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)

劉陽(yáng)， 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(yǔ)言和C++動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)開(kāi)發(fā)，通過(guò)接口函數(shù)與南瑞繼保公司開(kāi)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(kāi)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(guò)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(guò)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(guò)CAN傳送至HELP測(cè)試儀。

(4)輔助電源包含開(kāi)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(guò)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(kāi)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(guò)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(guò)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(shuō)明

采樣板卡使用南瑞繼保公司開(kāi)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(shuō)明

本系統(tǒng)輔助電源需要2個(gè)開(kāi)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(kāi)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(guò)上位機(jī)Python語(yǔ)言和C++動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)開(kāi)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(kāi)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(guò)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(kāi)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(guò)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(kāi)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(yǔ)

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。