劉陽， 于哲， 顧偉， 李明翰， 李興建

(南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211102)

0 引 言

隨著全球常規(guī)能源供給的日益緊張和環(huán)保意識的增強，發(fā)展分布式新能源已成為各國促進節(jié)能減排的重要舉措之一[1]。分布式光伏發(fā)電成為討論的熱點，組串式逆變器因具有技術(shù)成熟、設計靈活、維護方便和適應性強的特點，在分布式光伏發(fā)電中得到廣泛的應用，現(xiàn)場維護方式一般采用整機更換[2]。因此提高出廠測試質(zhì)量，降低電路板的故障率，將有效地降低后期維護成本。綜合考慮組串式逆變器電路板具有一次和二次系統(tǒng)相融合、電路板復雜程度高和電路板類型多樣等特點，采用傳統(tǒng)的人工進行測試的方式，測試繁瑣、工作量大、可靠性受到人為因素影響，很難滿足標準化大批量測試要求[3]42。同時文獻[3]42-43和文獻[4]中均提出一種基于LabVIEW的電路板自動測試系統(tǒng)。本文結(jié)合公司現(xiàn)有測試輔助設備情況，針對人工測試的不足，提出一種基于HELP測試儀的光伏逆變器電路板自動測試系統(tǒng)。

本測試系統(tǒng)的上位機后臺控制系統(tǒng)基于Python語言和C++動態(tài)鏈接庫開發(fā)，通過接口函數(shù)與南瑞繼保公司開發(fā)的HELP測試儀實現(xiàn)對接，完成施加模擬量和IO信號，具有開發(fā)周期短、便于擴展、人機界面友好、測試用例配置靈活、方便維護和一鍵自動完成測試并自動生成測試報告等優(yōu)點。

1 系統(tǒng)整體設計

本文設計的自動測試系統(tǒng)由上位機、HELP測試儀、測試平臺和輔助電源四部分組成，測試系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 測試系統(tǒng)框圖

(1)上位機控制系統(tǒng)具備操作后臺，進行人機交互，下發(fā)測試控制指令，通過HELP測試儀施加模擬量及IO信號。接收測試采樣及信號數(shù)據(jù)進行判斷測試結(jié)果，并自動生成測試報告。

(2)HELP測試儀一方面接收上位機測試指令，施加模擬量及IO控制信號，另一方面接收采樣數(shù)據(jù)信號，反饋給上位機。

(3)測試平臺中工裝夾具與電路板相對應，避免大量接線，滿足多種板卡測試要求，通過夾具中的探針或轉(zhuǎn)接頭將測試回路連接到測試系統(tǒng)中實現(xiàn)檢測功能。采樣板卡將采集數(shù)據(jù)及信號通過CAN傳送至HELP測試儀。

(4)輔助電源包含開關(guān)電源和程控電源，為測試平臺提5 V/12 V控制電源和一次回路電源。供電回路通過HELP測試儀控制，實現(xiàn)供電智能控制。

2 系統(tǒng)硬件設計

本測試系統(tǒng)硬件主要包含HELP測試儀、采樣板卡和輔助電源，主要實現(xiàn)自動施加模擬量及IO信號、采樣測試數(shù)據(jù)及信號和提供測試電源等。

2.1 HELP測試儀簡介[5-7]

HELP測試儀是南瑞繼保公司開發(fā)的一套高性能測試儀，適用范圍包括IEC61850-9-2、GOOSE、IEC60044-8標準協(xié)議格式保護裝置的測試,具備多路小信號輸出及IO信號輸出，兼容數(shù)字化測試能力，通過靈活配置板卡實現(xiàn)多種測試功能。本測試方案使用配置如圖2所示。

圖2 HELP測試儀配置

其中NR3301A為測試儀的電源供電，NR3101A實現(xiàn)與上位機通信，NR3103具備48路±10 V模擬量輸出能力，RS870A與采樣板卡之間通過CAN通信完成數(shù)據(jù)交換，NR3523A具備12路IO輸出能力，作為控制節(jié)點使用。

