研究当前传感的全效技术如何将其应用于智能电网

　智能电网的有效运行依赖于在高分辨率下测量当前水平和其他参数的能力。智能电网应用程序的另一个关键特点是增加了小规模可再生能源的使用。这些系统要求使用逆变器将从太阳能或风能中获取的电能转换成与网格分布兼容的交流信号。控制回路中需要电流传感器，以确保满足这些条件。本文研究了当前传感的全效技术，以及如何将其应用于智能电网。
　　智能电网依靠精确的实时数据来确保控制电力输送的设备和电网的接口保持在最高效率。在网格上传感器捕获的数据可以发现潜在的故障点，并提醒操作员解决问题或激活能够执行补救行动的功能。这就导致了电力分配单元(pdu)的安装，它能准确地测量所交付的功率及其特性。
　　智能电网应用程序的一个关键附加功能是增加对小型可再生能源的使用。这些系统要求使用逆变器将从太阳能或风能中获取的电能转换成与网格分布兼容的交流信号。AC必须与电网同步，并具有低的谐波失真，但这是一项具有挑战性的工作。
　　在光电的情况下，需要一个逆变器来将每个电池产生的直流转换成一个合适的交流电源输出。为了确保与电网的正确连接，逆变器的控制回路需要电流传感器。传感器必须准确测量交流电流和直流电流，并具有良好的动态性能。快速响应时间需要对网格中的任何变化做出快速反应，并在损坏发生之前关闭或断开系统。高输出带宽使系统能够测量高频交流电流和谐波，以确保所传递的电力满足电力供应商施加的严格的电能质量目标。
　　识别DC输出到网格的能力也很重要。各国的规定各不相同，但限制通常很小:按数十到数百毫安的顺序。电流传感也可以支持故障检测，检查短路和过载情况。
　　虽然存在许多电流感知选项，但基于霍尔效应的传感器提供了一组非常适合于这些应用的特性，包括电压暂态生存、当前的inrush处理、空间限制和模块性。该技术可以支持非接触式传感，确保对大电压瞬态和涌流的内在隔离和保护。
　　以埃德温·霍尔(Edwin Hall)的名字命名，他于1879年发现了这一效应，它是通过一个垂直于附近导体中电流的磁场，产生一个导体或半导体的电压差。所产生的电压取决于接收导体和外加磁场中所使用的材料，这本身取决于源导体的总电流。
　　电压差是由电荷载体由磁场的直线路径偏转而引起的。电子沿接收导体的一个表面形成一个可测量的电压差。由此产生的电场反对进一步变化的迁移，这样只要电荷载体继续流过材料，就可以保持稳定的电势。
　　在电流传感应用中，霍尔效应传感器的一个缺点是它们的精度限制在零安培输出电压和温度灵敏度的变化上。其他问题包括输出信号带宽和输出噪声。新一代的Hall-effect设备已经解决了这些问题，提供了更适合于反监控应用程序和一般的电力监控的组件。
　　快板微系统采用了一种双mos工艺来支持精确的放大器设计和数字电路的工厂编程的增益和抵消的温度。霍尔元件和放大器都是斩波稳定的，以提高精度和偏移漂移性能。
　　当前传感器ICs的Allegro ACS756系列采用了这些技术，结合精密、低偏移的线性霍尔传感器电路和靠近芯片的铜传导路径，提供了较高的精度。应用电流流过该铜传导通路，产生一个磁场，由集成的霍尔IC感应，并转换成比例电压。的响应时间小于4μs允许在高频电流传感开关逆变器。在低频率工作的应用程序中，如电网监测所需要的，可以通过过滤输出来降低输出噪声，提高分辨率。
　　的内部阻力130μΩ典型的导电路径,提供低功率损失。铜导体的厚度允许设备在超过电流的情况下存活5倍。导电通路的端子与传感器导线绝缘。这使得ACS756系列传感器芯片可以用于需要电气隔离的应用程序，而不需要使用光隔离器或其他昂贵的隔离技术。
　　Asahi Kasei的CQ-3301是一种高速电流传感器，它围绕着一种超薄薄膜铟量子阱技术和无芯包提供一个节省空间的VSOP24选项。旨在让电流通过包在逆变器监控等应用程序,设备的隔离电压3.0 kV / 60秒假设50/60 Hz交流主指挥,和0.5μs的响应时间。低噪声输出1.6 mVRMS, CQ-3301为灵敏度和零电流输出提供低温漂移。它符合IEC/UL-60950和UL-508安全标准。
　　对于非常高电流的应用，Allegro提供A136x系列传感器。每一个都封装在一个1毫米厚的SIP中，以适应在一个导体周围的c芯的缺口。这些设备，比如A1363，可以感应到超过1500的电流。他们提供120 kHz带宽，适用于高频逆变器，再一次通过输出滤波为较低带宽提供更好的精度，如预期的网格监测设计。


　　来自快板的sip包装的A136x的图像。

　　图1:来自快板的sip包装的A136x可以安装在C-core中，用于测量高压导体的电流。

　　Melexis开发的三轴电流传感技术，在MLX91205等产品中使用，使得该公司可以开发一系列的表面安装包，这些包可以在PCB或汇流条中嵌入导体，而不是通过包裹。由于传统的ht -效应传感器对垂直于芯片表面的磁场敏感，而不是平行于PCB迹或汇流条上的设备进行精确测量，因此该领域需要在局部垂直。这就是Melexis集成磁集中器(IMC)技术的设计目的。
　　IMC采用高渗透性、低压力、无定形铁磁层，直接连接到霍尔传感器芯片的表面，将磁场通量线聚焦在约十分之一铁磁元件大小的霍尔上。IMC的两个部分收集和放大平行于芯片表面的小磁通，并将平面组件旋转到垂直于芯片表面的磁场中。
　　Melexis IMC技术的图像。

　　图2:Melexis IMC技术集中了电场线，当传感器安装在汇流条或PCB轨迹上时，可以感应垂直磁场。
　　传感器的电流范围受到导体和屏蔽体几何形状的限制。通过增加母线的横截面或传感器和电流导体之间的距离，可以很容易地增加电流范围。该传感器可以监测从5a到100a在pcb上的电流，或高达1000 A的母线。有两种不同的产品版本可供选择。91205 hb磁场特性的线性范围的±25吨和91205磅处理±10吨的线性范围。
　　因此，Hall-effect设备提供了非接触传感的可能性，为智能电网应用的当前监测提供了通用的解决方案，无论是在可再生能源领域的逆变器，还是配电单元的诊断。