基于LabVIEW的光伏并網逆變器溫升自動測試系統的設計

陳 棟, 王鈞銘, 鮑安平, 顧凱鳴

(南京信息職業技術學院 中認新能源技術學院，江蘇 南京 210023)

0 引 言

光伏并網發電是太陽能利用技術的一個重要方面，而光伏并網發電系統的核心是并網逆變器，所以并網逆變器的質量直接關系著光伏發電系統的安全、穩定可靠運行[1]。而溫升測試是評估逆變器是否符合相關標準要求的一個重要的安全指標[2]。目前國內光伏并網逆變器溫升測試基本上還是使用溫度采集裝置自帶的通用軟件進行測量，主要缺點是測試軟件沒有針對光伏逆變器溫升試驗的特點進行設計，在測試過程中逆變器各測點的溫度還要靠測試人員監控，耗時耗力，沒有實現自動化測試，測試效率較低。因此構建一個功能完善的逆變器溫升自動測試系統，用來快速、準確地采集監控測試過程中的溫度參數顯得尤為重要。

本文基于LabVIEW平臺設計開發了光伏并網逆變器溫升自動測試系統[3-4]，該系統可以進行多通道溫度采集和測量控制，從計算機界面上直觀地得到逆變器測試過程中的溫度值和曲線圖，待逆變器溫度穩定后會自動提醒測試結束，出具溫升測試結果報告，系統界面友好且使用方便，大大節省了人力和時間，提高了測試效率。

1 逆變器溫升測試方法和要求

測試方法依據國家發布的認證技術規范CNCA/CTS0004-2009A《并網光伏發電專用逆變器技術條件》5.16章節溫升試驗的要求，在全功率條件下，在逆變器會引起危險的零部件和可接觸部位上布置溫度采集點(測溫點)，當各測溫點溫度變化每小時不超過1 K時即認為逆變器達到熱穩定狀態，溫升試驗結束。此時記錄下各測溫點的溫度值，看是否超過了技術規范中要求的最低限值[5]。

2 測試系統總體設計

光伏并網逆變器溫升測試系統由測試平臺、Agilent 34970A[6]數據采集器、YOKOGAWA WT3000[7]功率分析儀和系統軟件構成，總體結構框圖如圖1所示。

圖1 光伏并網逆變器溫升測試系統總體結構框圖

測試平臺選用霍爾傳感器HIOKI CT6863、Omega K型熱電偶和NI公司的PXIe-1082工控機等部分組成。

系統采用Omega公司的K型熱電偶作為測溫傳感器，型號為TT-K-30，測量的溫度范圍為-200 ℃～260 ℃。

Agilent 34970A是一種性價比較高的數據采集、開關單元，適用于數據記錄、數據采集和一般的開關與控制應用，可完成溫度、交直流電壓電流、電阻等測量功能。儀器后面板配有3個插槽，可安裝Agilent 34901A 20路銜鐵式多路復用器。光伏逆變器溫升測試每次需要測量大約40個測溫點，所以只需使用2塊34901A板卡就可以滿足測試要求。測量精度可達到0.001 ℃。

本系統采用Agilent 34970A數據采集器作為整個測試系統的執行單元，通過Omega K型熱電偶實時采集現場溫度信號，信號經過采集器內部調理后，接收工控機系統軟件的控制命令并向其提供數據。Agilent 34970A使用的通信接口有GPIB和RS232兩種。在測試系統調試階段，分別對這兩種接口進行了大量的試驗。結果發現，RS232雖然價格便宜，但是傳輸速度較慢，尤其在34970A掃描速率較高、測試通道數多的情況下，經常造成儀器與工控機之間的通信沒有響應，因此不宜選擇RS232作為高精度、高可靠性的測試通信接口。本文選用GPIB接口進行通信，GPIB的優點在于數據傳輸速度較快，可以達到1.5 Mb/s，傳輸距離較遠，可靠性較好，連接方式為總線并行式，儀器直接并聯在總線上，可與符合國際標準的各類程控儀器連接構成自動化測試系統[8-9]。