2.2 采樣板卡說明

采樣板卡使用南瑞繼保公司開發(fā)的NR0641插件，具備23路分辨率為16位模擬量采樣通道。19路電平輸出模擬PWM信號，16路信號輸入接口。

2.3 輔助電源說明

本系統(tǒng)輔助電源需要2個開關(guān)電源，板卡控制系統(tǒng)供電,一臺高精度程控電源，電壓范圍0～300 V，電流范圍0～5 A，電壓精度(0.15+0.05%)V，(5+0.1%)mA，程控電源回路均設置有限流電阻，滿足測試中電壓和電流采樣要求。

3 系統(tǒng)軟件設計

測試系統(tǒng)軟件作為整個測試系統(tǒng)的重要部分，綜合考慮開發(fā)周期、后期維護和方便擴展等因素，選擇以HELP測試儀為載體，通過上位機Python語言和C++動態(tài)鏈接庫開發(fā)測試系統(tǒng)，實現(xiàn)與HELP測試儀對接。整個測試系統(tǒng)人機界面友好，模擬量及信號控制靈活，自動保存測試數(shù)據(jù)并形成測試報告。上位機測試系統(tǒng)界面如圖3所示。

測試系統(tǒng)根據(jù)不同板卡，進行配置測試步驟、需要的開關(guān)信號、模擬量信號及判斷閥值等，形成相應的測試用例，不同板卡與測試用例一一對應，滿足組串逆變器板卡多樣性要求。

在進行板卡測試時，首先需要將待測板通過配備的工裝夾具完成固定。在上位機測試系統(tǒng)界面選擇相應的測試用例，點擊開始按鈕，測試程序?qū)⒆詣油瓿赏ㄐ艩顟B(tài)確認、測試信號施加和校對反饋信號,并形成測試報告。測試進程具備即時顯示功能。測試系統(tǒng)控制流程如圖4所示。

圖3 上位機測試系統(tǒng)界面

圖4 測試系統(tǒng)控制流程

針對組串逆變器板卡中一次回路母線電容分布較多的特點，測試過程中因出現(xiàn)故障導致放電失敗時，立即終止測試并生成報告，排查故常，避免人身觸電的危險。完成全部測試項目后，測試報告記錄所有的測試信息，方便檢修人員排查故障。

4 測試結(jié)果

本文設計的自動測試系統(tǒng)已應用于組串逆變器電路板批量生產(chǎn)測試中。以功率回路板卡為測試對象，測試項目包含直流母線電壓和交流側(cè)電壓采樣、并網(wǎng)接觸器測試、霍爾電流傳感器測試、BOOST回路測試、IGBT開關(guān)狀態(tài)測試、風扇控制節(jié)點測試、防雷器節(jié)點測試、漏電流測試、絕緣阻抗測試、控制電源監(jiān)視測試和放電測試共11項。測試系統(tǒng)實物如圖5所示。

圖5 功率回路板卡測試系統(tǒng)實物

測試結(jié)束后自動生成測試報告如圖6所示，為功率回路板卡測試報告的摘錄。本文設計的自動測試系統(tǒng)對上述板卡測試耗時為3 min，測試工程師采用傳統(tǒng)人工測試方式，測試該板卡耗時約為10 min，可以看出本文設計的自動測試系統(tǒng)大大地提高了板卡生產(chǎn)測試效率。

圖6 功率回路板卡測試報告摘錄

5 結(jié)束語

本文針對當前人工測試效率低，工作量大，很難滿足標準化大批量生產(chǎn)測試要求的現(xiàn)狀，設計了一套基于HELP測試儀的光伏逆變器電路板自動測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有人機界面友好、配置靈活、易維護和操作簡單等特點。實際應用中大大提高板卡測試效率，滿足大批量測試生產(chǎn)要求。