基于CAN總線的分布式通信光伏電源漏電檢測方法

劉海兵

（中國聯合網絡通信有限公司 菏澤市分公司，山東 菏澤 274000）

0 引 言

分布式通信光伏電源的進一步優化設計，使得分布式通信光伏電源同時具備最大功率跟蹤和逆變等功能，導致分布式通信光伏電源會產生大量的多余電力需要反送，但在此過程中很容易出現漏電現象，導致分布式通信光伏電源發生故障，因此必須提高分布式通信光伏電源漏電的檢測能力[1]。此外，考慮到分布式通信光伏電源漏電出現的情況多種多樣，即使是分布式通信光伏電源中的逆變器出現一個小小的故障也有可能導致漏電現象，直接造成安全危險事故，因此無法以一個定性標準進行檢測。國內學者對分布式通信光伏電源漏電檢測方面的研究較多，大多數是通過卷積神經網絡自學習的方式檢測分布式通信光伏電源漏電，在實際應用過程中雖然能夠對分布式通信光伏電源漏電信息的采集與處理提供一定的幫助，但仍然存在效率較低的問題，無法確保分布式通信光伏電源漏電檢測的實時性。CAN總線作為多主方式的串行通信總線能夠提高信息在傳輸過程中的耗時，通過提高檢測吞吐率，進而提高檢測效率[2,3]。本文提出基于CAN總線的分布式通信光伏電源漏電檢測方法，致力于通過CAN總線從根本上提高分布式通信光伏電源漏電檢測效率，杜絕分布式通信光伏電源漏電現象。

1 CAN總線

CAN總線作為目前國際上最受歡迎的通信總線，能夠通過ISO國際標準化的串行通信協議實現實時控制的串行通信網絡。它運用非破壞性總線仲裁技術設計出獨特的接口電路，可同時由多個節點共同傳輸信息，實現了多主方式的串行通信，而且作為一種新型通信總線，具備極高的性價比。CAN總線以其實時性、靈活性以及可靠性等特點在總多通信總線中脫穎而出，成為時下最受歡迎的通信總線，受到多個領域的重點應用，其中包括工業自動化、醫療以及船舶等，并且均取得了良好的應用效果，被評為高性能和高可靠性的通信總線。

2 基于CAN總線的分布式通信光伏電源漏電檢測方法

2.1 提取分布式通信光伏電源漏電檢測點

在分布式通信光伏電源漏電檢測過程中，必須預先提取分布式通信光伏電源漏電檢測點，并以此為依據展開智能檢測[4]。本文采用相關系數閡值法提取分布式通信光伏電源漏電檢測點，并以直線中所處的位置加以表示。分布式通信光伏電源漏電檢測點在直線中的位置如表1所示。

表1 分布式通信光伏電源漏電檢測點在直線中的位置

結合表1所示，擬合分布式通信光伏電源漏電檢測點在直線中的位置時，需考慮到分布式通信光伏電源漏電檢測點并不是統一在一條直線中，因此需要擬合不在一條直線中的漏電檢測點。設此過程的目標函數為R，可得公式為：

式中，s指的是分布式通信光伏電源漏電檢測點權重；y指的是分布式通信光伏電源漏電檢測點的傾斜度；i指的是波長；yi指的是i波長下分布式通信光伏電源漏電檢測點的偏離系數。通過式（1）可知，R的數值越大，表示分布式通信光伏電源漏電檢測點濾波區間范圍越廣，證明分布式通信光伏電源漏電檢測環境越好。

2.2 計算分布式通信光伏電源漏電偏振軸

在提取分布式通信光伏電源漏電檢測點的基礎上以分布式通信光伏電源漏電偏振軸作為檢測的關鍵依據，通過計算的方式檢測分布式通信光伏電源漏電偏振軸。先圈定分布式通信光伏電源中出現漏電的漏電范圍，采用探傷技術將故障圓心與分布式通信光伏電源邊緣進行連線，自定義該軸為偏振軸，定義分布式通信光伏電源正常的發射矢量與偏振軸之間形成的角度為偏振角。設偏振角的計算表達式為γ，其計算公式為：

式中，Rz指的是傳感器檢測設備正常狀態下分布式通信光伏電源的發射偏振方向；l指的是偏振軸長度，取值范圍通?！? cm；r指的是為圈定分布式通信光伏電源漏電范圍的圓心，通常以坐標的形式進行表達。根據偏振角度的計算，下述將進行偏振軸的檢測，分析處理分布式通信光伏電源漏電檢測信息，預測分布式通信光伏電源可能漏電的位置。

