儲(chǔ)能逆變器測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)爆發(fā)，儲(chǔ)能逆變器作為產(chǎn)業(yè)鏈中重要的一環(huán)也在迅速增值，因此，對(duì)于儲(chǔ)能逆變器進(jìn)行系統(tǒng)的測(cè)試和調(diào)試平臺(tái)的開發(fā)顯得尤為重要。

隨著新能源電子設(shè)備的多樣化發(fā)展，控制程序算法的復(fù)雜化需要通過(guò)測(cè)試平臺(tái)獲取更多數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的測(cè)試平臺(tái)雖然能夠滿足基本的測(cè)試需求，但卻無(wú)法更好地滿足對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速度的要求。

測(cè)試平臺(tái)在獲取數(shù)據(jù)的過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸速率要求較高，同時(shí)還需要具備更多的實(shí)用性功能。

基于此，針對(duì)平臺(tái)對(duì)于儲(chǔ)能逆變器人機(jī)交互的實(shí)際需求，構(gòu)建一個(gè)可以根據(jù)用戶的需求進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的測(cè)試軟件平臺(tái)，是當(dāng)前的研究重點(diǎn)。

1測(cè)試平臺(tái)需求分析

1.1儲(chǔ)能逆變器

在智能電網(wǎng)的建設(shè)中，儲(chǔ)能逆變器憑借自身的雙向變流功能可以完成一些特殊的功能。作為一種雙向變流器，不僅可以完成電網(wǎng)電能之間的能量傳輸，還可以完成儲(chǔ)能電能之間的能量傳輸，適用于多種直流儲(chǔ)能單元中。

在直流儲(chǔ)能單元中，儲(chǔ)能逆變器可以快速完成分布式發(fā)電的功能，提高電網(wǎng)對(duì)于可再生能源電力的接納。根據(jù)系統(tǒng)的特性，在負(fù)荷的低谷期，需要儲(chǔ)存更多的發(fā)電量以備不時(shí)之需，在負(fù)荷的高峰期所釋放的能量，可以有效提高電網(wǎng)的供電質(zhì)量。圖1為儲(chǔ)能逆變器在電網(wǎng)中的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。

儲(chǔ)能逆變器適用于大容量?jī)?chǔ)能電池的充放電，在充放電系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)雙向流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)智能化、穩(wěn)定性和安全性等優(yōu)勢(shì)。

在進(jìn)行儲(chǔ)能逆變器的整個(gè)開發(fā)過(guò)程中，利用示波器完成對(duì)電信號(hào)的全面檢測(cè)，使用儲(chǔ)能逆變器控制算法進(jìn)行實(shí)際電信號(hào)量的研究所獲取的量較少，利用示波器對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，多少會(huì)存在一些問(wèn)題，雖然可以獲取儲(chǔ)能逆變器的電信號(hào)，但是經(jīng)過(guò)傳感器進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換后，通過(guò)AD進(jìn)行采集不一定保證采集量的正確性。

因此，為了確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行，對(duì)程序的變量進(jìn)行觀察非常有必要。在進(jìn)行程序觀測(cè)的過(guò)程中，使用斷點(diǎn)觀測(cè)的方式較多，在進(jìn)行弱電電路的程序調(diào)試和應(yīng)用時(shí)，斷點(diǎn)觀測(cè)是一種非常有效的調(diào)試方法，但是在大功率的設(shè)備調(diào)試中，斷點(diǎn)觀測(cè)無(wú)法更好地預(yù)知大功率設(shè)備的狀態(tài)，容易引發(fā)短路故障，存在一定的安全隱患，對(duì)于工作人員的安全作業(yè)非常不利。

通過(guò)調(diào)試軟件可以讓刷新功能得到保障的同時(shí)，提高安全隱患。在進(jìn)行儲(chǔ)能逆變器大功率設(shè)備的測(cè)試過(guò)程中，會(huì)遇到很多故障問(wèn)題。發(fā)生故障后，如果沒(méi)有及時(shí)保存算法的變量信息，將無(wú)法準(zhǔn)確獲取故障點(diǎn)的位置和原因。

因此，在進(jìn)行儲(chǔ)能逆變器的測(cè)試和調(diào)試過(guò)程中，諧波含量的大小是測(cè)試的一個(gè)重要指標(biāo)，可以實(shí)時(shí)獲取儲(chǔ)能逆變器的諧波含量，對(duì)于儲(chǔ)能逆變器的測(cè)試非常重要?；谝陨蠁?wèn)題，開發(fā)儲(chǔ)能逆變器測(cè)試軟件平臺(tái)十分有必要。

1.2需求分析

儲(chǔ)能逆變器測(cè)試軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)由人機(jī)交互測(cè)試平臺(tái)和數(shù)據(jù)采集模塊兩部分組成，測(cè)試平臺(tái)展示如圖2所示。

對(duì)于儲(chǔ)能逆變器的傳感器模塊而言，完成信號(hào)的轉(zhuǎn)換是一大亮點(diǎn)。通過(guò)獲取AD小信號(hào)的數(shù)據(jù)，利用DSP控制器進(jìn)行處理后通過(guò)以太網(wǎng)通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到PC端。

