浅谈光伏组串电流传感器的应用.pdf

节能与新能源ENERGYSAVINGANDNEWENERGY浅谈光伏组串电流传感器的应用Discussion on the Application of Photovoltaic String Current Sensors王维维(WangWeiwei)浙江巨磁智能技术有限公司，浙江，3 140 0 1摘要：目前，国内光伏产业链各个环节已经相当完整，参与其中的厂家众多，光伏市场日趋饱和。随着光伏组件的高度集成化，新器件的工艺提升，对电流检测提出了更高的要求，包括高精度、高灵敏度、高稳定性、高可靠性和快速响应等方面。光伏组串电流检测是光伏逆变器中的一个重要功能模块，通过对组串电流的准确监测和分析，能够有效保证光伏系统的安全运行和性能优化。本文从实际应用出发，为解决常见的传感器故障等问题，提出通过选择高精度、抗干扰能力强的光伏组串电流传感器，合理安装和布置传感器等方法。关键词：光伏；组串电流；电流检测；电流传感器Abstract:At present,various links in the domestic photovoltaic industry chain are quite complete,with manymanufacturers participating,and the photovoltaic market is becoming increasingly saturated.With the high integrationof photovoltaic modules and the improvement of new device processes,higher requirements have been put forward forcurrent detection,including high precision,high sensitivity,high stability,high reliability,and fast response.Photovoltaicstring current detection is an important functional module in photovoltaic inverters.By accurately monitoring andanalyzing the string current,it can effectively ensure the safe operation and performance optimization of photovoltaicsystems.Starting from practical applications,this article proposes to solve common sensor faults and other problemsby selecting high-precision and strong anti-interference photovoltaic string current sensors,and installing and arrangingsensors reasonably.Keywords:Photovoltaic;String current;Current detection;Current sensor【中图分类号】TK514【文献标识码】B【文章编号】156 1-0 3 3 0(2 0 2 4)0 4-0 0 7 4-0 31引言太阳能具有分布广、可再生、无污染等特点，利用光伏系统对太阳能加以利用成为解决当前能源危机及缓解环境保护压力的重要手段之一。近年来，光伏装机规模快速扩大，技术进步和产业升级加快，已成为全球能源转型的重要领域。目前，国内光伏产业链各个环节已经相当完整，参与其中的厂家众多，光伏市场日趋饱和。随着光伏组件的高度集成化，新器件的工艺提升，对电流检测提出了更高的要求，包括高精度、高灵敏度、高稳定性、高可靠性和快速响应等方面。电流传感器是光伏系统中用于系统控制和状态监测的重要元件，是实现光伏组串电流检测极其关键的一环，包括对直流、交流、脉动直流及共模漏电流的测量。国家能源局National EnergyAdministration怎当前位围+首 正女发布时间：2 0 2-11-2 0记者从国家能源局获悉：裁至今年9月底，全国户用分布式光伏累计装机容量突破1亿千瓦、达1.0 5亿千瓦，助推我国光伏发电总装机规模超5亿千瓦、达5.2 亿千瓦，1.0 5亿千瓦相当于4个多三峡电站的总装机容量：据统计，目前我国衣村地区户用分布式光伏累计安装户数已超过50 0 万户，带动有效投资超过50 0 0 亿元，光伏发电可分为集中式光优发电和分布式光优发电，分布式光伏发电通常包括户用光伏、工商业分布式光伏。