新能源并网系统中电流互感器的特殊应用技术

一、引言

随着"双碳"战略的推进，光伏、风电等新能源发电装机容量快速增长，新能源并网系统对电流测量技术提出了新的挑战。与传统电力系统相比，新能源并网系统具有谐波含量高、直流分量、环境条件恶劣等特点，对电流互感器的性能要求更为严格。本文系统阐述电流互感器在新能源并网系统中的特殊应用技术、选型要点和工程实践，为新能源电站的设计、建设和运维提供技术参考。

二、新能源并网系统特点与CT要求

2.1 系统特性分析 新能源并网系统具有以下显著特点：

• 谐波含量高：光伏逆变器、风电变流器采用PWM技术，输出电流含丰富谐波（可达50次以上）

• 直流分量：部分逆变器拓扑可能产生直流分量（通常要求<0.5%）

• 功率波动大：受天气影响，输出功率快速变化 • 环境恶劣：光伏电站高温、高紫外线，风电场低温、高湿度、盐雾

• 并网要求严格：需满足GB/T 19964、NB/T 32004等标准

2.2 对CT的特殊要求 基于上述特点，新能源用CT需满足：

• 宽频带响应：能准确测量高频谐波（通常要求带宽≥10kHz）

• 抗直流饱和：能耐受直流分量而不饱和 • 高精度要求：计量用CT需0.2S级，保护用CT需满足10%误差曲线

• 环境适应性：满足户外长期运行要求（温度-40℃~+70℃，防护等级IP65）

• 抗干扰能力：逆变器开关频率高，电磁干扰强 三、光伏并网系统应用

3.1 系统结构与CT配置 典型光伏并网系统结构：

• 光伏组件→组串式逆变器或集中式逆变器→升压变压器→并网点

• 光伏组件→汇流箱→集中式逆变器→并网点 CT配置位置

• 逆变器输出侧：用于并网保护、功率控制、电能计量

• 升压变压器低压侧：保护、测量 • 并网点：关口计量、保护

• 集电线路（大型光伏电站）：保护、故障定位 3.2 并网保护功能 通过CT信号实现以下保护

• 过流保护：当输出电流超过设定值，延时切除

• 过压/欠压保护：配合电压信号，判断电网异常

• 频率保护：电网频率异常时保护

• 孤岛保护：检测孤岛运行状态

• 反孤岛保护：主动式或被动式检测

3.3 电能计量 光伏电站上网电量计量需高精度CT（通常0.2S级）

• 在1%-120%额定电流范围内满足精度

• 能准确计量含谐波电流 • 定期校验（通常2年一次） 计量配置

• 关口计量点采用双CT配置，互为备用

• 计量回路与保护回路分开

• 二次回路负载应尽量小

3.4 功率控制 根据电网调度指令，通过CT信号调节输出功率

• 有功功率控制：根据电网频率或调度指令调节

• 无功功率控制：根据电压或功率因数要求调节

• 低电压穿越：电网故障时，通过CT信号判断故障程度，决定是否脱网

3.5 技术要点

谐波测量： 光伏逆变器输出电流谐波含量可达5%-10%，普通电磁式CT可能因谐波磁通饱和，导致测量误差。

需选择：

• 抗谐波CT（特殊铁芯材料或结构）

• 罗氏线圈（频带宽、无饱和）

• 在二次侧加装滤波电路（但影响响应速度）

直流分量耐受： 部分逆变器拓扑可能产生直流分量，虽然标准要求<0.5%，但长期运行可能影响CT性能。

需选择：

• 抗直流饱和CT（采用气隙或特殊材料）

• 定期检查CT剩磁

环境适应性： 光伏电站环境温度可达70℃以上，紫外线强，

CT需满足： • 高温运行（-40℃~+85℃） • 抗紫外线材料 • 防护等级IP65以上

四、风电并网系统应用

4.1 系统结构与CT配置

风电并网系统典型结构： • 风力发电机→箱式变压器→集电线路→升压站→并网点

CT配置位置：

• 发电机出口：保护、测量（双馈或直驱发电机）

• 箱变低压侧：保护、测量

• 集电线路：保护、故障定位

• 升压站：保护、计量

4.2 特殊技术要求

风电系统对CT的特殊要求： 低电压穿越（LVRT）： 电网故障时，风电机组需保持并网运行，CT需在故障期间准确测量电流，为保护和控制提供信号。

要求： • 抗饱和能力强（短路电流可达数十倍额定电流） • 响应速度快（能捕捉故障暂态过程）

功率波动： 风速变化导致功率波动，电流变化频繁，CT需有良好的动态响应特性。

环境条件： 海上风电场环境恶劣： • 高湿度、盐雾腐蚀 • 低温（-30℃以下） • 振动（塔筒摆动） • 维护困难

需选择： • 防腐型CT（不锈钢外壳、特殊涂层） • 低温型CT（-40℃运行） • 抗震型CT

4.3 保护功能

风电系统保护包括： • 发电机保护：差动保护、过流保护、过载保护、接地保护 • 箱变保护：差动保护、过流保护 • 集电线路保护：距离保护、过流保护 • 升压站保护：与常规变电站类似

4.4 工程实践

海上风电特殊要求：

• CT需通过盐雾试验（如IEC 60068-2-52）

• 防护等级IP67或更高

• 材料耐腐蚀（316不锈钢或特殊合金）

• 安装方式需考虑维护便利性 陆上风电： 环境相对较好

但仍需考虑： • 温差大（-30℃~+50℃） • 风沙、粉尘 • 振动

六、常见问题与处

6.1 谐波导致测量误差 现象：计量误差大，保护误动 原因：谐波磁通导致CT饱和 处理： • 选择抗谐波CT • 选择罗氏线圈 • 在二次侧加装滤波（但影响保护响应）

6.2 直流分量影响 现象：CT剩磁增大，误差增大 原因：逆变器产生直流分量 处理： • 选择抗直流饱和CT • 定期消磁 • 检查逆变器直流分量是否超标

6.3 环境问题 现象：绝缘下降，误差增大 原因：高温、潮湿、盐雾腐蚀 处理： • 选择适合环境的CT • 加强维护 • 定期检查绝缘

七、发展趋势

7.1 高精度计量技术 随着新能源补贴政策调整，对计量精度要求越来越高，0.1级甚至更高精度CT需求增加。

7.2 智能化CT 智能CT具备： • 自诊断功能 • 温度补偿 • 通信接口 • 状态监测

7.3 电子式互感器普及 随着成本下降和可靠性提高，电子式互感器在新能源电站的应用将逐步增加。

7.4 标准完善 相关标准（如GB/T 20840、DL/T 448）将针对新能源应用进行修订和完善。

八、结语

电流互感器在新能源并网系统中发挥着不可替代的作用，其性能直接关系到电站的安全运行和经济效益。工程技术人员需根据新能源系统的特殊要求，选择合适的CT类型，正确安装调试，并加强运行维护。随着技术进步，电流互感器将向高精度、智能化、电子化方向发展，为新能源产业提供更可靠的技术支撑。

审核编辑 黄宇