今天（2025年10月20）是全球風(fēng)電盛會(huì)--2025北京國際風(fēng)能大會(huì)暨展覽會(huì)(CWP2025)舉行的第一天，大會(huì)主題為“推動(dòng)全球能源轉(zhuǎn)型，攜手實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展”，全球目光聚焦可再生能源。下個(gè)月也即將迎來第30屆聯(lián)合國氣候變化大會(huì)（COP30）。全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)迎來技術(shù)與政策多重機(jī)遇，在碳中和目標(biāo)下，海上風(fēng)電作為風(fēng)電產(chǎn)業(yè)主力軍，據(jù)GWEC2025報(bào)告顯示，全球海上風(fēng)電裝機(jī)量年均增長15%，同時(shí)，正向大功率、高可靠性、以及深海邁進(jìn)，海上風(fēng)電機(jī)組面臨高溫高濕，鹽霧腐蝕，以及雷擊的風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的大電流監(jiān)測和極端環(huán)境適應(yīng)性成為行業(yè)焦點(diǎn)。

風(fēng)機(jī)逆變器/變頻器簡介

風(fēng)機(jī)逆變器

風(fēng)機(jī)逆變器是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，它負(fù)責(zé)將風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換和處理，以滿足電網(wǎng)或負(fù)載的使用要求。其工作原理是通過逆變橋、控制邏輯和濾波電路，將12V/24V/32V等低壓直流電或可變頻率交流電轉(zhuǎn)換為220V/380V 50Hz的標(biāo)準(zhǔn)交流電，適用于家用電器或電網(wǎng)并網(wǎng)。?

海上風(fēng)能逆變器由于應(yīng)用場景特殊，在技術(shù)、材料和可靠性方面都與陸上逆變器有著顯著差異，對(duì)電流監(jiān)測的需求也遠(yuǎn)高于陸上系統(tǒng)，這是由海上風(fēng)電高昂的運(yùn)維成本、嚴(yán)酷的運(yùn)行環(huán)境以及對(duì)電網(wǎng)支撐能力的更高要求所共同決定的。

鑒于海上環(huán)境的特殊性，對(duì)電流傳感器本身也提出了更嚴(yán)格的要求：

1. 極高的可靠性與長壽命：盡最大可能與逆變器同壽命，減少更換次數(shù)。
2. 強(qiáng)大的環(huán)境適應(yīng)性：能夠抵抗海洋高鹽霧、高濕度環(huán)境的腐蝕，通常需要達(dá)到更高的防護(hù)等級(jí)。
3. 優(yōu)異的電氣性能：

• 高精度：在寬溫度范圍內(nèi)保持高測量精度，確?？刂频臏?zhǔn)確性。
• 寬頻帶：能夠快速響應(yīng)電流變化，以適應(yīng)現(xiàn)代逆變器的高開關(guān)頻率控制。
• 良好的抗干擾能力：逆變器內(nèi)部是電磁干擾極強(qiáng)的環(huán)境，傳感器必須有優(yōu)異的電磁兼容性。

4.?技術(shù)選型趨勢：傳統(tǒng)的電流互感器（CT）在逐步被霍爾效應(yīng)電流傳感器和更先進(jìn)的磁通門傳感器所替代，后者在精度、線性度、體積和帶寬方面更具優(yōu)勢。無磁芯的羅氏線圈也被用于高頻暫態(tài)電流的測量。

風(fēng)機(jī)變頻器

海上風(fēng)機(jī)變頻器是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的核心控制單元，其主要功能是將風(fēng)機(jī)葉片捕獲的、轉(zhuǎn)速變化不定的機(jī)械能，轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定且符合電網(wǎng)要求的電能。

其基本工作原理是：

1. 變流：發(fā)電機(jī)發(fā)出的頻率和電壓不斷變化的交流電，首先被整流為直流電。
2. 逆變：該直流電再通過逆變單元，被逆變?yōu)轭l率和電壓穩(wěn)定的交流電，輸入電網(wǎng)。

在這個(gè)過程中，變頻器需要實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）、有功無功功率控制以及并網(wǎng)諧波治理等復(fù)雜功能，以確保發(fā)電效率和電網(wǎng)安全。

海上環(huán)境的特殊挑戰(zhàn)

