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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)，利用光伏系統對太陽(yáng)能加以利用成為解決當前能源危機及緩解環(huán)境保護壓力的重要手段之一。近年來(lái)，光伏裝機規�？焖贁U大，技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級加快，已成為全球能源轉型的重要領(lǐng)域。 
圖1 國家能源局戶(hù)用光伏統計信息公開(kāi) 目前，國內光伏產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節已經(jīng)相當完整，參與其中的廠(chǎng)家眾多，光伏市場(chǎng)日趨飽和。隨著(zhù)光伏組件的高度集成化，新器件的工藝提升，對電流檢測提出了更高的要求，包括高精度、高靈敏度、高穩定性、高可靠性和快速響應等方面。電流傳感器是光伏系統中用于系統控制和狀態(tài)監測的重要元件，是實(shí)現光伏組串電流檢測極其關(guān)鍵的一環(huán)，包括對直流、交流、脈動(dòng)直流及共模漏電流的測量。 在此背景下，運用電流傳感器準確監測電流，可以及時(shí)發(fā)現問(wèn)題，提高光伏系統的可靠性、效率和安全性，從而推動(dòng)光伏技術(shù)的發(fā)展和應用。 二、光伏組串電流檢測需求 光伏組串電流檢測是光伏逆變器中的一個(gè)重要功能模塊，可用于故障檢測和故障保護、運行優(yōu)化和功率控制、數據采集和監測等方面，通過(guò)對組串電流的準確監測和分析，能夠有效保證光伏系統的安全運行和性能優(yōu)化。 光伏陣列的電路結構多為SP結構，陣列中的太陽(yáng)電池組件首先通過(guò)串聯(lián)方式形成一個(gè)支路，再將各個(gè)組串并聯(lián)構成。如下圖所示為一個(gè)m串n并的SP結構。
圖2 SP結構的光伏陣列 根據IEC 62548 標準要求：光伏系統是否需要在每個(gè)組串中安裝過(guò)流保護器件由組串并聯(lián)數量確定。
圖3 IEC 62548 標準要求 注：N_S代表組串并聯(lián)數量，I_(SC-MOD)代表光伏組件短路電流，I_(MOD-MAX-OCPR)代表光伏組件最大過(guò)電流保護額定值。 當并聯(lián)組串數量超過(guò)2串時(shí)，需要在每個(gè)組串中安裝過(guò)流保護器件。對逆變器而言，即每路MPPT接入的組串數量達到3串及以上時(shí)，需要在每個(gè)組串增加過(guò)流保護器件。 因此，通過(guò)在每條光伏組串中布置帶有過(guò)流保護功能的芯片級傳感器，檢測各組串輸入電流，分析各組串的工作狀態(tài)，可以保證光伏陣列發(fā)生故障、組串工作出現異常時(shí)，能夠及時(shí)測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(hù)及時(shí)檢修。
圖4 光伏組串電流傳感器嵌入方式 電流檢測能夠及時(shí)檢測到電流的變化，指示故障位置，幫助工作人員快速發(fā)現故障點(diǎn)進(jìn)行維護，縮短組件更換周期，提高光伏系統的發(fā)電效率和系統的經(jīng)濟性。對常見(jiàn)的光伏組串電流故障問(wèn)題進(jìn)行統計匯總，幫助我們更好的聚焦日常應用過(guò)程中光伏組串的電流檢測需求。 （1）組串短路：當光伏組串中存在短路時(shí)，電流會(huì )迅速增大，導致電流異常高。短路通常是由于組串內部連接線(xiàn)路的損壞、電池板損壞或接觸不良等原因引起的。 （2）組串開(kāi)路：組串開(kāi)路是指光伏組串中存在斷路或開(kāi)路現象，導致電流無(wú)法正常通路。在組串開(kāi)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(xiàn)路或連接器出現松動(dòng)、腐蝕或接觸不良，會(huì )導致電流傳輸受阻或中斷，從而引起電流異常。 （4）組串溫度過(guò)高：當光伏組串發(fā)生過(guò)載或電路故障時(shí)，會(huì )導致組串溫度升高。高溫會(huì )影響電池板的發(fā)電效率和穩定性，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(zhù)使用時(shí)間的增加，可能會(huì )出現老化、損壞或性能下降的情況，導致電流輸出異常。 三、光伏組串電流傳感器的實(shí)際應用 為滿(mǎn)足上文中提及的光伏組串電流檢測需求，電流傳感器的角色至關(guān)重要。電流傳感器一般用于測量和監測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。在實(shí)際應用過(guò)程中，多種因素的共同作用可能會(huì )導致傳感器故障的發(fā)生，進(jìn)而導致電流檢測效果不佳，對光伏系統的穩定運行產(chǎn)生不可忽視的影響。對使用過(guò)程中造成電流傳感器測量誤差的具體問(wèn)題進(jìn)行匯總，總結如下： 表1 光伏組串電流傳感器實(shí)際應用過(guò)程中產(chǎn)生的具體問(wèn)題匯總
針對以上總結的光伏組串電流傳感器應用過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題，對問(wèn)題產(chǎn)生原因進(jìn)行探究，結果如下： 表2 光伏組串電流傳感器應用過(guò)程中產(chǎn)生具體問(wèn)題的原因匯總
針對以上問(wèn)題，可以通過(guò)選擇高精度、抗干擾能力強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烈陽(yáng)光直射或高溫環(huán)境的位置，避免安裝在有較強電磁干擾源的附近，以及避免存在機械振動(dòng)的位置。進(jìn)行定期維護和故障檢測，以及采取溫度補償等措施來(lái)提高光伏組串電流傳感器的實(shí)際應用性能。 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(kāi)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量，測量時(shí)一次側與二次側完全絕緣。在全溫區下具有高精度、高線(xiàn)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、伺服電機驅動(dòng)、不間斷電源等工業(yè)產(chǎn)品應用。 產(chǎn)品優(yōu)勢： 體積小、低成本、高可靠性、低插入損耗、抗干擾能力強、響應迅速、方便安裝 產(chǎn)品特點(diǎn)： 高精度、高線(xiàn)性度、低零漂、低溫漂、響應迅速。
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