工控機PXIe-1082是基于LabVIEW的測試平臺，是整個測試系統的控制單元，負責對接收到的數據進行分析、處理和顯示，并出具溫升測試報告。

YOKOGAWA WT3000功率分析儀負責讀取逆變器直流側和交流側的電參數值，如電流、電壓、功率和頻率等，調節光伏陣列模擬器確保逆變器在滿功率下進行溫升測試。

3 系統軟件設計

3.1 軟件開發平臺

軟件采用LabVIEW2012版本作為溫升測試系統開發平臺。LabVIEW是由美國NI公司推出的虛擬儀器設計開發平臺，具有圖形化編程容易入門、豐富的擴展函數庫和分析子程序，使之在開發虛擬儀器上具有獨特優勢[10]。在系統軟件設計過程中，調用了Agilent 34970A提供的LabVIEW的第三方驅動函數，不需要使用LabVIEW的VISA函數編寫底層硬件的驅動程序，使用起來方便快捷，大大提高了系統的開發時間[11]。

3.2 軟件設計

為使測試系統具有良好的儀器擴展性便于升級，在軟件設計時采用了模塊化、結構化的方法[12]，功能程序和驅動程序相對獨立。軟件包括系統初始化、系統參數配置、測試通道配置、溫度采集和數據保存等模塊。程序設計流程圖如圖2所示。當用戶啟動測試系統后，系統進行初始化，然后進行系統參數和測試通道配置，接著對配置的測試通道進行溫度數據采集，如果各通道溫度值在半小時內不超過1K，則彈出對話框和語音提醒，提示測試結束停止溫度采集，同時保存測試數據值。最終測試系統軟件界面設計如圖3所示。

圖2 程序設計流程圖

圖3 測試系統軟件界面

軟件的主框架采用了生產者-消費者架構[13-17]進行設計，如圖4所示。生產者循環和消費者循環之間采用隊列技術進行數據傳輸，生產者循環負責軟件界面人機交互時的動作響應，消費者循環負責響應后的數據處理。

圖4 測試系統軟件架構

3.3 軟件關鍵部分設計

(1) 系統初始化設計。初始化設計在程序消費者循環中實現，含Init、Init global、Init UI等3個子程序完成對使用的全局變量和用戶界面控件進行初始化設置，如測試通道配置樹形控件、測試曲線控件等。

(2) 系統參數配置設計。在軟件的系統配置中設有仿真選項，在程序中用全局變量來進行控制，便于在無Agilent 34970A數據采集器的條件下仿真編寫并調試測試系統軟件。

(3) 溫度值即時查看功能設計。主界面溫度顯示曲線圖中，沿著曲線圖移動鼠標可以察看各點的溫度值，便于測試人員監控數據。如圖5所示為此功能設計的部分程序框圖。程序中使用了引用節點Map Coordinates To XY和屬性節點Cursor Mode、Active Plot。

(4) 通信錯誤。當計算機與Agilent 34970A通信發生錯誤時，軟件會彈出對話框提醒，并顯示錯誤碼。如圖6所示程序框圖。

圖5 溫度即時查看設計部分程序框圖

圖6 通信錯誤碼功能程序框圖

(5) 通道名稱。軟件中采用樹結構設計測試通道配置程序，并且可以在通道號上雙擊鼠標彈出對話框，給各個測試通道標識測試名稱，如圖7所示測試通道名稱輸入前面板。

圖7 測試通道名稱輸入前面板

(6) 試驗結束。軟件會以TDMS格式自動保存測試數據，以便測試人員查看歷史測試數據，如圖8所示程序框圖。

圖8 TDMS保存數據程序框圖

4 結 語

該系統目前已應用在南京中認南信檢測技術有限公司的光伏并網逆變器溫升測試中，節省了大量的人力物力，提高了測試效率，經過半年現場試用后于2012年12月最后調試、驗收通過。同時，隨著用戶需求的變化和新設備的出現，可以在系統架構不變的情況下，快速進行軟硬件系統的升級開發，具有良好的應用前景。

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