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有源滤波器中电流传感器噪声抑制电路

信息来源:chuandong.biz  时间:2011-04-22  浏览次数:222

  随着用电设备类型的日益增多,出现了很多非线性负载,此类负载在运行过程中,产生大量的高次谐波,这些谐波对于电网中的电力设备有着很强的危害,因此供电部门对于谐波的注入量有着严格的限制。有源滤波器的设计思路是向电路注入除基波电流以外的电流,从而抵消系统中原有的谐波电流,使得系统电流中只有需要的基波电流。不同于并网逆变器,有源电力滤波器本身发出的电流为非正弦波形。这就意味着应用传统的数字信号处理算法消除噪音的方法在这里不完全适用,而实际应用中来自外部的干扰极大地影响了系统的运行。在此重点讨论电流传感器的选择和采样调理电路的设计,从而使得.由于这两者的非理想性对系统的影响最小。
  1?有源电力工作原理简介
  有源滤波电路如图1所示。其中两组电流传感器分别用来检测负载电流Iload。以及滤波器的实发补偿电流Icom。信号变压器传递三相系统交流电压Usys,而直流电压传感器负责传递直流端电容电压Udc。
  负载电流被DSP读入之后,经过运算,可以获得三相负载电流当中的正序有功电流,而补偿的目的是使得系统端电流只含有正序有功电流。获得了负载电流的正序有功基波电流之后,将负载电流与基波有功正序电流之差看作是有源滤波器输出的指令,使得有源滤波器输出该电流,系统端电流即为正序有功电流。
  如何发出指令所需的电流是补偿效果的关键。可以将有源滤波器视为一个逆变电流源,调制电压经过连接电抗在电路中形成相应的电流,遵循公式如下:
  式中:Uout为逆变器发出的电压;Usys为三相系统的电压;R为系统等效电阻,初次调试可视为零;L为连接电抗电感值;Icom为有源电力滤波器实际发出的三相电流;在离散系统下dIcom/?dt可视为△I/△T,△I可以为期望的指令电流Iinst(指令电流为经过计算的需要补偿的电流)和实际补偿电流Icom的差值,及△I=Iinst-Icom,△T是离散系统的采样周期,式(1)可写为:
  当忽略系统内阻时(2)式可写为:
  从式(3)可看出,为了让有源电力滤波器发出与Iinst指令电流相同的实际电流,只需控制IGBT发出Uout电压,即可获得期望电流.而为了获得Uout指令,必须知道式(3)中其余参数。其中L,△T,Usys均为已知量,因此只需知道Iinst和Icom即可求得Uout,从而在连接电感中获得所需电流。因此精确地补偿电流和精确的指令电流是补偿精度的关键,而指令电流又是由负载电流经过运算获得的,因此准确地获得负载和补偿电流是关键所在。
  2?分?析
  逆变器电路在工作时会产生许多高频电流谐波,这些高频谐波会产生高频电磁场,这些空间分布的高频电磁场会在采样电路中产生很多干扰,会在信号传输线路当中产生很多电压干扰信号。由于导线分布参数的复杂和非线性特征。这些干扰的电压信号往往体现为噪音信号,噪声是不能够被信号滤波器完整滤除的,通过低通滤波之后,其截止频率以下的噪音信号任然保留,而这些噪音信号将参与整个系统的运算,最终影响发出,使得有源电力滤波器的实际的效果大打折扣。电流采样回路框图如图2所示。
  各部作用如下:
  (1)传感器。采集电力设备中的各个信号,使之转化为计算机系统所能识别的信号。传感器一般要求精度较高,线性度较好,温漂尽可能小。对于电力系统中的传感器通常对于不同被测目标做如下选型:通常使用变压器(PT)做交流电压信号输入;使用电流互感器或者霍尔传感器做电流输入。
  (2)传输线路。将传感器(互感器)输出的电信号传递给低通滤波电路.一般为导线即可。
  (3)低通滤波器。电力系统中的电压电流信号一般不能直接送到A/D转换器的输入端,同时PWM调制使得逆变器输出中存在调制频率附近的电流信号。这些信号也会被传感器(互感器)送回采样调理回路,而这些高频谐波是应该尽量避免的,因此调理回路当中加入低通滤波器将这些高次谐波滤除并对信号做适当缩放。
  3?设?计
  为了使信号能够尽可能地少受到噪音的干扰.需要对以上分析的三个环节做充分的设计。电流互感器和霍尔型电流传感器的选择,电流互感器遵循电磁感应定律只能传递交变信号。而霍尔传感器利用霍尔效应可以传递各类电流信号,由于有源电力滤波器有滤除电流不平衡度的需求,因此需要采集直流分量信号,所以选择霍尔传感器。霍尔传感器按输出方式分为电压和电流型。电压型输出有利于后级运放电路处理,但由于前文所述的噪声信号在导线中体现为电压噪声信号,因此,电压输出型传感器的抗干扰能力很弱。经过试验比较,选择了电流输出型的闭环电流传感器。
  
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