24V离网光伏发电系统故障诊断仪的开发与实验

　　摘要：针对24V电压等级的离网光伏发电系统开发了一种低功耗、智能化的在线故障诊断仪，给出了硬件电路的原理图，对诊断仪的软件流程进行了介绍.最后开发了诊断仪样机，并搭建了24V离网光伏发电实验平台，对故障诊断仪的性能进行了测试.结果表明：开发的故障诊断仪可准确发现离网光伏发电系统的常见故障，具有较高的实用价值和产业化前景.

　　关键词：太阳能;光伏发电;离网;故障诊断;故障识别;在线检测;无线通信;产品开发

　　0引言

　　离网光伏发电系统属于发、储、供一体的供电系统，由于系统结构复杂，各项目施工质量有差异，设备质量参差不齐等因素，在运行一定时间后离网光伏发电系统在会出现各式各样的问题，包括导线断路或短路、太阳能电池板损坏、蓄电池性能下降、控制器损坏等,年限越久的系统发生的概率越大[1-2].离网光伏发电系统特别适用于无法连接到公共电网的用户，所以安装位置常处于交通不便地区，如海岛、沙漠、戈壁等偏远地区，需要耗费大量人力物力来实现对发电系统的检修，常常为一些小故障花费高额维修成本[3-5].

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　　目前有些高校开发了一些针对并网光伏电站的监控系统，如浙江大学研制了基于Zigbee/GPRS网管光伏发电站监控系统，华北电力大学研制了基于I2C总线和RS-485总线的监控系统[6-7].国内外大型光伏企业也开发了一些针对并网光伏电站的监控产品，如华为公司开发的FusionSolar智能运维中心，德国SMA公司开发的ZeverCloud云平台监控系统，瑞士ABB集团开发的AuroraVision电站管理平台等[8-10].这些技术或产品是针对并网光伏电站开发的，目前国内外在对离网光伏系统的故障诊断方法还缺乏深入研究，并且缺少可应用于实际工程的成熟可靠的故障诊断设备.本文针对24V电压等级的离网光伏系统开发了一种智能化、低功耗的故障诊断仪.它适用于24V离网光伏统的故障诊断，可准确检测电站出现的故障类型、发生部位等信息，并可将故障信息和数据通过GPRS网络进行无线传输，电站业主或非专业人员都可方便地使用该设备对离网光伏发电系统进行故障排除.

　　1故障诊断仪的硬件设计

　　本文开发的故障诊断仪由电压检测电路、电流检测电路、蓄电池温度与环境温度检测电路、远程通信电路、液晶显示电路、键盘电路和CPU电路构成，可在线采集多种物理量信号并综合分析得到离网光伏系统的故障.故障诊断仪通过霍尔电流钳夹接方式检测电流，通过电压钳夹接方式检测电压，使用时不影响系统的正常运行。使用时将电流钳夹接在太阳能电池板与控制之间的线路上，将电压钳夹接分别夹接在控制器与太阳电池板的接口处、控制器与蓄电池的接口处、控制器与负载接口处，将两个测温探头分别贴在蓄电池表面检测蓄电池的温度和放置在蓄电池附近检测环境温度.

　　包括电压检测电路、电流检测电路、温度检测电路、远程通信电路.在设计中采用芯片PIC18F6720作为CPU，远程通信电路采用集成模块ATK-SIM800C，温度检测电路采用芯片DS18B20，电压互感器采用模块HNV025A，电流互感器采用钳口式电流探头CHCS-LS08.钳口式电流探头将电流信号值按比例变为电压信号，经电压跟随电路进入CPU内部的模数转换模块变为数字量;电压互感器将电压信号按比例采样，经调理电路进入CPU内部的模数转换模块变为数字量;温度传感器将蓄电池和周围环境的温度直接通过传感器内部的模数转换器变为数字信号，通过单总线通信方式发送给CPU;CPU对各种信号的采集数据进行分析和故障诊断，将诊断结果远程通过GPRS网络发送给终端服务器.

　　2故障诊断仪的软件设计

　　设备开启后需要设定系统的一些初始参数，包括巡检时间间隔，温度阈值等，然后进入主程序循环中.首先采集温度信号、电压信号、电流信号.通过采集到的信号值通过故障诊断表进行综合诊断，如果诊断结果为未发生故障，则请示检测人员是否继续检测，如果选择是，诊断仪经过一定时间间隔后再次对系统进行诊断，如果选择否，则本次诊断结束.如果检测过程中发现故障，则将故障信息通过液晶屏显示，并请示检测人员是否将诊断结果发送出去，如果选择是，诊断结果将通过GPRS网络发送给终端服务器，如果选择否，则跳过该环节.

　　3实验测试

　　根据上述软硬件设计原理，本文开发了针对24V离网光伏发电系统的故障诊断仪，并进行了实验以验证诊断能力.首先搭建了24V离网光伏发电系统，采用2块85Wp太阳能组件为24V/60A·h的蓄电池充电.将诊断仪的电流、电压传感器探头，温度探头安装在蓄电池表面.实验系统模拟了多种故障情况，诊断仪显示的诊断结果，实验结果表明该诊断仪可对24V离网光伏发电系统进行准确的故障诊断.

　　4结论

　　(1)针对离网光伏系统的故障诊断领域缺乏研究和成熟产品的现状，本文设计了一种针对24V电压等级的故障诊断仪，阐述了诊断仪对离网光伏系统的检测方式.(2)给出了诊断仪的硬件电路原理图，对诊断仪的软件执行流程进行了详细介绍，最后开发了诊断仪样机.(3)搭建了24V离网光伏发电系统并进行实验验证，结果表明该诊断仪可以对24V离网光伏发电系统的常见故障进行准确检测.

　　参考文献(References)：

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

　　[2]张国军,季淑洁,杨东建,等.光伏系统串联故障电弧时频特征研究[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),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,马宝中.光伏并网逆变器准比例谐振抑制策略[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版)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.独立光伏发电系统远程监控装置设计与实现[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2011.

　　作者：刘莹