基于電流傳感器的太陽能裝置設(shè)計(jì)

當(dāng)太陽能電池板所產(chǎn)生的電能反饋回電網(wǎng)時(shí)(一個(gè)“電網(wǎng)連接”系統(tǒng))，可以采用兩種連接方式：

　　將太陽能電池組件與逆變器連接，經(jīng)變壓器(圖1)接入電網(wǎng)，或者將逆變器直接與電網(wǎng)連接，避免使用變壓器(無變壓器系統(tǒng))(圖2)。

　　圖 1

　　圖 2

　　另外一個(gè)解決方案是不將電能送進(jìn)電網(wǎng)，而是對用于自動化裝置加電的電池進(jìn)行充電。這就是“離網(wǎng)”。對于偏僻建筑的應(yīng)用，如開采沉陷、澳大利亞或加拿大或第三世界國家村莊內(nèi)的偏僻沉陷，以及路標(biāo)和地下光等。

　　現(xiàn)在，市場上可供應(yīng)處理從500W到10KW功率的太陽能逆變器，以及高達(dá)500KW能力的裝置也有可能，例如大型體育館地下停車場的連續(xù)照明。系統(tǒng)使用壽命可能長達(dá)20年。兩種類型的系統(tǒng)(有變壓器和無變壓器)均可提供一個(gè)單相輸出(用于較小功率系統(tǒng))或三相輸出(用于大功率系統(tǒng))，這取決于目標(biāo)電網(wǎng)和電力裝置。

　　根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的不同(包括尺寸、重量、穩(wěn)固性、與電網(wǎng)的電氣分離、價(jià)格、效率和損失)，現(xiàn)在大多使用兩種或三種不同的逆變器。為了幫助提高效率和保護(hù)系統(tǒng)，對所有類型太陽能逆變器內(nèi)的電流進(jìn)行測量很重要。

　　由于無變壓器設(shè)計(jì)中不會產(chǎn)生變壓器損失，因此是最有效的類型。在這種配置中，有時(shí)在光伏(PV)方陣和逆變器(DC/AC)之間使用一臺升壓轉(zhuǎn)換器來將組件的電壓轉(zhuǎn)換成逆變器的輸入電壓。

　　通常在剛好在PV 方陣后使用最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)組件來確保方陣工作在其最大功率運(yùn)行水平。通過使用用于跟蹤功能的電流和電壓傳感器，應(yīng)用一種特殊軟件算法和專用電子元件一起來控制電池板(電池)的工作點(diǎn)。一般來說，一臺電流傳感器可用于測量單相輸出(供到電網(wǎng)的電流)，而另一臺傳感器可用于測量輸入直流電流(10-25A)。在三相輸出的情況下，兩臺傳感器可用于測量三相輸出的交流電流。接入電網(wǎng)的DC/AC逆變器是一臺將直流信號轉(zhuǎn)換為正弦波的全橋逆變器。

　　流入電網(wǎng)的逆變器輸出電流(15-50ARMS)由一臺傳感器進(jìn)行測量，以便反饋回至控制器進(jìn)行脈寬調(diào)制(PWM)正弦波控制。控制器主要基于供有+5V電壓并與電子控制系統(tǒng)其他有源元件共享基準(zhǔn)電壓的微處理器或DSP(數(shù)字信號處理器)。LEM公司的HMS電流傳感器通過一個(gè)+5V電源來運(yùn)行。其內(nèi)部基準(zhǔn)電壓(2.5V)由一個(gè)單獨(dú)的端子提供，允許通過DSP或微處理器輕松使用傳感器。但是，傳感器還能接受來自這些相同DSP的外部基準(zhǔn)電壓(2V到2.8V之間)，傳感器從這些DSP上獲得其自身基準(zhǔn)電壓。控制系統(tǒng)所有電子元件之間的這種共生使得整個(gè)應(yīng)用效率更高(錯誤計(jì)算中的基準(zhǔn)漂移消除)。HMS電流傳感器非常適合太陽能逆變器所需要的所有電流測量。

