1 引言

　　隨著石油、煤炭為主的傳統(tǒng)能源日益緊張、環(huán)境成 本日益增長的現(xiàn)在，對清潔安全的可再生能源需求不斷提 高。光伏發(fā)電具有經(jīng)濟、環(huán)保，建設(shè)周期短，投資和運維 成本低的優(yōu)勢，能與大電網(wǎng)供電形成互補和替代。隨著 十八大“五位一體”指導(dǎo)思想的提出，光伏發(fā)電以其自身無 污染、可再生的特點，逐步成為促進經(jīng)濟發(fā)展的戰(zhàn)略先導(dǎo) 產(chǎn)業(yè)，蘊含著巨大的市場空間。

　　2023年光伏新增裝機創(chuàng)下新高，根據(jù)國家能源局數(shù) 據(jù)，截至2023年12月底，全國太陽能發(fā)電累計裝機容量 達6.1億千瓦(圖1);正式超越水電，成為全國第二大能 源。同時，光伏新增裝機容量達到216.88GW，同比增長 148%，也創(chuàng)下歷史新高。

　　國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)經(jīng)過多年發(fā)展，產(chǎn)業(yè)鏈完整，相關(guān)公司 數(shù)量非常多，僅全國企業(yè)名字中帶有“太陽能光伏”關(guān)鍵詞 的企業(yè)就有60175家。隨著產(chǎn)品競爭壓力加大，對產(chǎn)品的技 術(shù)和安全性要求也不斷提高。

　　在這一背景下，用戶對光伏逆變器電流檢測的要求不 斷提高，這些也使得電流檢測傳感器正在朝著高精度、高穩(wěn)定性和快速響應(yīng)等方向發(fā)展。

　　2 光伏逆變器結(jié)構(gòu)及電流檢測

　　光伏逆變器是一種將太陽能板產(chǎn)生的可變DC直流電轉(zhuǎn) 換成AC交流電(一般220V 50Hz)的電壓轉(zhuǎn)換器。它由逆 變橋、控制邏輯和濾波電路組成。

　　光伏逆變器的工作過程是光伏板產(chǎn)生的DC直流電源(組串輸入?yún)R流)，先經(jīng)過直流EMI濾波去，去除電流波動 和電磁干擾，進入MPPT電路對電壓進行升壓;再進入逆變 電路(DC/AC電路)，在逆變電路中現(xiàn)將直流電轉(zhuǎn)換為交 流電，再將不規(guī)則的交流電整流為正弦波交流電，再由輸 出端的濾波電路濾除逆變過程中產(chǎn)生高頻干擾信號，從而 并入電網(wǎng)或者直接供應(yīng)負載(圖2)。

　　如圖3所示，圖中Current sensor的位置就是電流傳感 器位置，包括組串輸入?yún)R流、MPPT電路、DC/AC電路、交 流輸出電路。在工作過程中電流檢測在每一個環(huán)節(jié)都是必 不可少的。對這些位置響應(yīng)時間快、頻帶寬、精度高的電 流檢測，可以確保逆變器的正常運行和運行安全。

　　(1)光伏組串

　　在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，將若干個光伏組件串聯(lián)后，形成 具有一定直流輸出的電路單元，簡稱組件串或組串。光伏 組串電流檢測作為光伏逆變器的第一道監(jiān)控，對于故障檢 測和故障保護、運行優(yōu)化和功率控制、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測等 方面有著至關(guān)重要的作用。通過對組串電流的準確監(jiān)測和 分析，能夠有效保證光伏系統(tǒng)的安全運行和性能優(yōu)化。　　

圖 4 IEC 62548 標準要求

　　根據(jù)IEC 62548 標準要求(圖4)：光伏系統(tǒng)是否需要 在每個組串中安裝過流保護器件由組串并聯(lián)數(shù)量確定。

　　圖 5 NB/T 32004-2018 輸入要求

　　在NB/T 32004-2018中對最大輸入電流進行檢測，也 可以由組串的電流檢測傳感器進行(圖5)。

　　(2)MPPT控制器

　　MPPT控制器的全稱是最大功率點跟蹤太陽能控制器， 能夠?qū)崟r偵測太陽能板的發(fā)電電壓，并追蹤最高電壓電流 值(VI)，使系統(tǒng)以最大功率輸出對蓄電池充電。

