——1GW/4GWh 大規模グリッドフォーミング型エネルギー貯蔵発電所から見るホール電流センサーの核心的役割
再生可能エネルギーが大型化石燃料発電に置き換わる趨勢に伴い、再生可能エネルギーの変動性が電力網に衝撃を与えやすいため、グリッドフォーミング型エネルギー貯蔵技術が導入され、再生可能エネルギー電力網の安定化が図られています。
12 月 6 日、これまでで全国最大、さらには世界最大のグリッドフォーミング型エネルギー貯蔵発電所プロジェクトが正式に運用を開始しました。同プロジェクトはグリッドフォーミング技術を採用し、貯蔵容量は 1000 メガワット / 4000 メガワット時（すなわち 1GW/4GWh）で、直接 500 キロボルト阿栄旗変電所の 220 キロボルト側に接続されています。同プロジェクトは当地の風力発電と太陽光発電の消費吸収能力を大幅に向上させ、年間 10.32 億キロワット時のグリーン電力を外部に供給し、石炭消費量を約 3 億トン削減できます。那么、このような大容量、高電圧、高速動的応答を持つ新型エネルギー貯蔵システムにおいて、どのように電流監視を行うのでしょうか？
グリッドフォーミング型エネルギー貯蔵（Grid-Forming Storage）は、自主的に電力網の電圧と周波数の安定性を構築・維持できる先進的なエネルギー貯蔵技術で、コンバーターを制御して一定の交流電圧源を生成することで、同期発電機に類似した運転特性を実現します。電力網の位相情報に依存する「グリッドフォロー型エネルギー貯蔵」とは異なり、グリッドフォーミング型エネルギー貯蔵は位相同期ループ（PLL）による同期を必要とせず、弱電力網またはオフグリッド環境でも独立して動作し、電力システムに電圧と周波数のサポートを提供し、積極的に電力網の安全を支えます。特に高比率の新エネルギーが接入された電力システムに適しています。
グリッドフォーミング型エネルギー貯蔵は「高比例新エネルギー・高比例電力電子化」の新型電力システム構築における「必須技術」であり、新エネルギーの消費吸収、電力網の安全安定運行を解決するキー技術です。
（単段式エネルギー貯蔵 PCS トポロジー図）
グリッドフォーミング型エネルギー貯蔵システムは電力網に追随するのではなく、電力網にルールを定め、積極的に電力網の電圧、周波数、慣性サポートを構築するため、応答速度は普通のインバーターよりはるかに速くなります。したがって、電流センサーに対する要求は明らかにより高くなります。
システムはバッテリーの充放電電流（SOC 推定、過電流保護等に使用）と PCS 出力電流（電力制御、高調波分析に使用）をリアルタイムで監視する必要があり、測定精度は直接システムの意思決定と電力網品質に影響を与えます。例えば、バッテリー管理システム（BMS）における電流監視の典型的な精度は 25℃で ±1% に達する必要があり、フラックスゲート技術ではさらに 0.01% の超高精度を実現できます。
グリッドフォーミング型エネルギー貯蔵は電力網の瞬間的な変動に対応する必要があるため、電流センサーは高速応答能力（例：追従時間≤5μs）と広い動的レンジを備える必要があり、数十 mA から数千 A までの電流変化を正確に捕捉し、モジュールレベルの監視からシステム出口までの全シナリオニーズを満たします。
センサーは広い温度範囲（例：-40℃～150℃）、強い電磁干渉（例：10kV/m）、高湿度 / 多塵（IP67 防護等級）などの複雑な動作条件下で安定した出力を維持し、データの信頼性を確保する必要があります。
高電圧直流システムでは、センサーが高絶縁耐電圧（例：4.8kV）を備えることが要求され、人員の安全と機器の絶縁を保障します。同時に、挿入損失のない設計によりシステム効率への影響を回避できます。
| センサー種類 | メリット | デメリット | 適用シナリオ |
|---|---|---|---|
| ホール電流センサー | 広帯域、高精度、絶縁測定 | 温度ドリフトの影響を受けやすい、コストが比較的高い | 高精度監視、広測定レンジ用途 |
| フラックスゲートセンサー | 超高精度、低ドリフト | 測定レンジが小さい、応答速度が遅い | 直流成分または小電流の精密監視 |
| ロゴスコイル | 飽和しない、広帯域、高過負荷能力 | 積分回路が必要、干渉を受けやすい | 過渡電流、故障記録 |
| シャント抵抗 | 低コスト、高精度 | 絶縁性がない、消費電力が大きい | 小容量システムまたは補助監視 |
グリッドフォーミング型エネルギー貯蔵の制御要求は非常に厳しいです：
したがって、センサーには以下が要求されます：
伝統的なシャント抵抗、低帯域幅ホールセンサー、CT ではこれらの要求を満たすことが難しいです。
高性能ホール ASIC と閉ループホールセンサーが主流の選択となっています。
ホール電流センサーのグリッドフォーミング型エネルギー貯蔵システムにおける応用は多方面にわたり、主に電流監視、保護、制御及び故障診断などの複数のリンクが含まれます。
（エネルギー貯蔵システム構成図：電力網、変圧器、BMS バッテリー管理システム、電池クラスター、PCS コンバーター、直流母線、各レベル電流センサー、EMS エネルギー管理システム）
例えばエネルギー貯蔵コンバーター PCS の交直流通路では、システムの安定運行を確保するため、大電流（例：±5000A）をリアルタイムで監視する必要があります。
閉ループホールセンサー：
グリッドフォーミング型エネルギー貯蔵システムの電池クラスターでは、各クラスターの充放電電流を監視し、SOC（充電状態）推定と均衡制御を実現する必要があります。
閉ループホールセンサー（例：芯森 CR1A/CS1V シリーズ）：
（電池クラスター電流検出図：電池クラスター層、分岐電流層、小電流高精度電流検出層（AN3V 小電流ホールセンサー）、BMS データ処理層、出力層）
光蓄・風蓄・コンバーターユニットなどの双方向電力流シナリオに適用：
グリッドフォーミング型エネルギー貯蔵は仮想同期機（VSG）技術を通じて同期発電機の慣性と周波数調整特性を模擬します。ホールセンサーは以下の監視に使用されます：
高精度閉ループホールセンサー（例：芯森 CM9A シリーズ）：
| 限界 | 解決策 |
|---|---|
| 高周波ノイズ干渉 | 差動設計またはデジタルフィルタリングを採用してノイズを抑制 |
| 温度ドリフト | 低温ドリフトセンサーを選択するか、温度補償アルゴリズムを追加 |
| 測定レンジ制限 | 複数のセンサーを並列接続するか、分段測定レンジ設計を採用 |
| コストが比較的高い | 非キー回路で開ループホールセンサー（例：AN3V）を使用してコストを削減 |
阿栄旗 1GW/4GWh グリッドフォーミング型エネルギー貯蔵プロジェクトの運用開始に伴い、中国のエネルギー貯蔵業界は「エネルギー倉庫」から「電力網安定器」へと進化しています。この技術革命の中で、電流センサーの価値も徐々に増大しています。未来、グリッドフォーミング型エネルギー貯蔵が全面的に普及するにつれ、高帯域幅、高絶縁性、高精度、高信頼性を備えたホール電流センサーは、不可欠な核心部品となるでしょう。