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        基于HELP測(cè)試儀的光伏逆變器電路板自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2018-09-20 06:37:48劉陽于哲顧偉李明翰李興建
        電氣自動(dòng)化 2018年4期
        關(guān)鍵詞:測(cè)試報(bào)告自動(dòng)測(cè)試板卡

        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(shí)的增強(qiáng),發(fā)展分布式新能源已成為各國(guó)促進(jìn)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(diǎn),組串式逆變器因具有技術(shù)成熟、設(shè)計(jì)靈活、維護(hù)方便和適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn),在分布式光伏發(fā)電中得到廣泛的應(yīng)用,現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)方式一般采用整機(jī)更換[2]。因此提高出廠測(cè)試質(zhì)量,降低電路板的故障率,將有效地降低后期維護(hù)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(fù)雜程度高和電路板類型多樣等特點(diǎn),采用傳統(tǒng)的人工進(jìn)行測(cè)試的方式,測(cè)試繁瑣、工作量大、可靠性受到人為因素影響,很難滿足標(biāo)準(zhǔn)化大批量測(cè)試要求[3]42。同時(shí)文獻(xiàn)[3]42-43和文獻(xiàn)[4]中均提出一種基于LabVIEW的電路板自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。本文結(jié)合公司現(xiàn)有測(cè)試輔助設(shè)備情況,針對(duì)人工測(cè)試的不足,提出一種基于HELP測(cè)試儀的光伏逆變器電路板自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。

        本測(cè)試系統(tǒng)的上位機(jī)后臺(tái)控制系統(tǒng)基于Python語言和C++動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)開發(fā),通過接口函數(shù)與南瑞繼保公司開發(fā)的HELP測(cè)試儀實(shí)現(xiàn)對(duì)接,完成施加模擬量和IO信號(hào),具有開發(fā)周期短、便于擴(kuò)展、人機(jī)界面友好、測(cè)試用例配置靈活、方便維護(hù)和一鍵自動(dòng)完成測(cè)試并自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告等優(yōu)點(diǎn)。

        1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

        本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)由上位機(jī)、HELP測(cè)試儀、測(cè)試平臺(tái)和輔助電源四部分組成,測(cè)試系統(tǒng)框圖如圖1所示。

        圖1 測(cè)試系統(tǒng)框圖

        (1)上位機(jī)控制系統(tǒng)具備操作后臺(tái),進(jìn)行人機(jī)交互,下發(fā)測(cè)試控制指令,通過HELP測(cè)試儀施加模擬量及IO信號(hào)。接收測(cè)試采樣及信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷測(cè)試結(jié)果,并自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告。

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

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

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

        2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

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

        2.1 HELP測(cè)試儀簡(jiǎn)介[5-7]

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

        圖2 HELP測(cè)試儀配置

        其中NR3301A為測(cè)試儀的電源供電,NR3101A實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)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(diǎn)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(hào),16路信號(hào)輸入接口。

        2.3 輔助電源說明

        本系統(tǒng)輔助電源需要2個(gè)開關(guān)電源,板卡控制系統(tǒng)供電,一臺(tái)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(shè)置有限流電阻,滿足測(cè)試中電壓和電流采樣要求。

        3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

        測(cè)試系統(tǒng)軟件作為整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的重要部分,綜合考慮開發(fā)周期、后期維護(hù)和方便擴(kuò)展等因素,選擇以HELP測(cè)試儀為載體,通過上位機(jī)Python語言和C++動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)開發(fā)測(cè)試系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)與HELP測(cè)試儀對(duì)接。整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)人機(jī)界面友好,模擬量及信號(hào)控制靈活,自動(dòng)保存測(cè)試數(shù)據(jù)并形成測(cè)試報(bào)告。上位機(jī)測(cè)試系統(tǒng)界面如圖3所示。

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

        在進(jìn)行板卡測(cè)試時(shí),首先需要將待測(cè)板通過配備的工裝夾具完成固定。在上位機(jī)測(cè)試系統(tǒng)界面選擇相應(yīng)的測(cè)試用例,點(diǎn)擊開始按鈕,測(cè)試程序?qū)⒆詣?dòng)完成通信狀態(tài)確認(rèn)、測(cè)試信號(hào)施加和校對(duì)反饋信號(hào),并形成測(cè)試報(bào)告。測(cè)試進(jìn)程具備即時(shí)顯示功能。測(cè)試系統(tǒng)控制流程如圖4所示。

        圖3 上位機(jī)測(cè)試系統(tǒng)界面

        圖4 測(cè)試系統(tǒng)控制流程

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

        4 測(cè)試結(jié)果

        本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)已應(yīng)用于組串逆變器電路板批量生產(chǎn)測(cè)試中。以功率回路板卡為測(cè)試對(duì)象,測(cè)試項(xiàng)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(cè)試、霍爾電流傳感器測(cè)試、BOOST回路測(cè)試、IGBT開關(guān)狀態(tài)測(cè)試、風(fēng)扇控制節(jié)點(diǎn)測(cè)試、防雷器節(jié)點(diǎn)測(cè)試、漏電流測(cè)試、絕緣阻抗測(cè)試、控制電源監(jiān)視測(cè)試和放電測(cè)試共11項(xiàng)。測(cè)試系統(tǒng)實(shí)物如圖5所示。

        圖5 功率回路板卡測(cè)試系統(tǒng)實(shí)物

        測(cè)試結(jié)束后自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告如圖6所示,為功率回路板卡測(cè)試報(bào)告的摘錄。本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)上述板卡測(cè)試耗時(shí)為3 min,測(cè)試工程師采用傳統(tǒng)人工測(cè)試方式,測(cè)試該板卡耗時(shí)約為10 min,可以看出本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)大大地提高了板卡生產(chǎn)測(cè)試效率。

        圖6 功率回路板卡測(cè)試報(bào)告摘錄

        5 結(jié)束語

        本文針對(duì)當(dāng)前人工測(cè)試效率低,工作量大,很難滿足標(biāo)準(zhǔn)化大批量生產(chǎn)測(cè)試要求的現(xiàn)狀,設(shè)計(jì)了一套基于HELP測(cè)試儀的光伏逆變器電路板自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有人機(jī)界面友好、配置靈活、易維護(hù)和操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用中大大提高板卡測(cè)試效率,滿足大批量測(cè)試生產(chǎn)要求。

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