隨著可再生能源逐漸取代大型化石燃料發(fā)電，但可再生能源的波動(dòng)性容易對電網(wǎng)造成沖擊，于是引入構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)穩(wěn)定可再生能源電網(wǎng)。

12月6日，迄今為止全國最大甚至全球最大的構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能電站項(xiàng)目正式投運(yùn)，該項(xiàng)目采用構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)，建設(shè)儲(chǔ)能容量為1000兆瓦/4000兆瓦時(shí)（即 1 GW/4 GWh），直接接入500千伏阿榮旗站220千伏側(cè)。該項(xiàng)目能顯著提升當(dāng)?shù)仫L(fēng)能和光伏發(fā)電消納能力，每年對外輸出綠色電力10.32億度，可減少煤耗約3億噸。那么，在這種大容量、高電壓、快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)的新型儲(chǔ)能系統(tǒng)中，如何做電流監(jiān)測呢？

構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能系統(tǒng)概況

什么是“構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能”

構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能（Grid-Forming Storage）是一種能?自主構(gòu)建并維持電網(wǎng)電壓和頻率穩(wěn)定?的先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)，通過控制變流器產(chǎn)生恒定的交流電壓源，從而獲得類似同步發(fā)電機(jī)一樣的運(yùn)行特性。與依賴電網(wǎng)相位信息的“跟網(wǎng)型儲(chǔ)能”不同，構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能不需要鎖相環(huán)（PLL）同步，能夠在弱電網(wǎng)或離網(wǎng)環(huán)境下獨(dú)立工作，為電力系統(tǒng)提供電壓和頻率支撐，主動(dòng)支撐電網(wǎng)安全，尤其適用于高比例新能源接入的電力系統(tǒng)。

構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能是構(gòu)建“雙高”新型電力系統(tǒng)的“剛需”，是解決新能源消納、電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)。

核心特點(diǎn)

• 電壓源特性：本質(zhì)是電壓源，能獨(dú)立設(shè)定和輸出穩(wěn)定電壓與頻率。
• 主動(dòng)支撐：不被動(dòng)跟隨電網(wǎng)，而是主動(dòng)提供慣量和電壓支撐，提升系統(tǒng)強(qiáng)度。
• 孤島運(yùn)行：可脫離主網(wǎng)，在微電網(wǎng)或偏遠(yuǎn)地區(qū)獨(dú)立供電。
• 虛擬同步機(jī)：等效于大型同步發(fā)電機(jī)，提供慣量和阻尼。

工作原理

• ?虛擬同步發(fā)電機(jī)（VSG）技術(shù)?：通過控制算法模擬同步發(fā)電機(jī)的慣性、阻尼特性，使儲(chǔ)能系統(tǒng)像傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)一樣穩(wěn)定運(yùn)行。?
• ?儲(chǔ)能變流器（PCS）?：作為核心硬件，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)有功和無功輸出，毫秒級響應(yīng)電網(wǎng)需求。

單級式儲(chǔ)能PCS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖??

與傳統(tǒng)“跟網(wǎng)型”儲(chǔ)能的對比

• 跟網(wǎng)型（并網(wǎng)型）：依賴電網(wǎng)信號，被動(dòng)適應(yīng)，像“四肢”執(zhí)行功率調(diào)節(jié)。
• 構(gòu)網(wǎng)型：主動(dòng)“創(chuàng)造”電網(wǎng)，像“心臟”維持生命體征，提供穩(wěn)定基底。

構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能系統(tǒng)電流監(jiān)測要求

構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能系統(tǒng)不是跟著電網(wǎng)走，而是給電網(wǎng)定規(guī)則，主動(dòng)建立電網(wǎng)電壓、頻率、慣量支撐，響應(yīng)速度遠(yuǎn)高于普通逆變器。因此，電流傳感器的要求明顯更高。

