为了适应新形势、新要求,并规范分布式光伏发电开发建设管理,促进分布式光伏发电高质量发展,国家能源局对2013年发布的《分布式光伏发电项目管理暂行办法》进行了修订,于2025年1月17日形成新的《分布式光伏发电开发建设管理办法》,新办法对于分布式光伏发电建设方面有了较高的要求,比如对“组串级故障检测与隔离”能力提出技术要求。
在用户和工商业光伏项目中,组件输出不均匀,或被遮挡,或老化,极易引发电流回流或热斑等问题,这就需要通过精准的电流测量对组件的状态做出评估。传统的电流检测方案是用采样电阻(如图1显示),存在以下弊端:1、精度受到温度漂移影响,误差大;2、需要搭配放大器或者调制器实现信号放大,增加额外成本高;3、响应慢,无法捕捉瞬间变化;4、无法隔离直流母线的越来越大的高压,需要另外安装隔离器件,存在安全隐患;5、无法测量高于50A的大电流,存在极大的局限性;6、易损坏,增加光伏运维成本。今天我们讨论如何通过霍尔闭环电流传感器,对光伏阵列中的分支/组件进行隔离式、高精度、高可靠地实时电流检测。
图1:采样电阻方案线路图
霍尔闭环电流传感器
工作原理:
原边电流Ip产生的磁场和输出电流I,在补偿线圈上产生的磁场大小相等,方向相反。霍尔感应器件和处理电路与补偿线圈一起输出电流Ip,该输出电流I精确反映被测电流的大小和方向。由于磁芯工作在零磁通状态,磁芯的非线性和剩磁对传感器的精度没有影响,所以霍尔闭环传感器的精度高,非线性失真小。
图2:霍尔闭环电流传感器原理图
技术特点:
— 频带宽 — 测量精度高
— 响应快 — 低温漂
— 非常好的非线性失真 — 无插入损耗
CS1V简介
芯森电子CS1V P00 系列是一款基于闭环霍尔补偿原理的高精度、高可靠性、高一致性的国产电流传感器,包含CS1V 80 P00/ CS1V 100 P00 /CS1V 150 P00 /CS1V 200 P00 /CS1V 250 P00 /CS1V 300 P00 多个型号,还可根据客户定制其它规格型号。
产品特点:
基于霍尔原理的闭环(补偿)电流传感器
原边和副边之间绝缘
原材料符合UL 94-V0
优异的线性度
出色的精度
低温漂
没有插入损耗
执行标准:
IEC 60664-1: 2020
IEC 61800-5-1: 2022
IEC 62109-1: 2010
操作温度:-40~85℃,可满足绝大多数环境下的光伏发电场景,
绝缘安全特性:
参数 | 符号 | 单位 | 数值 | 备注 |
交流隔离耐压测试有效值@ 50Hz,1min | Vd | kV | 3 | 参照标准IEC 60664-1 |
瞬态耐压1.2/50μs | VW | kV | 8 | 参照标准IEC 60664-1 |
绝缘电阻 | RIS | GΩ | >200 | @500V,TA=25℃ |
电气间隙距离(原边和副边之间) | dCI | mm | 13.3 | |
爬电距离 (原边和副边之间) | dCp | mm | 25.5 | |
外壳材料 | - | - | UL94-V0 | |
比较路经指数 | CTI | 600 | ||
应用实例 | - | - | 600V | 加强绝缘,参照标准IEC 61800-5-1, IEC 62109-1CATⅢ,PD2 |
应用实例 | - | - | 1000V | 基本绝缘,参照标准IEC 61800-5-1, IEC 62109-1CATⅢ,PD2 |
参数特点:
电压输出
供电:+5V
测量范围:80~250A
工作范围:-40~85°C
典型精度:1%
响应时间:<3μs
绝缘耐压:3kV
瞬态耐压:8kV
带宽:>200kHz
线性度:0.1%
从以上参数可看出,这一款宽量程、高精度,适配组串级测量的传感器,以 CS1V-100P00 为例,其额定测量范围为±100 A,支持最大270 A电流测量,线性误差低于±0.1%,带宽200 kHz,输出响应时间低至1μs。这种动态响应能力,在对比多个MPPT或组串电流时表现出显著优势。
CS1V采用小体积焊接封装形式,适合集成在有限空间内的 PCB 板卡上,例如用于智能汇流箱、光伏接线盒或直流测量模块中,PCB安装布局参考如下:
CS1V实际部署方式参考
在一个标准的工商业分布式光伏系统中,CS1V可部署在以下位置:
MPPT通道输入口:用于判断各通道发电一致性,便于快速锁定遮挡或失配问题;
组件支路回路:识别热斑、电缆接触不良等局部异常;
逆变器DC侧:提供精确的输入电流采样,用于实时功率控制。
CS1V典型应用电路图:
结语:
有时候不需要高成本,如进口设备堆出解决方案,恰恰相反,国产替代就能以廉价又适用,还挺稳定的完美解决问题。当政策要求逐步细化、光伏系统复杂性持续提升时,电流传感器的重要性远比过去来的更高。