近期，位于新疆哈密的我國(guó)首個(gè)“沙戈荒”新能源外送基地——新疆天山北麓戈壁能源基地，項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)入全容量并網(wǎng)發(fā)電最后沖刺階段。該項(xiàng)目采用“風(fēng)光火熱儲(chǔ)一體化”模式，基地上，數(shù)百臺(tái)百米高的大型風(fēng)機(jī)成排矗立，巨葉輕旋，化作涓涓電流，為‘疆電入渝’提供穩(wěn)定的綠色電源。

從荒漠到深遠(yuǎn)海，近年來(lái)，我國(guó)西部各省及沿海地區(qū)在風(fēng)力發(fā)電投入了大量建設(shè)，12月10日，中共青海省委在“十五五”規(guī)劃建議中提到，統(tǒng)籌源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)發(fā)展，建設(shè)“沙戈荒”大型風(fēng)電光伏光熱基地，推進(jìn)光熱發(fā)電技術(shù)運(yùn)用。在這些大型風(fēng)機(jī)中，對(duì)電流監(jiān)測(cè)的可靠性、效率和高精度控制有著極高的要求，通常比光伏、儲(chǔ)能更苛刻。

風(fēng)機(jī)變流器簡(jiǎn)介

風(fēng)機(jī)變流器（Wind Turbine Converter）是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的核心能量轉(zhuǎn)換裝置，主要負(fù)責(zé)將風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電壓、頻率不穩(wěn)定的交流電轉(zhuǎn)換為符合電網(wǎng)要求的穩(wěn)定電能。它通過(guò)整流、逆變等電力電子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)變速恒頻發(fā)電，使風(fēng)機(jī)能夠在不同風(fēng)速條件下高效運(yùn)行。

主要組成與工作原理

風(fēng)機(jī)變流器主要由功率模塊、控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成，其中包括整流器、逆變器和濾波器。功率模塊采用IGBT等半導(dǎo)體器件，通過(guò)整流器將發(fā)電機(jī)輸出的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，再經(jīng)逆變器逆變?yōu)?0Hz的恒頻交流電?？刂葡到y(tǒng)采用DSP和PLC實(shí)現(xiàn)精確控制，確保輸出電能質(zhì)量滿(mǎn)足并網(wǎng)要求。

風(fēng)電變流器主要有兩種體系：

• 雙饋型 DFIG
  架構(gòu)：機(jī)側(cè)變流器 MSC + 網(wǎng)側(cè)變流器GSC +勵(lì)磁側(cè)繞組
  電流檢測(cè)多且精度要求高，振動(dòng)與溫漂影響大。
• 全功率型 PMSG
  架構(gòu)：機(jī)側(cè)全控變流器 + DC 母線+網(wǎng)側(cè)全控并網(wǎng)變流器
  高頻大功率，要求更高 dv/dt、帶寬、更大電流范圍。

大型風(fēng)能變流器中必須配置的電流傳感器位置

行業(yè)中，大型風(fēng)能變流器一般指2MW到15MW級(jí)的并網(wǎng)變流系統(tǒng)。

1. 機(jī)側(cè)變流器（MSC）

用途：捕獲發(fā)電機(jī)實(shí)際輸出電流，實(shí)現(xiàn)電流矢量控制和功率因子調(diào)節(jié)。

關(guān)鍵監(jiān)測(cè)點(diǎn)：

• 三相發(fā)電機(jī)電流 Iu、Iv、Iw
• 橋臂電流（保護(hù)用）

要求：

• 帶寬 ≥100 kHz（尤其是PMSG + SiC模塊）
• 精度 0.5%FS 或更優(yōu)
• dv/dt ≥50 kV/μs
• 抗振動(dòng)與抗溫漂強(qiáng)（風(fēng)機(jī)艙內(nèi)環(huán)境惡劣）

常用：

• 閉環(huán)霍爾
• 差動(dòng)霍爾
• Rogowski（用于橋臂保護(hù)）

2. DC 母線電流（全功率機(jī)組）

風(fēng)電機(jī)組（尤其 3MW 以上）幾乎都采用DC母線做能量傳遞。

用途：

• 功率平衡控制
• 超速能量釋放
• DC鏈路短路快速保護(hù)

要求：

• 電流范圍大（500 A 到2000 A）
• 帶寬 10~20 kHz
• 強(qiáng)抗飽和能力（瞬間突變電流高）
• 高隔離（風(fēng)場(chǎng)雷擊和浪涌影響大）

常用：

• 母排式閉環(huán)霍爾
• 大孔徑磁平衡式傳感器

3. 網(wǎng)側(cè)變流器（GSC）

旨在與電網(wǎng)并網(wǎng)，滿(mǎn)足電能質(zhì)量和低電壓穿越 LVRT 功能。

關(guān)鍵監(jiān)測(cè)點(diǎn)：

• 三相輸出電流
• 橋臂電感電流（保護(hù)）

要求：

• 帶寬 ≥50 kHz
• 精度 0.5%FS
• 快速響應(yīng)（<2 μs，用于?LVRT/故障限流）
• dv/dt ≥50~100 kV/μs
• 強(qiáng)抗諧波與強(qiáng)抗共模

