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電子論文

24V離網光伏發電系統故障診斷儀的開發與實驗

時間:2020年06月10日 所屬分類:電子論文 點擊次數:

摘要:針對24V電壓等級的離網光伏發電系統開發了一種低功耗、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.最后開發了診斷儀樣機,并搭建了24V離網光伏發電實驗平臺,對故障診斷儀的性能進行了測試.結果表明:開發的故障

  摘要:針對24V電壓等級的離網光伏發電系統開發了一種低功耗、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.最后開發了診斷儀樣機,并搭建了24V離網光伏發電實驗平臺,對故障診斷儀的性能進行了測試.結果表明:開發的故障診斷儀可準確發現離網光伏發電系統的常見故障,具有較高的實用價值和產業化前景.

  關鍵詞:太陽能;光伏發電;離網;故障診斷;故障識別;在線檢測;無線通信;產品開發

光伏發電

  0引言

  離網光伏發電系統屬于發、儲、供一體的供電系統,由于系統結構復雜,各項目施工質量有差異,設備質量參差不齊等因素,在運行一定時間后離網光伏發電系統在會出現各式各樣的問題,包括導線斷路或短路、太陽能電池板損壞、蓄電池性能下降、控制器損壞等,年限越久的系統發生的概率越大[1-2].離網光伏發電系統特別適用于無法連接到公共電網的用戶,所以安裝位置常處于交通不便地區,如海島、沙漠、戈壁等偏遠地區,需要耗費大量人力物力來實現對發電系統的檢修,常常為一些小故障花費高額維修成本[3-5].

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  目前有些高校開發了一些針對并網光伏電站的監控系統,如浙江大學研制了基于Zigbee/GPRS網管光伏發電站監控系統,華北電力大學研制了基于I2C總線和RS-485總線的監控系統[6-7].國內外大型光伏企業也開發了一些針對并網光伏電站的監控產品,如華為公司開發的FusionSolar智能運維中心,德國SMA公司開發的ZeverCloud云平臺監控系統,瑞士ABB集團開發的AuroraVision電站管理平臺等[8-10].這些技術或產品是針對并網光伏電站開發的,目前國內外在對離網光伏系統的故障診斷方法還缺乏深入研究,并且缺少可應用于實際工程的成熟可靠的故障診斷設備.本文針對24V電壓等級的離網光伏系統開發了一種智能化、低功耗的故障診斷儀.它適用于24V離網光伏統的故障診斷,可準確檢測電站出現的故障類型、發生部位等信息,并可將故障信息和數據通過GPRS網絡進行無線傳輸,電站業主或非專業人員都可方便地使用該設備對離網光伏發電系統進行故障排除.

  1故障診斷儀的硬件設計

  本文開發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電路構成,可在線采集多種物理量信號并綜合分析得到離網光伏系統的故障.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為電壓信號,經電壓跟隨電路進入CPU內部的模數轉換模塊變為數字量;電壓互感器將電壓信號按比例采樣,經調理電路進入CPU內部的模數轉換模塊變為數字量;溫度傳感器將蓄電池和周圍環境的溫度直接通過傳感器內部的模數轉換器變為數字信號,通過單總線通信方式發送給CPU;CPU對各種信號的采集數據進行分析和故障診斷,將診斷結果遠程通過GPRS網絡發送給終端服務器.

  2故障診斷儀的軟件設計

  設備開啟后需要設定系統的一些初始參數,包括巡檢時間間隔,溫度閾值等,然后進入主程序循環中.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,如果診斷結果為未發生故障,則請示檢測人員是否繼續檢測,如果選擇是,診斷儀經過一定時間間隔后再次對系統進行診斷,如果選擇否,則本次診斷結束.如果檢測過程中發現故障,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果發送出去,如果選擇是,診斷結果將通過GPRS網絡發送給終端服務器,如果選擇否,則跳過該環節.

  3實驗測試

  根據上述軟硬件設計原理,本文開發了針對24V離網光伏發電系統的故障診斷儀,并進行了實驗以驗證診斷能力.首先搭建了24V離網光伏發電系統,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.實驗系統模擬了多種故障情況,診斷儀顯示的診斷結果,實驗結果表明該診斷儀可對24V離網光伏發電系統進行準確的故障診斷.

  4結論

  (1)針對離網光伏系統的故障診斷領域缺乏研究和成熟產品的現狀,本文設計了一種針對24V電壓等級的故障診斷儀,闡述了診斷儀對離網光伏系統的檢測方式.(2)給出了診斷儀的硬件電路原理圖,對診斷儀的軟件執行流程進行了詳細介紹,最后開發了診斷儀樣機.(3)搭建了24V離網光伏發電系統并進行實驗驗證,結果表明該診斷儀可以對24V離網光伏發電系統的常見故障進行準確檢測.

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  [6]林楠.獨立光伏發電系統遠程監控裝置設計與實現[D].哈爾濱:哈爾濱工程大學,2011.

  作者:劉瑩

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