根据STM32的光伏直流柜智能检测体系规划

太阳能作为最具潜力的可再生能源，因其储量的无限性、存在的普遍性、运用的清洁性以及有用的经济性，越来越被人们所喜爱。大力发展光伏工业、活跃开发太阳能，在全球规模得到了空前注重，已成为各国可持续发展战略的重要组成部分。直流配电柜作为光伏电站的重要组成部分，其运转安稳、电气量信息检测准确牢靠，是整个体系作业牢靠的根底和确保。

本文经过剖析直流母线正负极和支路绝缘检测原理，运用STM32操控芯片的特色，规划了一种智能检测体系，结合相应的操控战略，完结直流配电柜电气量信息的实时准确收集，确保体系牢靠运转。

1 直流母线正负极和支路绝缘检测原理

1.1 直流母线正负极绝缘检测原理

直流母线的检测方法常用的有平衡电桥法和不平衡电桥法两种，平衡电桥法归于静态丈量，即丈量正负母线对地的静态直流电压，母线对地电容的巨细不影响丈量精度，但其只能监测非对称性直流接地毛病，在正、负极绝缘电阻平等下降或其值相挨近时，设备不能反响。不平衡电桥检测关于任何接地方法均能准确检测，但在丈量进程中，需求正负母线别离对地投电阻，因而母线对地电压是改变的，检测速度慢;一起受母线对地电容的影响。

依据以上丈量方法各自的优缺点，体系规划母线正负极检测选用选用平衡电桥与不平衡电桥相结合的计划，其详细作业原理如下：

1)当设备作业在平衡情况时，S1、S2合上，记载下此刻的正母线对地电压、负母线对地电压，以及各支路的对地漏电流值。假如此刻有一点接地产生，此刻的V1≠V2，依据两者电压差与漏电流就可核算出接地电阻阻值。

2)当产生正负极一起接地时，所述1)方法不能准确测出接地电阻，而需求运用不平衡方法检测母线对地绝缘。当设备处于主动检测方法时，首要选用平衡电桥S1、S2合上，当接地的正负母线的对地电阻不持平，或不一起持平，则会构成正母线对地及负母线对地的电压差错，当此差错超越设定值时，设备将发动一次不平衡检测，行将S1、S2别离合上一次，记载S1合上时的正负母线对地电压及支路漏电流;S2合上时正负母线对地电压及支路漏电流;依据母线对地的4个电压值，即可核算出正负母线的对地电阻，详细核算进程如下：

在一个不平衡检测周期内，S1闭合S2断开，测得V1、V2，得如下方程(1)：

将方程(1)、(2)联立就可直接求得正负母线接地电阻Rx、Ry。

若直流体系有两段母线并排运转，则需求将电桥改为别离投入两段母线，这样在同一时间，两段母线上只要一段的平衡电阻，另一段没有，收集数据依据投入的电桥在哪一段上就记载哪一段的方法。这样，体系两段母线是否并排运转就不会影响到对绝缘的监测，不会下降直流体系对地绝缘电阻，然后完结了主动满意直流体系运转方法改变径的要求。

1.2 支路绝缘检测原理

关于支路绝缘电阻的检测，规划选用漏电流检测法，其详细的完结原理如下图2所示，图中HL1、HL2、HL3别离标明接在三个支路上的霍尔电流传感器，每条支路的正负两根

供电线缆都穿过该支路的霍尔电流传感器的原边检测孔，负载电流在两根电缆中巨细持平，方向相反，在对应霍尔电流传感器中引起的电流效应为零。当其间一路呈现短路时，如2号支路正极对地短路，则从直流母线正极经接地电阻到地，再经过地和负极之间的固有电阻，构成电流Id，该电流的正极到地这段，只经过2号支路的正极供电线缆。而Id从地到直流体系负极则经过每一个从下向上方向流过的每一个支路的霍尔传感器，若有N条支路，则流过每条支路的电流为Id/N，因而2号支路检测的电流为(N-1/N)*Id。依据2号支路传感器收集的电流值和支路数，能够求出Id的巨细。依据丈量母线电压V1、V2和Id就能够求得接地电阻Rd。依据霍尔传感器输出电压的正负能够判别线缆的极性。

在判别出接地毛病地点支路后，挑选适宜的钳流表，一起卡住毛病支路的正负两条供电线缆，缓慢向负载端滑动，在接地毛病点前能够检测到一个毛病电流，而一旦跳过毛病点，外表的度数就会马上下降到答应的漏电流之下，以此可判别毛病点地点位置。

2 检测体系硬件规划

检测体系的全体框图如图3所示，体系以STM32F103V8T6和CS45480为中心，完结电流电压收集、开关量采样、RS485通讯、功率核算、电量计量、毛病信息记载、人机交互、毛病显现等功用。

