并网逆变器可能包含或不包含用于电气隔离的变压器；无变压器配置存在更高的接地故障风险。逆变器设计主要有四种类型。其中两种设计使用变压器（低频或高频），另外两种则不使用变压器，分别采用直流斩波器或升压转换器。出于成本、尺寸、效率和重量等方面的考虑，变压器在新设计中的应用越来越少。.
参考资料 1；IMS PV 逆变器数据库 – 高级版 – 最新版本 – 2011 年 4 月 7 日。.
最大功率点 (MPP) 控制、逆变器控制和保护：
对于每种不同的拓扑结构，都需要测量光伏面板输出端的瞬时直流电流和电压，以确定最大功率点 (MPP)，即太阳能电池板可输出最大功率的点。电流测量也是逆变器控制回路的输入，同时还能确保在发生短路或过载时提供保护。电流和电压传感器采用开环和闭环霍尔效应技术。
直流电流注入测量：
在无变压器设计和高频变压器配置中，逆变器注入电网的直流电流必须限制在 10 mA 至 1 A 的最大值范围内，具体数值取决于不同国家/地区的标准（参考标准包括 IEC 61727、IEEE 1547、UL 1741 和 VDE 0126-1）。这要求传感器具有极高的精度（大于 1%）以及极低的热漂移和增益。闭环磁通门传感器（见图 1）是一种理想的技术。
漏电流测量：
在不采用电气隔离的无变压器逆变器中，可能出现漏电流（见图 2）。以下是一些相关的风险：
1. 太阳能电池板与屋顶之间的缝隙可能成为交流漏电流的通路。2
. 任何从交流电源线到电池板的反向电流通路都可能使电池板与线路电压连接，从而造成触电风险。3
. 漏电流会导致电磁干扰、电网电流畸变和系统损耗。
从安全角度来看，理想的漏电流测量方法应该是非接触式和非侵入式的。50/60 Hz 交流漏电流通常很小，最高不超过 300 mA，可以通过测量多根导线间的差分电流，将其作为残余分量进行测量。测量必须能够检测到漏电流突然增加 30 mA 的情况，这可能表明有人正在触摸控制面板。精度，尤其是低热漂移和低增益，是确保这些小电流测量分辨率的关键要求。传感器开口能够容纳单相或三相系统中的多根导线，这是一个显著的优势。.
接地故障电流测量：
安全监测必须能够检测到无变压器设计中因绝缘缺陷引起的接地故障电流。该电流可以是交流电或直流电，具体取决于故障发生的位置以及光伏面板是否接地（参见图 3）。漏电流测量也有类似的要求。虽然精度仍然很重要，但由于短路电流远大于漏电流，因此精度要求相对较低。所有这些针对无变压器逆变器设计中剩余电流测量的要求对于安全至关重要，必须符合所有相关标准。
闭环磁感应技术：
闭环磁感应技术能够提供测量小电流所需的精度、可靠性和隔离性。LEM公司应用此技术制造了其“CTSR”电流传感器（图4）。闭环电流传感器可在包括直流在内的宽频率范围内测量电流。
在高频范围内，这些传感器的工作原理与（无源）电流互感器类似；然而，在直流和低频范围内，二次绕组中感应的电压（被测电压）太低，无法控制二次绕组中足够高的电流，也无法采用相同的原理。在这种情况下，传感器铁芯中的磁通密度由传感元件测量，并在二次电路中施加电压，该电压的主要作用是使磁通密度接近于零，从而形成一个闭合的控制回路。
CTSR 特点：
CTSR 传感器采用磁感应检测器进行反馈，而非标准闭环传感器中使用的霍尔效应传感器。这使得单位电流链路的电压更高，即“开环灵敏度”。该技术还具有较低的偏移漂移。CTSR 磁头经过优化，可测量残余电流（流经传感器孔径的导线中电流的代数和），当每根导线中的主电流在几十安培量级时，其最大值小于 1 安培。
CTSR还集成了自检功能和消磁功能，可消除任何磁化偏移，使其适用于单相和多相网络。器件内部，ASIC执行信号处理；电路元件构成一个振荡器，该振荡器与磁感应共同作用，以数百kHz的频率驱动其每半个周期达到饱和。磁感应磁芯中存在的直流磁通量会导致控制电压占空比的变化（图5），该变化指示了残余磁通量的值。.
信号处理级包括占空比解调、频率响应补偿、积分器和提供次级电流的桥式放大器。这种输出架构可以为次级电路提供更高的（倍压）电压：在这种配置中，负载（或被测）电阻处于浮动状态，并使用作为专用集成电路 (ASIC) 一部分的差分放大器。
磁芯包含一对磁性层（图 6），其结构能够保护磁感应免受任何寄生磁场的影响。闭环磁感应技术能够在 -40°C 至 +105°C 的宽工作温度范围内，以极低的偏移和增益漂移，精确测量极小的残余直流和交流电流。这些器件可以安装在印刷电路板上，并且是轻量级元件（28 克），具有直径为 20.1 毫米的多引脚开口。剩余电流容量衡量的是流经开口的所有瞬时电流之和，无论是单相还是三相配置，都能承受持续 100 微秒的 3300 安培过载脉冲，电流上升速率为 500 安培/微秒。导线可承载高达 30 安培/根的交流或直流一次电流。
标准符合性：
该传感器符合最新参考标准的要求，例如 VDE 0126-1-1、UL 1741、DK 5940 和 IEC 61010-1，其参数包括蠕变距离和间隙距离（11 mm）以及 600 V 的比较跟踪指数 (CTI)。电源要求为 +5 VDC；一个额外的引脚可用于访问内部参考电压 (2.5 V)，该电压可用作 A/D 转换器的参考电压。该额外引脚还可以接收由外部信号处理器或 A/D 转换器提供的参考电压，以消除参考温度漂移。该传感器设计允许在初级线圈中集成四个电流引线，以便于 PCB 安装（除测试或中性线外，还可测量三相电流）。此外，还提供可测量高达 3 ARMS 电流的更高版本。
结论：
得益于高效的转换电子设备，太阳能发电不仅能确保最大盈利能力，还能将能量回馈到国家电网，使其成为一种具有竞争力的能源，并有望在全球范围内进一步发展。先进的传感器技术是确保新一代太阳能发电能力的质量、安全性、可靠性和效率的关键要素。
作者：
Bernard Richard、Claude Gudel 和 Stéphane Rollier，LEM。.
作者：
伯纳德·理查德（