測(cè)試軟件平臺(tái)通過(guò)PC端口讀取以太網(wǎng)中的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的處理，并通過(guò)測(cè)試平臺(tái)完成對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果的全面分析。

根據(jù)上述對(duì)于儲(chǔ)能逆變器測(cè)試軟件平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)，對(duì)其進(jìn)行功能模塊的需求分析：

（1）上下位機(jī)高速通信：傳統(tǒng)的總線通信速率為460800bps[4]，為了提高通信的準(zhǔn)確度，一般采取最多的是9600bps。CAN總線的通信速率為1Mbps，與工業(yè)以太網(wǎng)的總線差距較大；

傳統(tǒng)總線的可靠性較低，采用CAN或者工業(yè)以太網(wǎng)方可滿足通信傳輸穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)需求；由于上下位機(jī)數(shù)據(jù)的通信中，上位機(jī)一般使用PC，CAN總線進(jìn)行上下位機(jī)通信時(shí)，需要通過(guò)接口卡進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，因此使用CAN的成本較高。

（2）后臺(tái)數(shù)據(jù)處理：通過(guò)測(cè)試軟件平臺(tái)接收數(shù)據(jù)后完成對(duì)數(shù)據(jù)的處理，主要由儲(chǔ)能逆變器的后臺(tái)完成。

（3）數(shù)據(jù)顯示與人機(jī)交互：儲(chǔ)能逆變器測(cè)試軟件平臺(tái)的后臺(tái)主要負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過(guò)顯示數(shù)據(jù)完成對(duì)數(shù)據(jù)的操作，并實(shí)現(xiàn)最終的人機(jī)交互。

2測(cè)試平臺(tái)結(jié)構(gòu)及算法設(shè)計(jì)

2.1總體結(jié)構(gòu)

儲(chǔ)能逆變器測(cè)試軟件平臺(tái)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)獲取數(shù)據(jù)后，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算分析處理，在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)展示的同時(shí)，也可以根據(jù)用戶的設(shè)置需求，對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，測(cè)試平臺(tái)的數(shù)據(jù)處理流程如圖3所示。

在儲(chǔ)能逆變器的測(cè)試軟件平臺(tái)開發(fā)時(shí)，采用三層結(jié)構(gòu)體系，包括應(yīng)用層、業(yè)務(wù)邏輯層和控制層，對(duì)軟件中的各個(gè)層次任務(wù)進(jìn)行分工處理，有助于軟件的開發(fā)。

2.2諧波檢測(cè)算法

2.3效率計(jì)算方法

2.4高速通信協(xié)議

3測(cè)試平臺(tái)模塊實(shí)現(xiàn)

3.1數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)的過(guò)程為：

電壓電流傳感器→信號(hào)調(diào)理電路→AD→DSP，通過(guò)傳感器將強(qiáng)電信號(hào)轉(zhuǎn)化為弱點(diǎn)信號(hào)，通過(guò)AD采集后利用以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)發(fā)送到測(cè)試平臺(tái)中。

在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)采集模塊主要通過(guò)AD公司旗下的8通道、16位的芯片AD7606，完成輸入信號(hào)的采樣，讓所有的通道采集速率都可以達(dá)到200kSPS。

3.2以太網(wǎng)通信模塊的實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：

數(shù)據(jù)采集模塊→DSP→RTL→儲(chǔ)能逆變器測(cè)試軟件平臺(tái)。測(cè)試軟件平臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸利用工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行，將數(shù)據(jù)采集模塊中的數(shù)據(jù)通過(guò)DSP傳輸?shù)揭蕴W(wǎng)的控制器中，以太網(wǎng)將其傳輸?shù)綔y(cè)試平臺(tái)中。

上下位機(jī)的數(shù)據(jù)通信使用RTL8019AS進(jìn)行通信，該控制器的電路簡(jiǎn)單，操作方便，通信速率高，可以滿足該平臺(tái)的設(shè)計(jì)需求。

3.3諧波檢測(cè)模塊的實(shí)現(xiàn)使用基-2FFT算法實(shí)現(xiàn)

通過(guò)蝶形運(yùn)算，完成對(duì)FFT算法的諧波檢測(cè)分析。有效值計(jì)算模塊的實(shí)現(xiàn)，在同等電阻上增加直流和交流，通過(guò)交通流量的周期，讓直流和交流的熱量相等，得到交通流量的有效值。

4結(jié)語(yǔ)

儲(chǔ)能逆變器的測(cè)試軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)，主要是針對(duì)儲(chǔ)能逆變器而開發(fā)的一款測(cè)試軟件，該軟件也可以應(yīng)用在其他的逆變器中進(jìn)行調(diào)試。

通過(guò)對(duì)諧波檢測(cè)算法的分析，得到抑制頻譜泄露的原理，對(duì)進(jìn)一步提高測(cè)試平臺(tái)的實(shí)時(shí)性具有顯著作用。

通過(guò)對(duì)各個(gè)模塊的功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析后得到，使用C++可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能逆變器的測(cè)試軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)，完成對(duì)諧波分析、檢測(cè)、采集、計(jì)算、顯示和保存等功能的分析，驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)方案的可行性。

參考資料：儲(chǔ)能逆變器測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)；作者：李春，陳國(guó)棟上海電氣輸配電集團(tuán)技術(shù)中心

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