摘要：針對(duì)24V電壓等級(jí)的離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)開發(fā)了一種低功耗、智能化的在線故障診斷儀，給出了硬件電路的原理圖，對(duì)診斷儀的軟件流程進(jìn)行了介紹.最后開發(fā)了診斷儀樣機(jī)，并搭建了24V離網(wǎng)光伏發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)故障診斷儀的性能進(jìn)行了測(cè)試.結(jié)果表明：開發(fā)的故障診斷儀可準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的常見故障，具有較高的實(shí)用價(jià)值和產(chǎn)業(yè)化前景.

　　關(guān)鍵詞：太陽能;光伏發(fā)電;離網(wǎng);故障診斷;故障識(shí)別;在線檢測(cè);無線通信;產(chǎn)品開發(fā)

　　0引言

　　離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)屬于發(fā)、儲(chǔ)、供一體的供電系統(tǒng)，由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各項(xiàng)目施工質(zhì)量有差異，設(shè)備質(zhì)量參差不齊等因素，在運(yùn)行一定時(shí)間后離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)在會(huì)出現(xiàn)各式各樣的問題，包括導(dǎo)線斷路或短路、太陽能電池板損壞、蓄電池性能下降、控制器損壞等,年限越久的系統(tǒng)發(fā)生的概率越大[1-2].離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)特別適用于無法連接到公共電網(wǎng)的用戶，所以安裝位置常處于交通不便地區(qū)，如海島、沙漠、戈壁等偏遠(yuǎn)地區(qū)，需要耗費(fèi)大量人力物力來實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電系統(tǒng)的檢修，常常為一些小故障花費(fèi)高額維修成本[3-5].

　　通信方向論文范文：光伏發(fā)電工程現(xiàn)場(chǎng)物資移交管理探討

　　目前有些高校開發(fā)了一些針對(duì)并網(wǎng)光伏電站的監(jiān)控系統(tǒng)，如浙江大學(xué)研制了基于Zigbee/GPRS網(wǎng)管光伏發(fā)電站監(jiān)控系統(tǒng)，華北電力大學(xué)研制了基于I2C總線和RS-485總線的監(jiān)控系統(tǒng)[6-7].國(guó)內(nèi)外大型光伏企業(yè)也開發(fā)了一些針對(duì)并網(wǎng)光伏電站的監(jiān)控產(chǎn)品，如華為公司開發(fā)的FusionSolar智能運(yùn)維中心，德國(guó)SMA公司開發(fā)的ZeverCloud云平臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，瑞士ABB集團(tuán)開發(fā)的AuroraVision電站管理平臺(tái)等[8-10].這些技術(shù)或產(chǎn)品是針對(duì)并網(wǎng)光伏電站開發(fā)的，目前國(guó)內(nèi)外在對(duì)離網(wǎng)光伏系統(tǒng)的故障診斷方法還缺乏深入研究，并且缺少可應(yīng)用于實(shí)際工程的成熟可靠的故障診斷設(shè)備.本文針對(duì)24V電壓等級(jí)的離網(wǎng)光伏系統(tǒng)開發(fā)了一種智能化、低功耗的故障診斷儀.它適用于24V離網(wǎng)光伏統(tǒng)的故障診斷，可準(zhǔn)確檢測(cè)電站出現(xiàn)的故障類型、發(fā)生部位等信息，并可將故障信息和數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無線傳輸，電站業(yè)主或非專業(yè)人員都可方便地使用該設(shè)備對(duì)離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行故障排除.