2.3 建立CAN通信協議

針對上述計算得出的分布式通信光伏電源漏電偏振軸，本文通過CAN總線建立CAN通信協議分析處理分布式通信光伏電源漏電檢測信息，并以報文的方式傳輸分布式通信光伏電源漏電檢測信息。本文基于CAN總線的位仲裁技術，采用標準幀和擴展幀的格式區分標識符的長短，設定標準幀為11 bit的標識符長度，設定擴展幀為29 bit的標識符長度，為滿足分布式通信光伏電源漏電檢測實時性的需求，本文選用標準幀的格式建立CAN通信協議。CAN通信協議中標準信息幀示意如圖1所示。

結合圖1所示，本文建立的CAN通信協議中，11位標識符的標準信息幀遵循CAN總線中報文優先原則，以數據越小優先性越高為原則進行通信。設分布式通信光伏電源漏電檢測的CAN目標節點地址標識符為ID.6～ID.0，則CAN總線中的多個節點可分配為00000001，0000010～0011111作為上位機節點，執行CAN標識符分配。CAN標識符分配信息表如表2所示。

表2 CAN標識符分配信息表

結合表2所示，以分布式通信光伏電源漏電報警為最高分配優先級，執行分布式通信光伏電源漏電檢測通信。在計算機語言設置好CAN通信協議代碼后，每一指令根據條件進行循環執行，通過計算機指令處理分布式通信光伏電源漏電檢測信息收集模塊收集的信號，保證檢測系統的正常運行。這樣可以通過CAN通信協議中的deviceld指令來提高分布式通信光伏電源漏電檢測吞吐率，傳輸實時動態檢測數據，提高檢測效率。

2.4 顯示分布式通信光伏電源漏電檢測信息

圖1 CAN通信協議中標準信息幀示意圖

基于上文建立的CAN通信協議，利用CAN總線將分布式通信光伏電源漏電檢測的報警功能連接后臺，顯示檢測分布式通信光伏電源漏電信息，顯示數據包括逆變器輸出電壓、逆變器溫度、逆變器輸出電流、頻率以及偏振軸等。通常情況下，數據在終端的顯示映射取值在0～1.0，通過計算每個數據的映射值，以此獲得分布式通信光伏電源漏電檢測結果。設分布式通信光伏電源漏電檢測結果的表達式為Q，則其計算公式為：

式中，E指的是分布式通信光伏電源漏電檢測時線路的電流極值；φ指的是分布式通信光伏電源漏電的光伏陣列電壓；K指的是分布式通信光伏電源漏電的光伏陣列電流；A指的是分布式通信光伏電源漏電時電流的流經強度。通過式（3）計算得出的映射值作為分布式通信光伏電源漏電檢測的關鍵依據，結合檢測數據的實時傳遞情況，傳輸終端數據，并顯示數據信息，完成基于CAN總線的分布式通信光伏電源漏電檢測。

3 實例分析

3.1 實驗準備

構建實例分析，實驗對象選取型號為KLP-2569800型號的分布式通信光伏電源，實驗過程中相關準備及設備參數如表3所示。此外設置如表4所示的實驗環境參數。

表3 設備參數值

表4 實驗環境參數

結合表4，在保證實驗具有有效性的前提下選擇同一個測試指標進行實驗，實驗的內容為測試本文方法與傳統方法之間的檢測吞吐率。檢測吞吐率越高證明該方法對于分布式通信光伏電源漏電檢測效率越高。在此次的實驗中，首先使用本文方法檢測分布式通信光伏電源漏電，利用Heapchyer軟件記錄測得的檢測吞吐率設為實驗組，再使用傳統方法檢測分布式通信光伏電源漏電，同樣利用Heapchyer軟件記錄測得的檢測吞吐率設為對照組，共進行10次實驗。

3.2 實驗結果分析與結論

采集10組實驗數據，實驗結果如圖2所示。

圖2 檢測吞吐率對比圖

通過圖2可如，本文設計方法檢測吞吐率均在3 reqs/s以上，遠高于實驗對照組的檢測吞吐率，分布式通信光伏電源漏電檢測效率更高，而且其各項功能均可以滿足設計總體要求，具有實際應用價值。

4 結 論

通過基于CAN總線的分布式通信光伏電源漏電檢測方法研究能夠取得一定的研究成果，解決傳統分布式通信光伏電源漏電檢測中存在的問題。本文設計的方法是具有現實意義的，能夠指導分布式通信光伏電源漏電檢測方法優化，因此在后期的發展中應加大CAN總線在分布式通信光伏電源漏電檢測方法中的應用力度。目前，國內外對基于CAN總線的分布式通信光伏電源漏電檢測方法研究仍存在一些問題，所以在日后還需要進一步深入研究分布式通信光伏電源的優化設計，為提高分布式通信光伏電源的綜合性能提供參考。