海上风电并网“守护者”：芯森电子CM9A霍尔闭环电流传感器助力能源转型

今天（2025年10月20）是全球风电盛会--2025北京国际风能大会暨展览会(CWP2025)举行的第一天，大会主题为“推动全球能源转型，携手实现可持续发展”，全球目光聚焦可再生能源。下个月也即将迎来第30届联合国气候变化大会（COP30）。全球风电产业迎来技术与政策多重机遇，在碳中和目标下，海上风电作为风电产业主力军，据GWEC2025报告显示，全球海上风电装机量年均增长15%，同时，正向大功率、高可靠性、以及深海迈进，海上风电机组面临高温高湿，盐雾腐蚀，以及雷击的风险，风电并网系统的大电流监测和极端环境适应性成为行业焦点。

风机逆变器/变频器简介

风机逆变器

风机逆变器是风力发电系统中的关键设备，它负责将风力发电机产生的电能进行转换和处理，以满足电网或负载的使用要求。其工作原理是通过逆变桥、控制逻辑和滤波电路，将12V/24V/32V等低压直流电或可变频率交流电转换为220V/380V 50Hz的标准交流电，适用于家用电器或电网并网。‌

海上风能逆变器由于应用场景特殊，在技术、材料和可靠性方面都与陆上逆变器有着显著差异，对电流监测的需求也远高于陆上系统，这是由海上风电高昂的运维成本、严酷的运行环境以及对电网支撑能力的更高要求所共同决定的。

鉴于海上环境的特殊性，对电流传感器本身也提出了更严格的要求：

1. 极高的可靠性与长寿命：尽最大可能与逆变器同寿命，减少更换次数。
2. 强大的环境适应性：能够抵抗海洋高盐雾、高湿度环境的腐蚀，通常需要达到更高的防护等级。
3. 优异的电气性能：

• 高精度：在宽温度范围内保持高测量精度，确保控制的准确性。
• 宽频带：能够快速响应电流变化，以适应现代逆变器的高开关频率控制。
• 良好的抗干扰能力：逆变器内部是电磁干扰极强的环境，传感器必须有优异的电磁兼容性。

4.​技术选型趋势：传统的电流互感器（CT）在逐步被霍尔效应电流传感器和更先进的磁通门传感器所替代，后者在精度、线性度、体积和带宽方面更具优势。无磁芯的罗氏线圈也被用于高频暂态电流的测量。

风机变频器

海上风机变频器是风力发电系统的核心控制单元，其主要功能是将风机叶片捕获的、转速变化不定的机械能，转换为稳定且符合电网要求的电能。

其基本工作原理是：

1. 变流：发电机发出的频率和电压不断变化的交流电，首先被整流为直流电。
2. 逆变：该直流电再通过逆变单元，被逆变为频率和电压稳定的交流电，输入电网。

在这个过程中，变频器需要实现最大功率点跟踪（MPPT）、有功无功功率控制以及并网谐波治理等复杂功能，以确保发电效率和电网安全。

海上环境的特殊挑战

与陆上风机相比，海上风机变频器面临着更为严苛的运行环境：

• 高盐雾与高湿度：腐蚀性强，对设备的绝缘性能和防护等级要求极高。
• 可维护性差：受天气和海况影响，维护窗口期短，成本高昂，因此对设备的可靠性和长寿命有极致要求。
• 振动与冲击：海浪和风机运行本身带来的持续振动，要求设备具备优异的机械稳定性。

海上风机并网系统的核心挑战

海上风机的逆变器和变频器是并网系统的核心部件，承担着将风能转化为电能并并入电网的关键任务。在这些部件中，电流监测是确保系统稳定和高效的核心需求：

• 逆变器：将直流电转换为交流电并并网，核心是直流母线的电流监测，确保逆变器输入稳定，防止过流损坏 IGBT。
• 变频器：调节风机转速和并网电压，核心是交流输出侧的电流监测，确保并网电流质量，保护电网安全。

电流监测方案对比

方案	优点	局限性	适用场景
分流器	成本低，响应快	插入损耗大，不适用高电压绝缘	陆上小功率风机
罗氏线圈	无插入损耗，宽带宽	易受干扰，精度随温度漂移	实验室/稳定环境
开环霍尔传感器	绝缘性能好	线性度差，温漂大	一般工业应用
闭环霍尔传感器	高精度、低温漂、强绝缘、快速响应	成本较高	海上风机逆变器/变频器

对比以上表格：闭环霍尔传感器在精度、绝缘性能、环境适应性上具有显著优势，是海上风电的优选方案。传统的电流互感器（CT）在逐步被霍尔效应电流传感器和更先进的磁通门传感器所替代，后者在精度、线性度、体积和带宽方面更具优势。无磁芯的罗氏线圈也被用于高频暂态电流的测量。闭环霍尔电流传感器这可以选用芯森电子自主开发的CM9A系列。

如上图所示，CM9A传感器主要部署在变流器柜内的两个关键点位：

• 发电机侧（整流器侧）：用于监测发电机输出的变频交流电。此处的电流测量对于实现最大功率点跟踪（MPPT）至关重要，控制系统根据此信号调整发电机转矩，以最大化风能捕获效率。

• 电网侧（逆变器侧）：用于监测即将输入电网的稳定交流电。此处的测量直接关系到并网电能质量（如谐波含量）、有功/无功功率控制以及设备自身的保护（如过流、短路保护）。

CM9A：海上风机并网系统的优选方案

技术优势

• 闭环设计：实时补偿，精度高达±0.3%，线性误差 ≤0.1%。
• 极端环境适应性：
• 工作温度-40°C~85°C，UL 94-V0 阻燃外壳，CTI IIIa 级耐腐蚀。
• 62.68mm 电气间隙和 65.55mm 爬电距离，满足IEC 61800-5-1加强绝缘要求。
• 瞬态耐压23kV，交流耐压6kV，适应雷击和浪涌冲击。
• 无插入损耗：霍尔效应原理，不影响系统效率，响应时间≤1μs。

要确保传感器在系统中稳定工作，需注意：

正确配置：传感器的输出信号与测量电阻（RM）的取值直接相关，必须根据后端控制系统的输入电压范围进行精确计算，以获得最佳的信号灵敏度。

结语：

随着全球海上风电装机规模的扩大，像CM9A这样优秀国产闭环霍尔电流传感器将持续助力碳中和目标，为极端工况下的清洁能源提供“中国智造”解决方案。