近年来：我国户用分布式光伏快速发展，经济性不断增强、商业模式不断创新、开发规模展创新高。实现了大规模跨越式发展，在保障电力安全可靠供应、推动能源绿色转型发展带动衣民增收就业等方面发挥了重要作用。今年1至9月，全国户用分布式光伏新增装机3 2 97.7 万千瓦，的占分布式光伏新增装机的一半，超过全国光伏新增总装机的1/4：是去年全年户用光伏新增装机规模的1.3 倍，从区域分布看，截至今年9月底，山东：河南、河北户用分布式光伏累计装机居全国前三位，装机容量分别为2 448 万千瓦、2 0 8 4万千瓦、16 6 6 万千瓦，合计6 198 万千瓦，约占全国的6 0%，据有关机构预测，我国衣村地区可安装光伏屋项面积约2 7 3 亿平方米，超过8 0 0 0 万户，开发潜力巨大，国家能源局新能源和可再生能源司相关负责人介绍，接下来将推动实施“千乡万村驭风行动”和“千家万户沐光行动”，有序推进整县屋项分布式光伏开发试点工作，持续推进分布式新能源发展。（记者丁怡婷）图1国家能源局户用光伏统计信息公开在此背景下，运用电流传感器准确监测电流，可以及时发现问题，提高光伏系统的可靠性、效率和安全性，从而推动光伏技术的发展和应用。清输入关雄字首页信息公开 领导活动新闻中心能源要闻在线办事我国户用光伏装机突破1亿干瓦来源：人民日报大中小Q74THEWORLDOFINVERTERS第2 7 卷第0 4期变频器世界2 0 2 4年0 4月2光伏组串电流检测需求光伏组串电流检测是光伏逆变器中的一个重要功能模块，可用于故障检测和故障保护、运行优化和功率控制、数据采集和监测等方面，通过对组串电流的准确监测和分析，能够有效保证光伏系统的安全运行和性能优化。光伏阵列的电路结构多为SP结构，阵列中的太阳电池组件首先通过串联方式形成一个支路，再将各个组串并联构成。如图2 所示为一个m串n并的SP结构。的工作状态，可以保证光伏阵列发生故障、组串工作出现异常时，能够及时测量该支路电流的变化情况、定位异常并发出警告，提醒用户及时检修。?V4V22?1out本V?Vs?本V?V?PV(1,DPV(1,2)PV(2.1)TPV(2.2)T1PV(m 1,1PV(m 1,2PV(m 1,n 1PV(m 1,PV(m,1)TPV(m,2TPV(m,niTpV(m,nJ图2 SP结构的光伏阵列根据IEC62548标准要求：光伏系统是否需要在每个组串中安装过流保护器件由组串并联数量确定。6.5.3Requirement for string overcurrent protectionString overcurrent protection shall be used if:The overcurrent protective devices of the DC side shall be either gPV fuses in accordancewiththe IEC 60269-6 standardor anotherdevices in accordance with IEC 60947(all parts)orIEc 60898-2,selected such that the cable current carrying capacity,module maximumreverse current rating and the maximum current of other equipment are not exceeded.注：Ns代表组串并联数量，Isc-MoD代表光伏组件短路电流，IMOD-MAX-OCPR代表光伏组件最大过电流保护额定值。当并联组串数量超过2 串时，需要在每个组串中安装过流保护器件。对逆变器而言，即每路MPPT接入的组串数量达到3 串及以上时，需要在每个组串增加过流保护器件。因此，通过在每条光伏组串中布置带有过流保护功能的芯片级传感器，检测各组串输入电流，分析各组串PV(1,n-1fFPV(2.n1)厂PV(2.DT(Ns-1)/sC_MOD)/MOD_MAX_OCPR图3 IEC62548标准要求PV(1,n图4光伏组串电流传感器嵌入方式Vout电流检测能够及时检测到电流的变化，指示故障位置，帮助工作人员快速发现故障点进行维护，缩短组件更换周期，提高光伏系统的发电效率和系统的经济性。对常见的光伏组串电流故障问题进行统计汇总，帮助我们更好的聚焦日常应用过程中光伏组串的电流检测需求。