與陸上風(fēng)機(jī)相比，海上風(fēng)機(jī)變頻器面臨著更為嚴(yán)苛的運(yùn)行環(huán)境：

• 高鹽霧與高濕度：腐蝕性強(qiáng)，對(duì)設(shè)備的絕緣性能和防護(hù)等級(jí)要求極高。
• 可維護(hù)性差：受天氣和海況影響，維護(hù)窗口期短，成本高昂，因此對(duì)設(shè)備的可靠性和長壽命有極致要求。
• 振動(dòng)與沖擊：海浪和風(fēng)機(jī)運(yùn)行本身帶來的持續(xù)振動(dòng)，要求設(shè)備具備優(yōu)異的機(jī)械穩(wěn)定性。

海上風(fēng)機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng)的核心挑戰(zhàn)

海上風(fēng)機(jī)的逆變器和變頻器是并網(wǎng)系統(tǒng)的核心部件，承擔(dān)著將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能并并入電網(wǎng)的關(guān)鍵任務(wù)。在這些部件中，電流監(jiān)測是確保系統(tǒng)穩(wěn)定和高效的核心需求：

• 逆變器：將直流電轉(zhuǎn)換為交流電并并網(wǎng)，核心是直流母線的電流監(jiān)測，確保逆變器輸入穩(wěn)定，防止過流損壞 IGBT。
• 變頻器：調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和并網(wǎng)電壓，核心是交流輸出側(cè)的電流監(jiān)測，確保并網(wǎng)電流質(zhì)量，保護(hù)電網(wǎng)安全。

電流監(jiān)測方案對(duì)比

對(duì)比以上表格：閉環(huán)霍爾傳感器在精度、絕緣性能、環(huán)境適應(yīng)性上具有顯著優(yōu)勢，是海上風(fēng)電的優(yōu)選方案。傳統(tǒng)的電流互感器（CT）在逐步被霍爾效應(yīng)電流傳感器和更先進(jìn)的磁通門傳感器所替代，后者在精度、線性度、體積和帶寬方面更具優(yōu)勢。無磁芯的羅氏線圈也被用于高頻暫態(tài)電流的測量。閉環(huán)霍爾電流傳感器這可以選用芯森電子自主開發(fā)的CM9A系列。

如上圖所示，CM9A傳感器主要部署在變流器柜內(nèi)的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)位：

• 發(fā)電機(jī)側(cè)（整流器側(cè)）：用于監(jiān)測發(fā)電機(jī)輸出的變頻交流電。此處的電流測量對(duì)于實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）至關(guān)重要，控制系統(tǒng)根據(jù)此信號(hào)調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩，以最大化風(fēng)能捕獲效率。

• 電網(wǎng)側(cè)（逆變器側(cè)）：用于監(jiān)測即將輸入電網(wǎng)的穩(wěn)定交流電。此處的測量直接關(guān)系到并網(wǎng)電能質(zhì)量（如諧波含量）、有功/無功功率控制以及設(shè)備自身的保護(hù)（如過流、短路保護(hù)）。

CM9A：海上風(fēng)機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)選方案

技術(shù)優(yōu)勢

• 閉環(huán)設(shè)計(jì)：實(shí)時(shí)補(bǔ)償，精度高達(dá)±0.3%，線性誤差 ≤0.1%。
• 極端環(huán)境適應(yīng)性：
• 工作溫度-40°C~85°C，UL 94-V0 阻燃外殼，CTI IIIa 級(jí)耐腐蝕。
• 62.68mm 電氣間隙和 65.55mm 爬電距離，滿足IEC 61800-5-1加強(qiáng)絕緣要求。
• 瞬態(tài)耐壓23kV，交流耐壓6kV，適應(yīng)雷擊和浪涌沖擊。
• 無插入損耗：霍爾效應(yīng)原理，不影響系統(tǒng)效率，響應(yīng)時(shí)間≤1μs。

要確保傳感器在系統(tǒng)中穩(wěn)定工作，需注意：

正確配置：傳感器的輸出信號(hào)與測量電阻（RM）的取值直接相關(guān)，必須根據(jù)后端控制系統(tǒng)的輸入電壓范圍進(jìn)行精確計(jì)算，以獲得最佳的信號(hào)靈敏度。

結(jié)語：

隨著全球海上風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模的擴(kuò)大，像CM9A這樣優(yōu)秀國產(chǎn)閉環(huán)霍爾電流傳感器將持續(xù)助力碳中和目標(biāo)，為極端工況下的清潔能源提供“中國智造”解決方案。