常用：

• 閉環(huán)霍爾
• 差動(dòng)霍爾（保護(hù)）
• Rogowski 線圈（尤其用于GSC臂電流）

4. 勵(lì)磁側(cè)電流（DFIG 特有）

雙饋風(fēng)機(jī)的勵(lì)磁繞組需要高精度電流檢測(cè)以控制轉(zhuǎn)子側(cè)電流。

用途：

• 轉(zhuǎn)子電流控制
• 功率因子調(diào)節(jié)
• 故障期間快速抑制不穩(wěn)定振蕩

要求：

• 精度優(yōu)于 0.5%FS
• 溫漂極低（風(fēng)機(jī)機(jī)艙溫度變化大）
• 抗振動(dòng)能力高

常用：

• 閉環(huán)霍爾
• 分流器+隔離放大（成本敏感機(jī)型）

5. 輔助電源（Pitch 系統(tǒng)、Yaw 系統(tǒng)等）

槳距控制器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、剎車(chē)系統(tǒng)等也需要電流監(jiān)測(cè)，但要求較低。

要求：

• 5~10 kHz 帶寬
• 精度 1~3%
• 成本敏感

常用：

• 開(kāi)環(huán)霍爾
• 板載小電流霍爾芯片

除以上具體要求外，風(fēng)機(jī)因?yàn)楣r更復(fù)雜，所處的環(huán)境也很惡劣，通常還需要傳感器具備以下特性：

1. 抗溫漂能力要非常強(qiáng)

風(fēng)機(jī)機(jī)艙溫度：-40℃ 到70℃，晝夜溫差大，傳感器零點(diǎn)漂移直接影響機(jī)側(cè)電流矢量控制。

1. 抗振動(dòng)要求高

風(fēng)機(jī)塔筒和機(jī)艙振動(dòng)頻繁，要求機(jī)械結(jié)構(gòu)加固，不易開(kāi)裂。

1. dv/dt 和 EMI 要求更高

PMSG + SiC 模塊組合下，dv/dt能輕松超過(guò)100 kV/μs。
普通開(kāi)環(huán)霍爾容易被干擾導(dǎo)致采樣噪聲上升。

1. 高絕緣要求

風(fēng)場(chǎng)雷擊、地電位差等因素要求：

• 絕緣耐壓 ≥4 kVrms
• 更高浪涌承受能力

1. 可靠性壽命要求極高

風(fēng)場(chǎng)要求 20 年壽命，產(chǎn)品必須達(dá)到高M(jìn)TBF指標(biāo)。

CM9A閉環(huán)霍爾電流傳感器

CM9A系列是基于霍爾原理的閉環(huán)（補(bǔ)償）電流傳感器，用于測(cè)量直流、交流和脈沖電流。其采用的原材料符合UL 94-V0，并具有優(yōu)異的線性度、出色的精度和非常低的溫漂，原邊與副邊之間是絕緣的，沒(méi)有插入損耗，執(zhí)行: IEC 60664-1:2020、IEC 61800-5-1:2022、IEC 62109-1:2010標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵特性：

• 該系列有3個(gè)型號(hào)，額定電流分別為1500 A / 3500 A / 5000 A
• 精度：±0.3%
• 帶寬100 kHz
• 響應(yīng)時(shí)間1 μs
• 超大穿孔（φ94 mm或95 x 25 mm）
• 絕緣耐壓：6 kV、瞬態(tài)耐壓23 kV
• 工作溫度：±40~85℃

從CM9A規(guī)格參數(shù)和以上分析對(duì)比，可看出其很適合安裝部署在大型風(fēng)機(jī)系統(tǒng)以下位置：

• DC 母線電流（最佳推薦）
• PMSG 機(jī)側(cè)三相電流
• GSC 高電流輸出相電流

CM9A 在風(fēng)電變流器中的電流檢測(cè)拓?fù)鋱D

總結(jié)

在大型風(fēng)能變流器中，像CM9A這樣優(yōu)秀的大電流傳感器，直接穿過(guò)大導(dǎo)體，無(wú)需分流器或外部互感器，安全高效地用于三相電流采樣；高帶寬高動(dòng)態(tài)響應(yīng)，能快速捕捉風(fēng)電機(jī)組的電流變化和尖峰脈沖，有助于發(fā)電機(jī)控制、矢量控制和功率優(yōu)化；高精度測(cè)量保證功率計(jì)算、諧波分析和功率因數(shù)優(yōu)化的準(zhǔn)確性，有助于變流器效率優(yōu)化和發(fā)電數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)；風(fēng)電專(zhuān)用級(jí)的高絕緣能力，也可保證高壓直流與控制側(cè)電路隔離，有效提升系統(tǒng)安全性，減少設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)。