摘要：針對24V電壓等級的離網(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，對診斷儀的軟件流程進行了介紹.最后開發(fā)了診斷儀樣機，并搭建了24V離網(wǎng)光伏發(fā)電實驗平臺，對故障診斷儀的性能進行了測試.結(jié)果表明：開發(fā)的故障診斷儀可準確發(fā)現(xiàn)離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的常見故障，具有較高的實用價值和產(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;故障識別;在線檢測;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、供一體的供電系統(tǒng)，由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各項目施工質(zhì)量有差異，設(shè)備質(zhì)量參差不齊等因素，在運行一定時間后離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)在會出現(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、戈壁等偏遠地區(qū)，需要耗費大量人力物力來實現(xiàn)對發(fā)電系統(tǒng)的檢修，常常為一些小故障花費高額維修成本[3-5].

　　通信方向論文范文：光伏發(fā)電工程現(xiàn)場物資移交管理探討

　　目前有些高校開發(fā)了一些針對并網(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].國內(nèi)外大型光伏企業(yè)也開發(fā)了一些針對并網(wǎng)光伏電站的監(jiān)控產(chǎn)品，如華為公司開發(fā)的FusionSolar智能運維中心，德國SMA公司開發(fā)的ZeverCloud云平臺監(jiān)控系統(tǒng)，瑞士ABB集團開發(fā)的AuroraVision電站管理平臺等[8-10].這些技術(shù)或產(chǎn)品是針對并網(wǎng)光伏電站開發(fā)的，目前國內(nèi)外在對離網(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)用于實際工程的成熟可靠的故障診斷設(shè)備.本文針對24V電壓等級的離網(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，可準確檢測電站出現(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)備對離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)進行故障排除.

　　1故障診斷儀的硬件設(shè)計

　　本文開發(fā)的故障診斷儀由電壓檢測電路、電流檢測電路、蓄電池溫度與環(huán)境溫度檢測電路、遠程通信電路、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電流，通過電壓鉗夾接方式檢測電壓，使用時不影響系統(tǒng)的正常運行。使用時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、控制器與負載接口處，將兩個測溫探頭分別貼在蓄電池表面檢測蓄電池的溫度和放置在蓄電池附近檢測環(huán)境溫度.

　　包括電壓檢測電路、電流檢測電路、溫度檢測電路、遠程通信電路.在設(shè)計中采用芯片PIC18F6720作為CPU，遠程通信電路采用集成模塊ATK-SIM800C，溫度檢測電路采用芯片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值按比例變?yōu)殡妷盒盘枺��?jīng)電壓跟隨電路進入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按比例采樣，經(jīng)調(diào)理電路進入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，通過單總線通信方式發(fā)送給CPU;CPU對各種信號的采集數(shù)據(jù)進行分析和故障診斷，將診斷結(jié)果遠程通過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

　　設(shè)備開啟后需要設(shè)定系統(tǒng)的一些初始參數(shù)，包括巡檢時間間隔，溫度閾值等，然后進入主程序循環(huán)中.首先采集溫度信號、電壓信號、電流信號.通過采集到的信號值通過故障診斷表進行綜合診斷，如果診斷結(jié)果為未發(fā)生故障，則請示檢測人員是否繼續(xù)檢測，如果選擇是，診斷儀經(jīng)過一定時間間隔后再次對系統(tǒng)進行診斷，如果選擇否，則本次診斷結(jié)束.如果檢測過程中發(fā)現(xiàn)故障，則將故障信息通過液晶屏顯示，并請示檢測人員是否將診斷結(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實驗測試

　　根據(jù)上述軟硬件設(shè)計原理，本文開發(fā)了針對24V離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的故障診斷儀，并進行了實驗以驗證診斷能力.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.實驗系統(tǒng)模擬了多種故障情況，診斷儀顯示的診斷結(jié)果，實驗結(jié)果表明該診斷儀可對24V離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)進行準確的故障診斷.

　　4結(jié)論

　　(1)針對離網(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)計了一種針對24V電壓等級的故障診斷儀，闡述了診斷儀對離網(wǎng)光伏系統(tǒng)的檢測方式.(2)給出了診斷儀的硬件電路原理圖，對診斷儀的軟件執(zhí)行流程進行了詳細介紹，最后開發(fā)了診斷儀樣機.(3)搭建了24V離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)并進行實驗驗證，結(jié)果表明該診斷儀可以對24V離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的常見故障進行準確檢測.

　　參考文獻(References)：

　　[1]MINFEIB,JILAIiY,MOHAMMADS.OptimalsizingofPVandbattery-basedenergystorageinanoffgridnanogridsupplyingbatteriestoabatteryswappingstation[J].CleanEnergy,2019(7):309-320.

　　[2]張國軍,季淑潔,楊東建,等.光伏系統(tǒng)串聯(lián)故障電弧時頻特征研究[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2018,37(3):627-631.ZHANGGuojun,JIShujie,YANGDongjian,etal.Researchonthetime-frequencycharacteristicsofseriesfaultArcinphotovoltaicsystem[J].JournalofLiaoningTechnicalUniversity(NaturalScience),2018,37(3):627-631.

　　[3]NIKHILKUMARYADAV,DHARMENDRAKUMARSINGH.Designandgraphicalanalysisof8-kWoff-gridsolarphotovoltaicpowersystem[J].AdvancesinSmartGridandRenewableEnergy,2017(435):389-399.

　　[4]周立,馬寶中.光伏并網(wǎng)逆變器準比例諧振抑制策略[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)2016,35(11):1300-1304.ZHOULi,MABaozhong.Quasiproportionalresonantcontrolstrategyofphotovoltaicgridconnectedinverter[J].JournalofLiaoningTechnicalUniversity(NaturalScience),2016,35(11):1300-1304.

　　[5]ParimitaMohantyEmail,K.RahulSharma,MukeshGujar,etal.PVsystemdesignforoff-gridapplications[J].SolarPhotovoltaicSystemApplications,2015(9):49-63.

　　[6]林楠.獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)遠程監(jiān)控裝置設(shè)計與實現(xiàn)[D].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué),2011.

　　作者：劉瑩