淺談光伏組串電流傳感器的應(yīng)用與產(chǎn)品選型

單位：浙江巨磁智能技術(shù)有限公司 作者：王維維

一、引言

太陽(yáng)能具有分布廣、可再生、無(wú)污染等特點(diǎn)，利用光伏系統(tǒng)對(duì)太陽(yáng)能加以利用成為解決當(dāng)前能源危機(jī)及緩解環(huán)境保護(hù)壓力的重要手段之一。近年來(lái)，光伏裝機(jī)規(guī)?？焖贁U(kuò)大，技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)加快，已成為全球能源轉(zhuǎn)型的重要領(lǐng)域。

圖1國(guó)家能源局戶用光伏統(tǒng)計(jì)信息公開

目前，國(guó)內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)已經(jīng)相當(dāng)完整，參與其中的廠家眾多，光伏市場(chǎng)日趨飽和。隨著光伏組件的高度集成化，新器件的工藝提升，對(duì)電流檢測(cè)提出了更高的要求，包括高精度、高靈敏度、高穩(wěn)定性、高可靠性和快速響應(yīng)等方面。電流傳感器是光伏系統(tǒng)中用于系統(tǒng)控制和狀態(tài)監(jiān)測(cè)的重要元件，是實(shí)現(xiàn)光伏組串電流檢測(cè)極其關(guān)鍵的一環(huán)，包括對(duì)直流、交流、脈動(dòng)直流及共模漏電流的測(cè)量。

在此背景下，運(yùn)用電流傳感器準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)電流，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，提高光伏系統(tǒng)的可靠性、效率和安全性，從而推動(dòng)光伏技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

二、光伏組串電流檢測(cè)需求

光伏組串電流檢測(cè)是光伏逆變器中的一個(gè)重要功能模塊，可用于故障檢測(cè)和故障保護(hù)、運(yùn)行優(yōu)化和功率控制、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)等方面，通過對(duì)組串電流的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)和分析，能夠有效保證光伏系統(tǒng)的安全運(yùn)行和性能優(yōu)化。

光伏陣列的電路結(jié)構(gòu)多為SP結(jié)構(gòu)，陣列中的太陽(yáng)電池組件首先通過串聯(lián)方式形成一個(gè)支路，再將各個(gè)組串并聯(lián)構(gòu)成。如下圖所示為一個(gè)m串n并的SP結(jié)構(gòu)。

圖2 SP結(jié)構(gòu)的光伏陣列

根據(jù)IEC 62548標(biāo)準(zhǔn)要求：光伏系統(tǒng)是否需要在每個(gè)組串中安裝過流保護(hù)器件由組串并聯(lián)數(shù)量確定。

圖3 IEC 62548標(biāo)準(zhǔn)要求

注：

注：Ns代表組串并聯(lián)數(shù)量，Isc-mod代表光伏組件短路電流，Imod-max-ocpr代表光伏組件最大過電流保護(hù)額定值

當(dāng)并聯(lián)組串?dāng)?shù)量超過2串時(shí)，需要在每個(gè)組串中安裝過流保護(hù)器件。對(duì)逆變器而言，即每路MPPT接入的組串?dāng)?shù)量達(dá)到3串及以上時(shí)，需要在每個(gè)組串增加過流保護(hù)器件。

因此，通過在每條光伏組串中布置帶有過流保護(hù)功能的芯片級(jí)傳感器，檢測(cè)各組串輸入電流，分析各組串的工作狀態(tài)，可以保證光伏陣列發(fā)生故障、組串工作出現(xiàn)異常時(shí)，能夠及時(shí)測(cè)量該支路電流的變化情況、定位異常并發(fā)出警告，提醒用戶及時(shí)檢修。

圖4光伏組串電流傳感器嵌入方式

電流檢測(cè)能夠及時(shí)檢測(cè)到電流的變化，指示故障位置，幫助工作人員快速發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)進(jìn)行維護(hù)，縮短組件更換周期，提高光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率和系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。對(duì)常見的光伏組串電流故障問題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總，幫助我們更好的聚焦日常應(yīng)用過程中光伏組串的電流檢測(cè)需求。

