DQZHAN技術(shù)訊：采用電流傳感器優(yōu)化光伏系統(tǒng)
當(dāng)太陽能電池板所產(chǎn)生的電能反饋回電網(wǎng)時(shí),可以采用兩種連接方式:一是將太陽能電池組件與逆變器連接,經(jīng)變壓器接入電網(wǎng)(見圖1);二是將逆變器直接與電網(wǎng)連接,不使用變壓器(無變壓器系統(tǒng))(見圖2)。

另外一個(gè)解決方案是不將電能送進(jìn)電網(wǎng),而是用于對自動(dòng)化裝置的電池進(jìn)行充電。這就是“離網(wǎng)”。對于偏僻建筑的應(yīng)用,例如澳大利亞、加拿大或第三世界國家村莊,以及路標(biāo)和地下照明等。
現(xiàn)在,市場上已有500W到10kW功率的太陽能逆變器,甚至還有高達(dá)500kW的太陽能裝置,例如大型體育館地下停車場的照明系統(tǒng)使用壽命可長達(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。為了提高效率和保護(hù)性能,對所有類型太陽能逆變器內(nèi)的電流進(jìn)行測量是很重要的。
由于無變壓器的設(shè)計(jì)不會(huì)產(chǎn)生電能損失,因此是*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)換器將組件的電壓轉(zhuǎn)換成逆變器的輸入電壓。
通常采用*大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)組件來確保方陣工作在*大功率運(yùn)行水平。通過使用具有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(15～50A)由一臺傳感器進(jìn)行測量,以便反饋至控制器進(jìn)行正弦波脈寬調(diào)制(PWM)控制?？刂破髦饕诠┯?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(2～2.8V),并從這些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用法使得整個(gè)應(yīng)用效率更高(錯(cuò)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(huì)停止運(yùn)行一段時(shí)間(小于2s)。
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*好。對電網(wǎng)連接的另一個(gè)要**不能將直流電流接入電網(wǎng)。由傳感器偏移或IGBT通信產(chǎn)生的直流電流可能會(huì)影響電網(wǎng)正常運(yùn)行。該電流可能會(huì)使變壓器產(chǎn)生飽和,這樣會(huì)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。
盡管各國對直流電流都有不同的接受值，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、德國和比利時(shí)、荷蘭、盧森堡為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(huì)予以補(bǔ)償,直流元件會(huì)通過測量交流電流的平均值來計(jì)算。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。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,目前一些公司正在開發(fā)新的逆變器拓?fù)浼夹g(shù)。
HMS電流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(dòng)器、UPS、開關(guān)電源(SMPS)和空調(diào),使這些設(shè)備的效率更高。

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