳感器，其測量范圍可以達到20A，隔離電壓高達2500V，采用單5V供電，響應時間小于5uS，并且具有尺寸小、測量范圍寬、抗干擾能力強等特點。LEM3需要檢測出APF輸出電流的瞬時值，LEM5需要檢測出直流側電流的瞬時值，用以判別是否有過流現象，因此，LEM3和LEM可以選用與LEM1相同規格的傳感器。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，需要用到電網電壓的瞬時值，因此LEM2需要檢測出電網電壓的瞬時值。同樣，LEM4需要檢測出直流側電容電壓的瞬時值，以便對直流側電容電壓進行穩壓控制。根據實際電壓等級，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%，響應時間在20至100uS之間，具有精度非常高、線性度好、溫漂小、響應時間短、帶寬寬、抗干擾能力強等特點。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 試驗結果
通過APF對三相全橋整流負載產生的諧波電流進行補償[6]，采用示波器對電源電流、負載電流和APF輸出電流進行檢測，其檢測結果如圖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 結論
在APF的實際應用中，檢測精度和響應速度非常重要，直接影響到APF的諧波抑制效果。LEM傳感器具有檢測精度高、響應速度快、抗干擾能力強等特點，保證了APF取得很好的諧波抑制效果。