（1）組串短路：當(dāng)光伏組串中存在短路時(shí)，電流會(huì)迅速增大，導(dǎo)致電流異常高。短路通常是由于組串內(nèi)部連接線路的損壞、電池板損壞或接觸不良等原因引起的。

（2）組串開路：組串開路是指光伏組串中存在斷路或開路現(xiàn)象，導(dǎo)致電流無(wú)法正常通路。在組串開路情況下，電流將為零或非常低。

（3）組串接觸不良：光伏組串中，如果連接線路或連接器出現(xiàn)松動(dòng)、腐蝕或接觸不良，會(huì)導(dǎo)致電流傳輸受阻或中斷，從而引起電流異常。

（4）組串溫度過高：當(dāng)光伏組串發(fā)生過載或電路故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致組串溫度升高。高溫會(huì)影響電池板的發(fā)電效率和穩(wěn)定性，從而引起電流異常。

（5）組串電池老化：光伏組串中的電池板隨著使用時(shí)間的增加，可能會(huì)出現(xiàn)老化、損壞或性能下降的情況，導(dǎo)致電流輸出異常。

三、光伏組串電流傳感器的實(shí)際應(yīng)用

為滿足上文中提及的光伏組串電流檢測(cè)需求，電流傳感器的角色至關(guān)重要。電流傳感器一般用于測(cè)量和監(jiān)測(cè)光伏組串中的電流輸出，以實(shí)時(shí)獲取電流值，并將其傳輸給光伏逆變器或其他控制系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用過程中，多種因素的共同作用可能會(huì)導(dǎo)致傳感器故障的發(fā)生，進(jìn)而導(dǎo)致電流檢測(cè)效果不佳，對(duì)光伏系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生不可忽視的影響。對(duì)使用過程中造成電流傳感器測(cè)量誤差的具體問題進(jìn)行匯總，總結(jié)如下：

表1光伏組串電流傳感器實(shí)際應(yīng)用過程中產(chǎn)生的具體問題匯總

針對(duì)以上總結(jié)的光伏組串電流傳感器應(yīng)用過程中產(chǎn)生的問題，對(duì)問題產(chǎn)生原因進(jìn)行探究，結(jié)果如下：

表2光伏組串電流傳感器應(yīng)用過程中產(chǎn)生具體問題的原因匯總

針對(duì)以上問題，可以通過選擇高精度、抗干擾能力強(qiáng)的光伏組串電流傳感器，合理安裝和布置傳感器，避免將傳感器安裝在受到強(qiáng)烈陽(yáng)光直射或高溫環(huán)境的位置，避免安裝在有較強(qiáng)電磁干擾源的附近，以及避免存在機(jī)械振動(dòng)的位置。進(jìn)行定期維護(hù)和故障檢測(cè)，以及采取溫度補(bǔ)償?shù)却胧﹣?lái)提高光伏組串電流傳感器的實(shí)際應(yīng)用性能。

四、產(chǎn)品選型

ME2系列電流傳感器基于Magtron Quadcore?的高性能電流傳感器芯片，采用開環(huán)霍爾技術(shù)，適用于隔離條件下的交直流、脈沖電流和任何其他波形電流的測(cè)量，測(cè)量時(shí)一次側(cè)與二次側(cè)完全絕緣。在全溫區(qū)下具有高精度、高線性的輸出特性。器件安裝方式為PCB插件，具有可靠的固定引腳，安裝便捷且具有良好的散熱效果。適用于光伏匯流箱、光伏逆變器組串、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)、不間斷電源等工業(yè)產(chǎn)品應(yīng)用。

產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)：

體積小、低成本、高可靠性、低插入損耗、抗干擾能力強(qiáng)、響應(yīng)迅速、方便安裝

產(chǎn)品特點(diǎn)：

高精度、高線性度、低零漂、低溫漂、響應(yīng)迅速。

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審核編輯 黃宇