高精度

系統(tǒng)需實(shí)時(shí)監(jiān)測電池充放電電流（用于SOC估算、過流保護(hù)等）和PCS輸出電流（用于功率控制、諧波分析），測量精度直接影響系統(tǒng)決策和電網(wǎng)質(zhì)量。例如，電池管理系統(tǒng)（BMS）中電流監(jiān)測的典型精度需達(dá)到±1% @25℃，而磁通門技術(shù)甚至能實(shí)現(xiàn)0.01%的極高精度。

高頻帶寬 & 快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)

構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能需應(yīng)對電網(wǎng)的瞬時(shí)波動(dòng)，電流傳感器需具備?快速響應(yīng)能力?（如跟蹤時(shí)間≤5μs）和?寬動(dòng)態(tài)范圍?，以準(zhǔn)確捕捉從幾十mA到上千A的電流變化，滿足從模塊級監(jiān)測到系統(tǒng)出口的全場景需求。

極端環(huán)境下的穩(wěn)定性

傳感器需在?寬溫范圍?（如-40℃~150℃）、?強(qiáng)電磁干擾?（如10kV/m）、?高濕度/多塵?（IP67防護(hù)等級）等復(fù)雜工況下保持穩(wěn)定輸出，確保數(shù)據(jù)可靠。

?高隔離與安全性

高壓直流系統(tǒng)要求傳感器具備?高隔離耐壓?（如4.8kV），保障人員安全和設(shè)備絕緣。同時(shí)，?無插入損耗?設(shè)計(jì)可避免影響系統(tǒng)效率。

寬量程與過載能力

量程范圍：需覆蓋從空載到2倍額定電流的寬范圍，以應(yīng)對構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能在故障穿越或暫態(tài)過載時(shí)的大電流工況（如1.5倍過載持續(xù)10秒）。

過載耐受：傳感器需具備短時(shí)過載能力（如3倍額定電流持續(xù)1秒），避免在電網(wǎng)故障時(shí)損壞。

多維度監(jiān)測需求

三相不平衡監(jiān)測：構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能需獨(dú)立支撐三相電壓，因此需實(shí)時(shí)監(jiān)測三相電流的幅值和相位差，確保輸出電壓的對稱性。

諧波與直流分量：需監(jiān)測電流中的諧波含量（如THD<3%）和直流分量，防止諧波注入電網(wǎng)或影響變流器安全。

寬頻帶監(jiān)測：需覆蓋0.1Hz～1kHz的寬頻帶，以識別電網(wǎng)的次同步振蕩或高頻噪聲。

可靠性與冗余設(shè)計(jì)

冗余配置：關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)（如并網(wǎng)點(diǎn)PCC）需采用雙重或三重冗余的電流傳感器，確保單一傳感器故障時(shí)系統(tǒng)仍能穩(wěn)定運(yùn)行。

抗干擾能力：傳感器需具備高共模抑制比（CMRR>120dB）和電磁兼容（EMC）設(shè)計(jì)，抵御變流器開關(guān)噪聲和電網(wǎng)諧波干擾。

自診斷功能：需集成實(shí)時(shí)自檢機(jī)制，如傳感器斷線、飽和或漂移檢測，并觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作。

與控制系統(tǒng)的協(xié)同

閉環(huán)控制：電流監(jiān)測數(shù)據(jù)需直接接入構(gòu)網(wǎng)控制器，作為虛擬同步機(jī)（VSG）或下垂控制的反饋信號，實(shí)現(xiàn)毫秒級響應(yīng)。

故障穿越：在電網(wǎng)短路等故障時(shí)，需快速監(jiān)測故障電流，支持低電壓穿越（LVRT）或高電壓穿越（HVRT）策略。

黑啟動(dòng)支持：在離網(wǎng)或黑啟動(dòng)場景下，需監(jiān)測微電網(wǎng)內(nèi)的電流變化，確保系統(tǒng)能自主建立電壓和頻率

技術(shù)選型建議?：

構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能的控制要求非?？量蹋?/span>

• 高頻 PWM：16–48kHz
• 電流突變極快
• 故障穿越需亞毫秒級響應(yīng)

