可再生能源电流传感

亚历克斯·莱瑟姆，系统工程师，
肖恩米兰，战略营销经理
雷竞技竞猜下载快板微系统公司有限责任公司

在并网光伏发电系统，设计人员必须着眼于最大限度地减少每瓦的成本投资带来最大的投资回报

随着对全球能源需求的日益关注和环境意识的全面扩张，电力电子应用的设计者们面临着不断提高效率的压力。雷竞技最新网址智能电网、插电式混合动力汽车(PHEV)、全电池电动汽车(BEV)以及并网光伏(PV)等并网可再生能源系统的出现，要求开发高效的功率逆变器。通常，更高的效率伴随着更高的应用程序成本和更低的性能。

真正的技术进步能够提高效率，同时保持或提高成本和性能。例如，随着微处理器的成本持续下降，更先进的控制算法可以廉价地嵌入到以前简单、低效和性能差的模拟控制是标准的应用程序中。雷竞技最新网址

随着这种趋势继续，对于性能和成本的限制因素是转移到用于高级控制算法所需的许多传感器。

对于在并网光伏系统中使用的电流传感器，设计的重点一直是最小化每瓦特成本，以提供太阳能投资的最佳可能回报(图1)。

图1所示。整个电网系统都需要电流传感器，用于控制转换器和逆变器，优化太阳能电池板的功率提取，以及故障检测以确保安全。

光伏系统

对于并网光伏系统，太阳能电池板的能量转换通常分为两个阶段。首先，DC / DC转换器用于将面板或阵列的电压转换为接近电网电压的电压，以及最大化从面板提取的功率。然后，一个逆变器被用来从直流转换到交流，并与电网同步。作为一个整体，没有标准或广泛认可的拓扑结构，因为每一个转换系统通常是由一个制造商整体设计的;每个阶段的设计和优化都是为了与其他阶段一起最有效地工作，以产生最高的整体效率。无论系统设计如何，电流传感器在不同转换阶段的控制中起着重要的作用，直接影响着系统的效率和有效性。

转换和MPPT

在任何光电转换系统，最大功率点跟踪（MPPT）是一个重要的方面，从数组使最大能量提取。的MPPT算法的效率是由用于反馈传感器大大影响。MPPT的基础是，在任何给定时间每个太阳能电池板的I-V曲线表示最佳工作点，或最大功率点（MPP，参见图2）。然而，也很明显的是，I-V曲线，并随后在MPP既要对付辐射和温度的变化。这是MPPT算法的任务不断搜索MPP。

有许多不同的MPPT算法;然而，大多数操作是通过测量功率——无论是在DC/DC变换器的输入或输出阶段——并改变变换器的工作点，沿着I-V曲线移动，以找到MPP。这些算法基本上都执行某种形式的梯度上升，估计电流(或电压)对功率曲线的斜率，并使用它来确定如何改变工作点。如果斜率为正，工作点增大;如果为负，则工作点减小。

其中最常见的算法被称为扰动和观测。在这里，从太阳能电池板或阵列的功率进行测量，工作点被改变，并且该电源再次测量。如果电源上升，操作点被移动在同一方向;如果电源出现故障，操作点在相反方向上移动。这导致MPP跟踪，但它也导致周围的MPP稳态振荡。为了最小化稳态振荡可以减少的步长的大小。然而，更新速度必须增加，以保持跟踪速度。

最终，跟踪效率的限制因素将是功率测量中的噪声。这是因为将步长减小到功率测量的噪声水平将使算法混乱，并导致MPP周围的振荡。所有“爬坡”算法，包括扰动和观测，以及增量电导，或波纹相关控制，等等，都将从根本上受到功率测量传感器噪声的限制。

图2.示出了以上的I-V曲线与两个辐照度和温度如何变化的曲线图。随后，最大功率点（MPP）会发生变化，跟踪算法必须确定新的MPP。

对于大多数最大功率跟踪应用程雷竞技最新网址序，电流传感器所需的带宽为数百赫兹，这意味着通常将过滤或平均传感器的输出，以降低噪声和提高跟踪效率。然而，如果使用波纹相关控制，传感器是必要的，它使用DC / DC转换器的固有输入纹波来测量电压与功率曲线的斜率。

逆变器级

在光伏系统中，DC / DC转换器级之后通常是一个逆变器级，其为结系统的输出到电网（见图1）。这个信号必须符合公用系统的要求，其中包括适当的同步到电网和较低的总谐波失真（THD）。电流传感器都需要在系统的控制回路，以确保到电网的正确连接。传感器必须不仅准确地测量交流和直流电流，它们必须具有高动态性能：需要非常快速的响应时间快速应对网格中的任何变化，切断或短路的情况下，断开系统（即，接地故障），或者电网连接（防孤岛）的损失。还需要高输出带宽在系统中的不同点来测量高频交流电流和谐波。

对于没有变压器或具有高频变压器的逆变器，传感器必须表现出与温度（高准确度）低失调漂移，以便控制在供给到电网的交流电流的直流分量。条例从国家而异，此DC电流限制，但通常是小：达到几十到上百毫安。

在一个典型的逆变器的结构，有许多的，其中可以使用一个电流传感器的位置（参见图3）。虽然人们可以使用一种昂贵的，高精度的电流传感器，但也可以通过在与已经必需的系统的微处理器一起使用的一个或多个经济电流传感器IC，以实现高的精度。板载智能可用于校准了偏移误差。例如，将有时间周期，其中传感器2和3将具有流过它们没有电流。在这些周期中的一个可以品尝传感器IC的输出，并使用移动平均滤波器来产生用于该传感器IC的内部零安培数输出参考，显着地降低了失调漂移，仅由平均滤波器的噪声和尺寸的限制。

图3。在这张典型的逆变器配置图中可以看到多个电流传感器。为简单起见，没有显示过滤器组件;然而，它们通常会被放置在变压器的任何一边(如果有一个被使用)，设计师经常使用变压器的漏感作为滤波器的一部分。

例如，使用一ACS710-6BB在20 kHz采样(通过适当的滤波以避免抗混叠)，并平均2,000个样本(通过传感器IC的零电流流过的许多不同时间)，可以达到1.5 mA的分辨率，零电流偏移可以校准。当这个校准传感器IC与另一个传感器放在系列IC,如传感器4、两者之间的关系可以确定,校准传感器4将提供一个非常低的抵消温度漂移,允许它用于感应电流的直流分量的网格。最终，在逆变器应用中，有许多类似的技术可以根据特定的拓扑结构和选择的控制方案动态校准电流传感器，可以降低整体系统成本，并提供显著的空间节省。雷竞技最新网址

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