（1）组串短路：当光伏组串中存在短路时，电流会迅速增大，导致电流异常高。短路通常是由于组串内部连接线路的损坏、电池板损坏或接触不良等原因引起的。（2）组串开路：组串开路是指光伏组串中存在断路或开路现象，导致电流无法正常通路。在组串开路情况下，电流将为零或非常低。（3）组串接触不良：光伏组串中，如果连接线路或连接器出现松动、腐蚀或接触不良，会导致电流传输受阻或中断，从而引起电流异常。（4）组串温度过高：当光伏组串发生过载或电路故障时，会导致组串温度升高。高温会影响电池板的发电效率和稳定性，从而引起电流异常。（5）组串电池老化：光伏组串中的电池板随着使用时间的增加，可能会出现老化、损坏或性能下降的情况，导致电流输出异常。3光伏组串电流传感器的实际应用为满足上文中提及的光伏组串电流检测需求，电流WWW.CA168.COM75节能与新能源ENERGYSAVINGANDNEWENERGY传感器的角色至关重要。电流传感器一般用于测量和监测光伏组串中的电流输出，以实时获取电流值，并将其传输给光伏逆变器或其他控制系统。在实际应用过程中，多种因素的共同作用可能会导致传感器故障的发生，进而导致电流检测效果不佳，对光伏系统的稳定运行产生不可忽视的影响。对使用过程中造成电流传感器测量误差的具体问题进行汇总，总结如表1所示。表1光伏组串电流传感器实际应用过程中产生的具体问题汇总具体问题精度温度漂移外部电源供电一些光伏组串电流传感器需要外部电源供电，这增加了安装和使用的复杂性，也可能存在电源故障或不稳定的问题。日常使用过程中，传感器可能出现传感元件损坏、连接线路断开等故障，因此，需要定期进行故障检测和维护，以确保传感器的故障检测和维护正常运行。外部干扰光伏组串电流传感器可能会受到外部电磁场或其他电器设备的干扰，导致测量结果出现误差。为了减少干扰，需要采取屏蔽措施或选择抗干扰能力较强的传感器。安装位置传感器的安装位置对于测量结果的准确性和可靠性至关重要。选择不当的安装位置可能导致信号损失、漂移或干扰，影响测量性能。针对以上总结的光伏组串电流传感器应用过程中产生的问题，对问题产生原因进行探究，结果如表2 所示。表2 光伏组串电流传感器应用过程中产生具体问题的原因汇总具体原因物理损伤传感器老化电气故障温度、湿度、尘埃等环境因素也可能导致电流传感器出现故障。例如，高温可能导致传感器过热损坏，湿度过大可能导致传感器环境因素内部结露，尘埃积累可能导致传感器测量结果不准确。机械疲劳长时间的工作可能会导致电流传感器的机械部件疲劳损坏，从而影响其正常工作。如果电流传感器的测量量程设置不当，可能会导致传感器的损坏。例如，当线路中的电流超出传感器的最大承受能力时，可能导超出量程详情因传感器自身性能或其他外部因素引起的检测精度下降的问题，测量结果的不准确，将直接影响光伏系统的运行和性能评估。在实际工作环境中，温度的变化会引起传感器的输出信号漂移，导致测量结果偏离真实值。电流传感器的物理损伤可能是由于线路中的震动、撞击或其他外力引起的。这些损伤可能导致传感器的线路断裂、接触不良或完全失效。随着时间的推移，电流传感器的内部元件和材料会经历老化，导致性能逐渐下降，传感器灵敏度变差，最终导致传感器检测精度的弱化。电流传感器的电气故障通常包括线路接触不良、绝缘层损坏、内部元件热损坏等。这些故障可能导致传感器的测量结果不准确或无法正常工作。致内部元件热损坏。详情针对以上问题，可以通过选择高精度、抗干扰能力强的光伏组串电流传感器，合理安装和布置传感器，避免将传感器安装在受到强烈阳光直射或高温环境的位置，避免安装在有较强电磁干扰源的附近，以及避免存在机械振动的位置。进行定期维护和故障检测，以及采取温度补偿等措施来提高光伏组串电流传感器的实际应用性能。如图5所示。Typical three phase string inverter structureDC1+DC16参考文献：1常万万.光伏阵列故障特性分析与故障定位方法研究 D.兰州交通大学,2 0 2 3.2孙建民，梁凌，李庚达等，光伏组件故障诊断技术综述 J.太阳能,2 0 2 2,(0 2):12-2 2.3苏亚超.组串式光伏发电系统直流侧多目标动态重构控制研究 D.燕山大学,2 0 2 0.4胡义华，陈昊，徐瑞东等基于最优传感器配置的光伏阵列故障诊断 J.中国电机工程学报,2 0 11,3 1(3 3):19-3 0.MPPTEMIFilterMPPT图5典型的三相串型逆变器结构应用方案L1Lc Filter图EMIFilterDC/DCDCIACL2L376THEWORLDOFINVERTERS