プロジェクトの背景

再生可能エネルギーの電力網への大規模な統合に伴い、電力網におけるピーク周波数調整（FM）能力の需要が高まっている。ある地方の送電網会社は、新エネルギー消費、ピーク周波数調整、電力補助サービスに使用される100MWhの系統レベルエネルギー貯蔵発電所の建設に投資した。この発電所はリン酸鉄リチウム電池技術を採用し、2.5MWhの電池40クラスターで構成される総設備容量は100MWh/100MWhである。

システム仕様の要件：

• シングルクラスター定格電流：1500A
• 電流測定精度：±0.5%（電力取引計測の要件を満たす）
• 双方向電流測定に対応：-1500A ~ +1500A
• 設計寿命：15年
• 周囲温度：-10℃～+55℃（バッテリーコンパートメント内）

直面する技術的課題

1.高精度計測の要件

エネルギー貯蔵発電所が電力市場取引に参加するためには、ピークと周波数調整の利益であれ、ピークと谷の裁定取引であれ、正確な電力計測が必要です。0.5%の電流測定精度要件は、シャントと測定システム全体の両方に高い要求を課しています。

2.大電流放熱の問題

定格電流1500Aの場合、シャントの電力損失は100W以上となるため、いかに効率よく放熱するかが核心的な課題となる。放熱がうまくいかず温度が高くなりすぎると、測定精度に影響するだけでなく、シャントの寿命にも影響する可能性がある。

3.長期的な安定性

エネルギー貯蔵発電所の設計寿命は15年であり、全ライフサイクルの間、電流検出精度を著しく低下させることはできない。このため、シャントの材料安定性と溶接プロセスの品質には厳しい要件が課される。

4.マルチチャンネル・コヒーレンス

40セル・クラスターでは、非常に一貫性のある電流測定が要求されるため、チャンネル間の偏差があれば、セル均等化制御や全体的な性能評価に影響を及ぼす可能性がある。

テクニカル・ソリューション

1.シャントのサイジング

各セル・クラスターにはFL-2シャントが1つずつ装備されている：

• 抵抗値：50μΩ ±0.3%（任意精度レベル）
• 定格電流：2000A（動作電流1500Aの33%マージン）
• 定格電圧降下：100mV @2000A、75mV @1500A
• 温度係数：<20ppm>
• 電力損失：112.5W @1500A

2.熱設計

シャント底部にタイトフィットするカスタムアルミ合金ヒートシンクモジュール：

• ヒートシンクモジュール材質：6063アルミニウム合金、陽極酸化処理
• 接触面の熱伝導性シリコーングリース、耐熱性<0.1°C/W
• 放熱モジュールは、バッテリーキャビネットの換気システムと協力し、キャビネット内のエアコンからの冷気の対流によって熱を放散する。
• 1500A連続運転時の測定で、シャントの表面温度上昇は50℃以内に抑えられている。

3.精度保証対策

• シャント工場100%テスト、±0.3%グレードに精度スクリーニング
• 適合するADI AD7175-2 24ビット・シグマ・デルタADC、有効分解能21ビット
• オンライン温度補正、シャント温度のNTC測定、抵抗ドリフトのDSPアルゴリズムによる動的補正をサポートします。
• 長期的な精度を保証するため、標準テーブルに対して毎年定期的な校正を実施

4.バッチ一貫性制御

• 同じ製造バッチから選択された40セットのシャント
• 抵抗偏差は±0.1%以内に制御される。
• 工場でのペアテスト、テストレポート一式の提供

プロジェクト結果

• 測定精度：電流測定精度は±0.3%で、設計目標の±0.5%を上回る。
• 放熱効果：1500A連続運転時のシャント温度上昇<50℃、安定した長期運転
• 走行記録：発電所は3年以上安定した運転を続けており、分流精度に大きな劣化は見られない。
• 経済的利益：正確な電力計測により、発電所はスポット電力市場での取引において競争上の優位性を獲得し、年間約50万人民元の計測ロスを削減した。
• 投資収益率：高精度の電流検出システムは、8ヶ月以内に採算が取れる

技術パラメータの概要