　　電流傳感器可用于峰值電流檢測，用于真實(shí)值與設(shè)定點(diǎn)的對比。逆變器還在控制輸出頻率的系統(tǒng)中使用電流傳感器。實(shí)際上，無論頻率何時(shí)移出預(yù)選范圍，逆變器都會停止運(yùn)行一會兒(短于兩秒)。

　　由于在電網(wǎng)上(交流側(cè))需要不能超出的低直流值，因此偏移和溫度漂移必須盡可能最好。對電網(wǎng)連接的另一個(gè)要求是不能將直流電流供進(jìn)電網(wǎng)。由傳感器偏移或IGBT通信產(chǎn)生的直流電流可能會引起網(wǎng)絡(luò)麻煩。該電流可能會使變壓器產(chǎn)生飽和，這樣會使網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生更多損失和更多諧波。對于無變壓器配置，這不是個(gè)大問題。

　　盡管各國都有自己各自不同的接受值，但是共同要求都是標(biāo)稱輸出電流的0.5%或1%，或者在一些國家是一個(gè)限定值(英國為20mA，德國和比荷盧三國關(guān)稅同盟為1A，日本為100mA，中國和美國為50mA)。如果直流電流大于這個(gè)限定值，則必須將系統(tǒng)與電網(wǎng)斷開。對于是否需要測量直流電流或只是檢測臨界值，現(xiàn)在還沒有清晰的界定。

　　在未來的太陽能設(shè)計(jì)中，該電流可能會予以補(bǔ)償。直流元件會通過測量交流電流的平均值來計(jì)算;這代表直流元件。因此，逆變器控制環(huán)路中所使用的電流傳感器直流偏移應(yīng)該盡可能的低。而且，應(yīng)避免由于逆變器IGBT切換延遲而產(chǎn)生的直流偏移或使其盡可能的小。該直流偏移可導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)分配變壓器產(chǎn)生飽和。為了減小這個(gè)直流偏移，正在開發(fā)新的逆變器拓?fù)浼夹g(shù)。

　　HMS電流傳感器外形尺寸僅僅為16 (長) x 13.5(寬) x 12(高)mm

　　而且，當(dāng)印刷電路板上用于電流測量的空間很緊張時(shí)，理想情況是將初級導(dǎo)體進(jìn)行集成。將這些模塊直接表面貼裝到印刷電路板上，從而降低制造成本，同時(shí)也避免混淆各種焊接工藝。除了外形尺寸小之外，HMS設(shè)計(jì)還實(shí)現(xiàn)了8mm漏電和間隙距離。通過一個(gè)600 CTI對其塑料管殼進(jìn)行累積，使得HMS具有高隔離性能(測試隔離電壓：4.3 kVRMS/50 Hz/1分鐘)。

　　可提供涵蓋標(biāo)稱交流、直流、脈沖和混合隔離電流測量的四種標(biāo)準(zhǔn)模塊，這些模塊可在寬至± 3 x IPN的測量范圍內(nèi)測量高達(dá)50kHz的5、10、15或20 ARMS電流。四種模塊的機(jī)械設(shè)計(jì)完全相同，因此這些模塊可用于測量整個(gè)最終產(chǎn)品范圍的電流。增益和偏移為固定值并進(jìn)行了設(shè)定，因此，在lpn，輸出電壓等于輸入或輸出基準(zhǔn)電壓± 0.625 V。

　　設(shè)計(jì)與開環(huán)霍爾效應(yīng)技術(shù)共同使用的獨(dú)特LEM ASIC已經(jīng)用于改善性能。除了與傳統(tǒng)離散技術(shù)相比更寬的工作溫度范圍(-40到+85°C)之外，這些性能改善還包括更好的偏移和增益漂移以及線性度。

　　傳感器標(biāo)有CE標(biāo)識，符合EN 50178標(biāo)準(zhǔn)。

　　這些傳感器可用于諸如電力逆變器(太陽能、風(fēng)力等)等工業(yè)場合以及家用電器、變速驅(qū)動器、UPS、開關(guān)電源(SMPS)和空調(diào)，使這些裝置的效率更高。