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能源環境新聞

電流傳感器優化現代太陽能裝置

星之球激光 來源:電子工程世界2012-07-09 我要評論(0 )   

除了諸如《京都協議書》等政治策略所帶來的動力和壓力之外,多種形式能源不斷增長的成本以及更潔凈動力源的搜尋也在推動著對諸如 太陽能 等替代能源的關注。許多新設計...

       除了諸如《京都協議書》等政治策略所帶來的動力和壓力之外,多種形式能源不斷增長的成本以及“更潔凈”動力源的搜尋也在推動著對諸如太陽能等替代能源的關注。許多新設計不斷涌現,從而最有效和高效地利用這些能源。這些設計具有當今電子技術的支持,其中包括電流傳感器

  當太陽能電池板所產生的電能反饋回電網時(一個“電網連接”系統),可以采用兩種連接方式:
 
  * 將太陽能電池組件與逆變器連接,經變壓器(圖1)接入電網,或者

 


 

  * 將逆變器直接與電網連接,避免使用變壓器(無變壓器系統)(圖2)。

 


 

  另外一個解決方案是不將電能送進電網,而是對用于自動化裝置加電的電池進行充電。這就是“離網”。對于偏僻建筑的應用,如開采沉陷、澳大利亞或加拿大或第三世界國家村莊內的偏僻沉陷,以及路標和地下光等。

  現在,市場上可供應處理從500W到10KW功率太陽能逆變器,以及高達500KW能力的裝置也有可能,例如大型體育館地下停車場的連續照明。系統使用壽命可能長達20年。兩種類型的系統(有變壓器和無變壓器)均可提供一個單相輸出(用于較小功率系統)或三相輸出(用于大功率系統),這取決于目標電網和電力裝置。
 
  根據系統設計目的不同(包括尺寸、重量、穩固性、與電網的電氣分離、價格、效率和損失),現在大多使用兩種或三種不同的逆變器。為了幫助提高效率和保護系統,對所有類型太陽能逆變器內的電流進行測量很重要。
 
  由于無變壓器設計中不會產生變壓器損失,因此是最有效的類型。在這種配置中,有時在光伏PV)方陣和逆變器(DC/AC)之間使用一臺升壓轉換器來將組件的電壓轉換成逆變器的輸入電壓。
 
  通常在剛好在PV 方陣后使用最大功率點跟蹤(MPPT)組件來確保方陣工作在其最大功率運行水平。通過使用用于跟蹤功能的電流和電壓傳感器,應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。一般來說,一臺電流傳感器可用于測量單相輸出(供到電網的電流),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。接入電網的DC/AC逆變器是一臺將直流信號轉換為正弦波的全橋逆變器。

  流入電網的逆變器輸出電流(15-50ARMS)由一臺傳感器進行測量,以便反饋回至控制器進行脈寬調制(PWM)正弦波控制。控制器主要基于供有+5V電壓并與電子控制系統其他有源元件共享基準電壓的微處理器或DSP數字信號處理器)。LEM公司的HMS電流傳感器通過一個+5V電源來運行。其內部基準電壓(2.5V)由一個單獨的端子提供,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的外部基準電壓(2V到2.8V之間),傳感器從這些DSP上獲得其自身基準電壓。控制系統所有電子元件之間的這種共生使得整個應用效率更高(錯誤計算中的基準漂移消除)。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,用于真實值與設定點的對比。逆變器還在控制輸出頻率的系統中使用電流傳感器。實際上,無論頻率何時移出預選范圍,逆變器都會停止運行一會兒(短于兩秒)。

  由于在電網上(交流側)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最好。對電網連接的另一個要求是不能將直流電流供進電網。由傳感器偏移或IGBT通信產生的直流電流可能會引起網絡麻煩。該電流可能會使變壓器產生飽和,這樣會使網絡產生更多損失和更多諧波。對于無變壓器配置,這不是個大問題。

  盡管各國都有自己各自不同的接受值,但是共同要求都是標稱輸出電流的0.5%或1%,或者在一些國家是一個限定值(英國為20mA,德國和比荷盧三國關稅同盟為1A,日本為100mA,中國和美國為50mA)。如果直流電流大于這個限定值,則必須將系統與電網斷開。對于是否需要測量直流電流或只是檢測臨界值,現在還沒有清晰的界定。

  在未來的太陽能設計中,該電流可能會予以補償。直流元件會通過測量交流電流的平均值來計算;這代表直流元件。因此,逆變器控制環路中所使用的電流傳感器直流偏移應該盡可能的低。而且,應避免由于逆變器IGBT切換延遲而產生的直流偏移或使其盡可能的小。該直流偏移可導致網絡分配變壓器產生飽和。為了減小這個直流偏移,正在開發新的逆變器拓撲技術。

  HMS電流傳感器外形尺寸僅僅為16 (長) x 13.5(寬) x 12(高)mm

 


 

  而且,當印刷電路板上用于電流測量的空間很緊張時,理想情況是將初級導體進行集成。將這些模塊直接表面貼裝到印刷電路板上,從而降低制造成本,同時也避免混淆各種焊接工藝。除了外形尺寸小之外,HMS設計還實現了8mm漏電和間隙距離。通過一個600 CTI對其塑料管殼進行累積,使得HMS具有高隔離性能(測試隔離電壓:4.3 kVRMS/50 Hz/1分鐘)。

  可提供涵蓋標稱交流、直流、脈沖和混合隔離電流測量的四種標準模塊,這些模塊可在寬至± 3 x IPN的測量范圍內測量高達50kHz的5、10、15或20 ARMS電流。四種模塊的機械設計完全相同,因此這些模塊可用于測量整個最終產品范圍的電流。增益和偏移為固定值并進行了設定,因此,在lpn,輸出電壓等于輸入或輸出基準電壓± 0.625 V。
 
  設計與開環霍爾效應技術共同使用的獨特LEM ASIC已經用于改善性能。除了與傳統離散技術相比更寬的工作溫度范圍(-40到+85°C)之外,這些性能改善還包括更好的偏移和增益漂移以及線性度。#p#分頁標題#e#

  傳感器標有CE標識,符合EN 50178標準。

  這些傳感器可用于諸如電力逆變器(太陽能、風力等)等工業場合以及家用電器、變速驅動器、UPS、開關電源(SMPS)和空調,使這些裝置的效率更高。
 

 

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