超小體積RCMU 在10KW 單相組串式光伏逆變器中的應用

前言

從 2015 年開始，在國家光伏扶貧政策和領跑者計畫的的大力支持下，我國分散式電站建設如火如荼。《能源發展“十三五”規劃》指出，要優先發展分散式光伏大電，到 2020 年，太陽能分散式光伏發電規模達 6000 萬千瓦，光伏電站達到 4500 萬千瓦。根據國家能源局統計，分散式光伏發電裝機容量發展迅速， 2016 年新增裝機容量 4.24GW，比 2015 年新增裝機容量增長 200%。在國家政策和平價上網等政策的引導下，組串式光伏並網逆變器正朝著高效率、高功率密度、高可靠性、智慧化、低成本的方向發展。

組串式逆變器成本控制：

伴隨著光伏發電平價上網以及激烈的市場競爭。

組串式逆變器招投標的價格逐年下降，今年的組串式逆變器投標價格甚至有企業報出了：0.23元/W。在如此低成本的要求下，組串式光伏逆變器產商不得不尋找更優的拓撲結構、更小的尺寸、體積的設計方案、更高可靠性、高性價比的元器件和功能模組。其中漏電流功能檢測也成了逆變器廠商降成本的考慮：既要滿足安規要求，又要有很好的經濟性。

出於成本的壓力，大部分逆變器廠家在做漏電流功能模組時會選擇方案分立器件所搭的電路，由於分立器件的離散性和耦合性較差，特別在電網較差的場合如：澳洲電網的單線傳輸特殊性，導致國內逆變器廠商大面積誤報漏電錯誤資訊，

帶來很大的經濟損失。另外雷擊很容易使GFCI電路失效，雖然經過幾代工程師的優化，在漏電互感線圈的每個埠防止大量的鉗位二極體保護，還未徹底解決這類問題的發生。此外，分立方案選用的磁環由於不同批次的原材料磁導率不盡相同，會造成產品的一致性不會特別好。逆變器產商使用分立方案做漏電流功能模組，存在不良率。而且不良品需要裝機之後才能發現，後期需要不小的維護成本。綜合原材料管理成本、後期的維護成本，自製的分立方案來做漏電流檢測，其成本並不低。

Magtron針對現場的發生的客訴以及逆變器小型化，集成化的設計理念，開發出高度集成的漏電流感測器並且得到大批量的應用，

目前已有許多典型逆變器廠家選用模組式的漏電流檢測方案。資料表明，相對分立器件的管控成本較低，類似客訴事件大大降低，售後成本也大幅下降。

Magtron獨立開發的Type B型RCMU在光伏逆變器中得到廣泛的認可。為了逆變器的研發與製造商考慮， Magtron基於“Magtron iFluxgate”系列技術方案，

在原器件的方案上對RCMU進行強勢升級，開發了一款專為匹配小功率逆變器要求和成本的一款全球超小型漏電流感測器RCMU101SM3-6AI，為高絕緣強度、高功率密度、高性價比的超薄逆變器的方案奠定了設計基礎。該器件採用SoC集成方案，包含全球獨特的Self-Check功能。 Self-Check 功能符合 IEC62109-2 4.201.3.1.4 對於漏電流感測器自檢功能的要求：對於存在剩餘電流危險的地方，剩餘電流監測系統必須能夠正確運行于一個應用中的單一故障，必須檢測出故障並導致逆變器顯示出故障。這就要求剩餘電流監測系統必須每次在逆變器開機運行前，都能確保其自身的功能和精度檢測符合需求。

Self-Check的使用方法

此外 RCMU101SM3-6AI還具有全溫區線性度高、精度良好、單電源供電、電路應用簡單，並且相容RCMU各個型號等特點，其模組化的設計、PCB外掛程式式的安裝讓客戶在實際使用更加方便和快捷。體積上相比中大功率的RCMU有明顯的減小，體積減少3/4以上。使得逆變器AC端的佈局可以更加靈活。其性能特點如下：

•最小檢測範圍由直流0mA~交流500mA(可數位化調整)

•集成安全自檢(Self-check)功能，安規件級別

•超小安裝體積：長*寬*高=26mm*28mm*23mm

•系統成本有顯著降低的Type B型RCMU

•故障電流檢測根據IEC62109或VDE0126

•L N 線的中心距離：12.8mm 符合 NB-T 32004-2013 《光伏發電並網逆變器技術規範》的

安規距離要求

•BW=DC~700Hz頻率範圍

RCMU101SN3-6AI 屬於 TypeB 型漏電感測器的意義：

對於光伏逆變器本身需要安裝漏電檢測裝置，檢測器件類型大致有三種，如表 1所示。

表1漏電流檢測類型

1)AC 型漏電保護器：

AC 型漏電保護器是針對工頻正弦漏電電流研發設計的，對突然施加及緩慢上升的正弦

漏電電流都能可靠保護。

2)A型漏電保護器：

A型漏電保護器和 AC型漏電保護器在工作原理上基本相同，只是對感測器的磁特性進

行了改進，除對正弦漏電信號能夠可靠保護外，還能對含有脈動直流分量的漏電信號可靠保護。

3)B型漏電保護器：

B型漏電保護器對正弦交流信號、脈動直流信號和平滑信號都能可靠保護。

設計帶B型漏電流保護功能的逆變器具有如下一些優點：

(1)該功能可以與所需的方陣絕緣測量相結合;