　　電流檢測是MPPT控制所需要的，并根據(jù)其變化和電壓 信息對DC/DC變換器的PWM驅(qū)動信號占空比進行調(diào)節(jié)，用 以最大限度地提高發(fā)電效率，并在發(fā)生短路時進行過電流 檢測(圖6)。

　　圖 6 MPPT 系統(tǒng)原理框圖

　　NB/T 32004-2018 標準中對逆變器的效率做出要求 (圖7)：逆變器的最大轉(zhuǎn)換效率"和平均加權(quán)總效率"不 應(yīng)低于下圖中表15 中的要求。要求測試計算所得的動態(tài) MPPT效率不應(yīng)低于90%。這一要求既由MPPT直接決定。

　　圖 7 NB/T 32004-2018 MPPT 相關(guān)要求

　　(3)交流側(cè)電路

　　交流側(cè)電路包括DC/AC電路、交流輸出電路，其主要 是將其將前端電路所產(chǎn)生的直流電，通過電力電子開關(guān)的 導(dǎo)通與關(guān)斷，來完成逆變的功能，最終將其轉(zhuǎn)換成為用于

　　供電的交流電。對它的電流檢測可以有效了解設(shè)備的工作 狀態(tài)、動態(tài)電流狀態(tài)，使輔助電路更好的調(diào)節(jié)逆變電路動 態(tài)參數(shù)，減小偏移電流 (直流成分) 的交流電流，保障逆變 器輸出更好的連接到商業(yè)電源并出售電力。

　　在NB/T 32004-2018 標準中對光伏逆變器并網(wǎng)性能要 求如圖8所示。

　　圖 8 NB/T 32004-2018 交流輸出要求

　　3 霍爾傳感器原理及應(yīng)用

　　電流檢測常用的技術(shù)有：采樣電阻、霍爾元件與電 流互感器?；诨魻栐膫鞲衅鞣Q為霍爾傳感器，在逆 變電路中一般使用霍爾傳感器。使用霍爾傳感器進行電流 檢測最大的優(yōu)勢是霍爾傳感器與載流導(dǎo)體之間沒有電氣接 觸。因此，使用霍爾傳感器進行電流檢測時，測試設(shè)備的 安全性有非常高的保障。

　　霍爾傳感器從原理上可分為兩大類，開環(huán)霍爾元件和 閉環(huán)霍爾元件，其測量原理如圖9所示。

　　圖 9 霍爾元件原理圖

　　開環(huán)霍爾元件直接檢測由待測電流激發(fā)出的磁場磁感 應(yīng)強度;閉環(huán)霍爾元件則是在磁環(huán)上又纏繞了一組線圈，其 中電流通過反饋確定，以保證最終磁環(huán)中的磁感應(yīng)強度為0，這樣通過測量線圈中電流的大小即可推算出待測電流的大小。

　　圖 10 光儲充系統(tǒng)一體化中電流檢測流程

　　閉環(huán)霍爾元件與開環(huán)霍爾元件相比，其檢測精度較 高，并且在響應(yīng)時間、帶寬等指標上也優(yōu)于開環(huán)霍爾元 件;不過其缺點在于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，這也就導(dǎo)致了其體積 較大且成本較高。目前，開環(huán)霍爾元件使用的更多，且隨 著技術(shù)的發(fā)展，開環(huán)霍爾元件的檢測精度也在不斷提高， 與閉環(huán)霍爾元件的差距并不是很大。

　　4 光伏逆變器中霍爾傳感器的應(yīng)用選擇

　　MG系列霍爾傳感器使用Magtron Quadcore?自主研 發(fā)的高性能電流傳感器芯片，采用開環(huán)霍爾技術(shù)，適用于 隔離條件下的交直流、脈沖電流和任何其他波形電流的測 量，測量時一次側(cè)與二次側(cè)完全絕緣。

　　在-40~+105℃全溫區(qū)下具有高精度、高線性的輸出特 性，系列頻率帶寬200KHz，額定電流范圍10-50A，其中 MG50RAG最大量程更是有125A。產(chǎn)品設(shè)計安裝方式采用 PCB插件，方便客戶設(shè)計在產(chǎn)品上，具有可靠的固定引腳， 安裝便捷且具有良好的散熱效果，適用于光伏匯流箱、光伏 逆變器組串、光伏逆變器逆變電路、伺服電機驅(qū)動等工業(yè)產(chǎn) 品應(yīng)用。