　　1故障診斷儀的硬件設(shè)計(jì)

　　本文開發(fā)的故障診斷儀由電壓檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路、蓄電池溫度與環(huán)境溫度檢測(cè)電路、遠(yuǎn)程通信電路、液晶顯示電路、鍵盤電路和CPU電路構(gòu)成，可在線采集多種物理量信號(hào)并綜合分析得到離網(wǎng)光伏系統(tǒng)的故障.故障診斷儀通過霍爾電流鉗夾接方式檢測(cè)電流，通過電壓鉗夾接方式檢測(cè)電壓，使用時(shí)不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。使用時(shí)將電流鉗夾接在太陽能電池板與控制之間的線路上，將電壓鉗夾接分別夾接在控制器與太陽電池板的接口處、控制器與蓄電池的接口處、控制器與負(fù)載接口處，將兩個(gè)測(cè)溫探頭分別貼在蓄電池表面檢測(cè)蓄電池的溫度和放置在蓄電池附近檢測(cè)環(huán)境溫度.

　　包括電壓檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路、溫度檢測(cè)電路、遠(yuǎn)程通信電路.在設(shè)計(jì)中采用芯片PIC18F6720作為CPU，遠(yuǎn)程通信電路采用集成模塊ATK-SIM800C，溫度檢測(cè)電路采用芯片DS18B20，電壓互感器采用模塊HNV025A，電流互感器采用鉗口式電流探頭CHCS-LS08.鉗口式電流探頭將電流信號(hào)值按比例變?yōu)殡妷盒盘?hào)，經(jīng)電壓跟隨電路進(jìn)入CPU內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊變?yōu)閿?shù)字量;電壓互感器將電壓信號(hào)按比例采樣，經(jīng)調(diào)理電路進(jìn)入CPU內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊變?yōu)閿?shù)字量;溫度傳感器將蓄電池和周圍環(huán)境的溫度直接通過傳感器內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，通過單總線通信方式發(fā)送給CPU;CPU對(duì)各種信號(hào)的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和故障診斷，將診斷結(jié)果遠(yuǎn)程通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給終端服務(wù)器.

　　2故障診斷儀的軟件設(shè)計(jì)

　　設(shè)備開啟后需要設(shè)定系統(tǒng)的一些初始參數(shù)，包括巡檢時(shí)間間隔，溫度閾值等，然后進(jìn)入主程序循環(huán)中.首先采集溫度信號(hào)、電壓信號(hào)、電流信號(hào).通過采集到的信號(hào)值通過故障診斷表進(jìn)行綜合診斷，如果診斷結(jié)果為未發(fā)生故障，則請(qǐng)示檢測(cè)人員是否繼續(xù)檢測(cè)，如果選擇是，診斷儀經(jīng)過一定時(shí)間間隔后再次對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行診斷，如果選擇否，則本次診斷結(jié)束.如果檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)故障，則將故障信息通過液晶屏顯示，并請(qǐng)示檢測(cè)人員是否將診斷結(jié)果發(fā)送出去，如果選擇是，診斷結(jié)果將通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給終端服務(wù)器，如果選擇否，則跳過該環(huán)節(jié).

　　3實(shí)驗(yàn)測(cè)試

　　根據(jù)上述軟硬件設(shè)計(jì)原理，本文開發(fā)了針對(duì)24V離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的故障診斷儀，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證診斷能力.首先搭建了24V離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，采用2塊85Wp太陽能組件為24V/60A·h的蓄電池充電.將診斷儀的電流、電壓傳感器探頭，溫度探頭安裝在蓄電池表面.實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)模擬了多種故障情況，診斷儀顯示的診斷結(jié)果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該診斷儀可對(duì)24V離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確的故障診斷.

　　4結(jié)論

　　(1)針對(duì)離網(wǎng)光伏系統(tǒng)的故障診斷領(lǐng)域缺乏研究和成熟產(chǎn)品的現(xiàn)狀，本文設(shè)計(jì)了一種針對(duì)24V電壓等級(jí)的故障診斷儀，闡述了診斷儀對(duì)離網(wǎng)光伏系統(tǒng)的檢測(cè)方式.(2)給出了診斷儀的硬件電路原理圖，對(duì)診斷儀的軟件執(zhí)行流程進(jìn)行了詳細(xì)介紹，最后開發(fā)了診斷儀樣機(jī).(3)搭建了24V離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明該診斷儀可以對(duì)24V離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的常見故障進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè).

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　　作者：劉瑩