因此傳感器需要：

• 帶寬 ≥100kHz（推薦 200kHz+）
• 響應(yīng)時(shí)間 < 1–2 μs

傳統(tǒng)分流器、低帶寬霍爾、CT 很難滿足。

高性能霍爾 ASIC 和閉環(huán)霍爾成為主流選擇。

霍爾電流傳感器在構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能中的典型應(yīng)用

霍爾電流傳感器在構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能系統(tǒng)中的應(yīng)用涵蓋多方面，主要有電流監(jiān)測、保護(hù)、控制及故障診斷等多個(gè)環(huán)節(jié)。

1. PCS 主電流檢測（高帶寬 + 大電流）

如儲(chǔ)能變流器PCS的交直流側(cè)需實(shí)時(shí)監(jiān)測大電流（如±5000A），以確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

霍爾傳感器選型

閉環(huán)霍爾傳感器：

量程：100A～2000A（或更高，如CM9A 5000A）。

精度：0.3%～1%（滿足構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能的高精度要求）。

帶寬：100kHz（捕捉高頻暫態(tài)電流）。

響應(yīng)時(shí)間：<1μs（滿足毫秒級控制需求）。

技術(shù)優(yōu)勢

高隔離：原邊與副邊絕緣耐壓≥6kV，確保安全。

寬量程：覆蓋過載工況（如1.5倍額定電流）。

低溫漂：適應(yīng)戶外儲(chǔ)能的溫度變化（-40°C～85°C）

2. 電池簇 / 分支電流檢測（高精度 + 小電流）

構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池簇需監(jiān)測每個(gè)簇的充放電電流，以實(shí)現(xiàn) SOC（荷電狀態(tài)）估算和均衡控制。

霍爾傳感器選型

• 閉環(huán)霍爾傳感器（如芯森CR1A/CS1V系列）：
• 量程：50A～300A（適用于電池簇級監(jiān)測）。
• 精度：0.5%～1%。
• 響應(yīng)時(shí)間：<3μs。

技術(shù)優(yōu)勢

• 高精度：確保SOC估算的準(zhǔn)確性。
• 低功耗：減少對電池管理系統(tǒng)（BMS）的影響。
• 冗余設(shè)計(jì)：多傳感器并聯(lián)，提高可靠性

3. DC/DC 回路電流檢測（雙向高頻）

適用于光儲(chǔ)、風(fēng)儲(chǔ)、變流單元等雙向功率流場景：

• 要求帶寬高
• 雙向精度一致
• 不受 di/dt 干擾

4. 虛擬同步機(jī)（VSG）控制

構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能通過虛擬同步機(jī)（VSG）技術(shù)模擬同步發(fā)電機(jī)的慣量和調(diào)頻特性?；魻杺鞲衅饔糜诒O(jiān)測：

• 有功/無功電流：實(shí)現(xiàn)下垂控制和頻率支撐。
• 暫態(tài)電流：響應(yīng)電網(wǎng)頻率波動(dòng)。

霍爾傳感器選型

高精度閉環(huán)霍爾傳感器（如芯森CM9A系列）：

• 精度：0.1%～0.5%。
• 帶寬：10kHz～100kHz。

技術(shù)優(yōu)勢

• 高精度：確保VSG控制的準(zhǔn)確性。
• 低延遲：實(shí)時(shí)響應(yīng)電網(wǎng)頻率變化。
• 抗干擾：抑制變流器開關(guān)噪聲

霍爾傳感器在構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能中的局限性及解決方案

結(jié)語

隨著阿榮旗 1GW/4GWh 構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能項(xiàng)目投運(yùn)，中國儲(chǔ)能行業(yè)正在從“能量倉庫”進(jìn)化為“電網(wǎng)穩(wěn)定器”。在這場技術(shù)變革中，電流傳感器的價(jià)值也逐漸被放大。未來，隨著構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能全面鋪開，具備高帶寬、高隔離、高精度、高可靠的霍爾電流傳感器，將成為不可或缺的核心器件。