2.1 主控芯片STM32F103V8T6和CS5480的简介

体系规划挑选的STM32F103V8T6主控芯片，是一款增强型，依据ARM中心的带闪存、USB、CAN的微操控器，具有7个定时器、2个ADC、9个通讯接口，内嵌运用外部32 kHz晶振的振荡器，还包括规范和先进的通讯接口;多达2个I%&&&&&%和SPI、3个USART、1个USB和1个CAN，具有多达80个快速I/O口。

电压电流收集芯片选用CS5480芯片，其具有以下特性：

1)超卓的模仿功用，超低的噪声水平缓高信噪比;

2)在4 000：1的动态规模内测得的电能计量精度为0.1%;

3)在1 000：1的动态规模内测得的电流有效值计量精度为0.1%;

4)3个独立的24位、4阶Delta—Sigma调制器进行电压和电流丈量;

5)UART/SPI串行接口;

6)片上丈量/核算：有功、无功和视在功率;有效值电压和电流;功率因数和线路频率;瞬时电压、电流和功率。

因为CS5480丈量芯片具有较高的准确度，能够满意电流电压收集精度的要求。将输入至收集板的多路电流和电压信号经过调度，将其输入值调度至250 mV以内，经过模仿通道挑选开关输入至两个收集通道进行收集，一起还能够对每路输入的功率进行核算。经SPI通讯接口，将电压、电流、功率传递给主控芯片。

2.2 直流母线收集调度电路规划

体系规划可一起满意两条直流母线电压的收集，因为母线之间彼此阻隔，一起还要对弱电侧满意3.5 kV以上的阻隔电压，因而选用阻隔运放对其进行阻隔调度，详细调度电路如下：

如上图所示，将直流母线电压依照1 000：1.64的份额进行降压，一起建立到频率为1.6 kHz的一阶低通滤波器滤除搅扰，经阻隔运放阻隔后的电压在经过差分份额电路将电压值缩小为十分之一，这样构建后的电路直接将直流母线1 000 V的电压降至0.164 V，低于丈量芯片250 mV的丈量规模。

2.3 24 V开关量输入调度与收集电路规划

24 V DI接口规划选用光耦阻隔计划，输入的开关量首要过火压和一阶低通滤波器，这样既能够设定24 V输入电压的门槛，并且消除了因颤动引起的误动作，确保了电路规划的牢靠性，调度输出的信号经过滤波后直接接到主芯片STM32F103V8T6的I/O管脚上，详细如图5所示。

2.4 电流收集调度电路规划

电流的收集分为进出配电柜电流收集和支路漏电流检测两种，其间支路漏电流检测挑选数字式的漏电流传感器，其收集的数据经过RS485总线发送给主控芯片，在此不再累述。进出配电柜电流收集选用二次侧输出4mA-20mA的霍尔电流互感器，为确保输入丈量芯片CS5480的电压规模在0-250mV之间，规划选用20：1电阻分压的方法，分压后的信号并联10uF%&&&&&%，组成截止频率为1.6kHz的一阶低通滤波器，传感器的信号输出端并联稳压二极管，避免传感器损坏输出信号超出丈量芯片的规模，对丈量芯片构成损坏。详细电路如图6所示。

2.5 驱动显现电路规划

体系规划显现驱动电路选用内部集成有MCU数字接口、数据锁存器的LED驱动操控专用电路芯片TM1629A，详细的规划电路如图7所示。

3 检测体系软件规划

检测体系规划的软件应包括以下功用：1)别离读取各支路漏电流传感器的电流和直流母线对地电压，由此核算各支路对地等效电阻，并判别毛病支路;2)读取进出直流柜霍尔传感器的电流值，核算功率和发电量;3)读入支路电流方向;4)进行接地指示、支路绝缘电阻显现和毛病存储。检测体系软件框图如图8所示。

4 试验及验证

选用KS833系列直流规范源1台，其输出直流电压精度可达0.05%，直流电压输出规模为0—750VDC;挑选1%精度水泥电阻和直流配电柜1台，建立试验测验渠道，测验成果如下表1、2所示。

由测验表1、2数据能够看出母线电压的丈量差错低于0.5%，母线接地电阻测验差错低于5%，规划契合目标要求，满意实践丈量需求。

5 结束语

本文结合平衡电桥和不平衡电桥法特色，提出了母线正负极和支路绝缘检测原理，依据STM32规划了光伏直流柜智能检测体系。试验标明，该体系能够实时准确的丈量直流柜的电压、电流，并核算发电量、功率以及接地绝缘情况，丈量准确、差错低，能够为光伏监控体系供给牢靠的电气量信息。现在，该智能检测体系现已应用于多个光伏电站，具有差错小、实时性好、安稳性强、牢靠性高级长处，为电站监控和毛病处理供给了科学依据。