(2)在逆變器開始運行之前可完成小直流電流的靈敏度測量;

(3)該功能可以在誤動作之後通過自動復位實現;

(4)最後一點是由於太陽能電池和附近的地平面之間電容的存在，在接受較大穩態交流接地電流時，交流和直流接地電流保護值可以根據人身安全水準設定(30mA)。該電流最大允許設置為300mA，突然改變30mA可導致斷開。因此，標準中明確表示光伏逆變器必須使用Type B及以上的漏電流檢測器。

在VDE0126-1-1中，指出對突變漏電流要求的回應時間如表1所示：

maximum turn-off time

表2 RCMU對突變漏電流的回應時間

摘自VDE0126-1-1 4.7.1章節

並且《光伏發電並網逆變器技術規範》的規定內容：

a)連續殘餘電流。如果連續殘餘電流超過如下限值，逆變器應當在0.3s內斷開並發出故障發生信號;

1) 對於額定輸出小於或等於30KVA的逆變器，300mA;

2) 對於額定輸出大於30KVA的逆變器，10mA/KVA。

RCMU101SM3-6AI 設計為 TYPE B 型，符合 IEC62109-2、IEC61008-1、IEC60755、NB/T 32004-2013 等技術規範的要求，是標準的 Type B 型號漏電流感測器安規器件。

RCMU101SM3-6AI 額定電流 50A 對於單相組串式逆變器的意義：

伴隨著國家對光伏發電的大力支持，居民分散式屋頂光伏扶貧從 2016 年開始大力推行。光伏扶貧一般採用的 3KW、5KW 光伏逆變器。而對於有些居民屋頂希望做到 10KW 左右的光伏電站，就需要使用兩、三台 3KW、5KW 光伏逆變器，這樣就增加了安裝和客戶採購成本，也不便於居民對電站發電情況的監控。為了滿足更高功率的單相機光伏逆變器需求，國內逆變器產商爭相擴充自己單相機產品線，目前已經可以做到 10KW 左右的單相組串式逆變器。而對於 10KW 的單相光伏逆變器你，其母線的額定電流需要到 45A 左右。RCMU101SM3-6AI 的 50A 額定電流可以很好的覆蓋整個單相機功率段的需求。

另外，逆變器散熱主要有自然散熱和風冷散熱兩種方式。通過組串式逆變器外部增加風扇，提升散熱能力，行業廠商普遍採用這種方式散熱。但組串式逆變器應用環境較差，其對外部風扇的防護性能要求較高。任何風扇都屬於易損部件，轉動會有磨損，且不會絕對防塵。惡劣的外部環境會加速風扇老化。若選用風冷散熱的方式，需要 5~10 年對逆變器的風扇進行更換。更換過程除了會有替換和人工成本，還會損失發電效益。對於長達25年運營週期的光伏電站，組串式逆變器內部風扇更換給光伏電站帶來比較多的麻煩。

因此有的組串式逆變器產商會選用無風扇的方案，這就對逆變器內部的元器件提出了更高的要求：無風扇設計的組串式逆變器一般內部環境溫度會比較高，可達到 85℃。而且只能依靠器件本身自然散熱，但是熱量又不能過多的傳導給 PCB 板，一般器件允許溫升為 10 度左右。漏電流感測器作為無變壓器結構的組串式逆變器安規件，也應該符合此要求。 Magtron RCMU101SM3-6AI 過流引腳採用純銅工藝，線徑 2.8mm,即便在滿載 50A 的情況下，可以很好地滿足功率在 10KW 左右的單相組串式逆變器苛刻的溫升要求。

結束語

隨著組串式光伏逆變器智慧化、智慧化的發展。RCMU 作為逆變器內部的核心漏電流檢測器件也將進一步朝智慧化方向發展。其功能不僅僅局限在檢測逆變器檢漏電流大小，屆時它將發展成可以實現漏電流檢測、繼電器控制、與 CPU 通訊的智慧型功能模組，為研發人員提供更便捷的方案設計。 Magtron 下一代 RCMU產品將為行業帶來更多的突破。

Magtron是All Programamble PGA Sensor、磁電傳感SoC的全球領先企業，致力於實現新一代更智慧的、高功率密度和差異化的磁電傳感系統方案。在整個行業向工業物聯網和傳感智慧化的大趨勢推動下，Magtron的創新技術Quadcore，RCMU，iShunt等創新技術使得磁電傳感，特別是電流感測器應用既高度集成易用，同時實現高功率密度化，也首次實現感測器高速軟體化。