今天（2025年10月20）是全球風電盛會--2025北京國際風能大會暨展覽會(CWP2025)舉行的第一天，大會主題為“推動全球能源轉(zhuǎn)型，攜手實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展”，全球目光聚焦可再生能源。下個月也即將迎來第30屆聯(lián)合國氣候變化大會（COP30）。全球風電產(chǎn)業(yè)迎來技術(shù)與政策多重機遇，在碳中和目標下，海上風電作為風電產(chǎn)業(yè)主力軍，據(jù)GWEC2025報告顯示，全球海上風電裝機量年均增長15%，同時，正向大功率、高可靠性、以及深海邁進，海上風電機組面臨高溫高濕，鹽霧腐蝕，以及雷擊的風險，風電并網(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。

風機逆變器/變頻器簡介

風機逆變器

風機逆變器是風力發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，它負責將風力發(fā)電機產(chǎn)生的電能進行轉(zhuǎn)換和處理，以滿足電網(wǎng)或負載的使用要求。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的標準交流電，適用于家用電器或電網(wǎng)并網(wǎng)。?

海上風能逆變器由于應(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，對電流監(jiān)測的需求也遠高于陸上系統(tǒng)，這是由海上風電高昂的運維成本、嚴酷的運行環(huán)境以及對電網(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，對電流傳感器本身也提出了更嚴格的要求：

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，通常需要達到更高的防護等級。
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，確保控制的準確性。
• 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。

風機變頻器

海上風機變頻器是風力發(fā)電系統(tǒng)的核心控制單元，其主要功能是將風機葉片捕獲的、轉(zhuǎn)速變化不定的機械能，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)。

在這個過程中，變頻器需要實現(xiàn)最大功率點跟蹤（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)

與陸上風機相比，海上風機變頻器面臨著更為嚴苛的運行環(huán)境：

• 高鹽霧與高濕度：腐蝕性強，對設(shè)備的絕緣性能和防護等級要求極高。
• 可維護性差：受天氣和海況影響，維護窗口期短，成本高昂，因此對設(shè)備的可靠性和長壽命有極致要求。
• 振動與沖擊：海浪和風機運行本身帶來的持續(xù)振動，要求設(shè)備具備優(yōu)異的機械穩(wěn)定性。

海上風機并網(wǎng)系統(tǒng)的核心挑戰(zhàn)

海上風機的逆變器和變頻器是并網(wǎng)系統(tǒng)的核心部件，承擔著將風能轉(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)風機轉(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，保護電網(wǎng)安全。

電流監(jiān)測方案對比

對比以上表格：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)的兩個關(guān)鍵點位：

• 發(fā)電機側(cè)（整流器側(cè)）：用于監(jiān)測發(fā)電機輸出的變頻交流電。此處的電流測量對于實現(xiàn)最大功率點跟蹤（MPPT）至關(guān)重要，控制系統(tǒng)根據(jù)此信號調(diào)整發(fā)電機轉(zhuǎn)矩，以最大化風能捕獲效率。

• 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（如過流、短路保護）。

CM9A：海上風機并網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)選方案

技術(shù)優(yōu)勢

• 閉環(huán)設(shè)計：實時補償，精度高達±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 級耐腐蝕。
• 62.68mm 電氣間隙和 65.55mm 爬電距離，滿足IEC 61800-5-1加強絕緣要求。
• 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)的輸入電壓范圍進行精確計算，以獲得最佳的信號靈敏度。

結(jié)語：

隨著全球海上風電裝機規(guī)模的擴大，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，為極端工況下的清潔能源提供“中國智造”解決方案。