安科瑞 鮑靜君

　　摘要：太陽能光伏發電組件的實時檢測備受關注，本文研究了基于霍爾傳感器的太陽能光伏系統的檢測裝置。該裝置主要由信號采集電路單元、數據處理單元和局域網控制器CAN總線數據傳輸電路單元三部分結合進行檢測。實驗結果表明霍爾傳感器的測量精度高、范圍大、響應速度快、測量方法線性度好、不受外界環境因素影響，且實現實時監測發電系統運行狀態并上傳數據。充分證明采用霍爾傳感器的檢測系統是效能高可行的。

　　關鍵詞：霍爾傳感器；光伏發電；CAN總線傳輸；實時檢測

1、引言

　　由于太陽能具有清潔、可再生的特點，我國又出臺的新能源政策促使光伏產品質量與數量齊升。面臨的首要問題是對光伏發電組件進行檢測與維護。而光伏系統主要采用直流電源，可以依據輸出端電壓、電流來判斷光伏組件運行狀態。因此，監測光伏組件的輸出端電壓、電流具有重要意義。

　　監測系統主要是采集光伏組件輸出電壓、電流信號。但是，陣列中的電壓、電流值較高且電池板間具有電位聯系，導致目前實現直接測量比較困難。研究前期，提出一些測量方法：共模、差模、V/F轉換無觸點采樣等方法來測量電壓，但都存在精度低，線性度差，電壓測量范圍小，響應速度慢，不能適用于任何波形等缺點；采用直放式LEM傳感器、羅氏線圈、電磁式電流互感器、TMR電流傳感器、分流器或直接檢測等方法來測量電流，但是存在零點漂移、破壞原有系統完整性、影響被測電流波形、絕緣難度大等問題。

　　因此，針對光伏發電系統的特殊性并結合目前的測量方法，采用依據霍爾效應制作的一種磁場傳感器——霍爾傳感器來測量光伏陣列的電壓、電流；采用CAN總線，實時上傳數據至上位機。設計了一種方便操作且結構簡單的可以實現實時監測光伏發電組件工作狀態的裝置。相比于其他單一的光伏發電監測系統，它可以克服目前測量方法存在的不足。而且具有兩大優勢：一是可以實現同時監測發電組件的電壓、電流；二是可以實現數據的實時上傳。

2、設計要求

　　太陽能光伏陣列的檢測關鍵是對太陽能光伏陣列輸出電壓、電流信號的采集。但是，電池板串聯數量多使得串聯整組的電壓、電流高，而且每個發電組件之間的電位都有一定的聯系。因此，為實現實時監測光伏發電組件的工作狀態并上傳數據；及時定位故障點的具體位置并給出報警信號。對本檢測系統的設計提出以下要求：

　　1）傳感器裝置價格低廉，絕緣度高，體積小且重量輕。

　　2）檢測系統對工作溫度檢測精度應高于1%，任何波形都適用，進而提高測量效率。

　　3）系統電壓測量范圍應擴大到6400V。

　　4）系統采樣動作的延遲時間要短且不受外界影響維持長期穩定。

　　5）檢測系統響應速度快，線性度要達0.1%

3、總體結構設計

　　總體監測系統如圖1所示，主要由信號采集電路單元、數據處理電路單元、CAN總線數據傳輸電路單元、穩壓電路單元、撥碼開關單元和數據處理計算機7部分組成。

圖1總體結構

　　信號采集電路單元由電壓信號采集電路和電流信號采集電路組成，電壓、電流信號采集電路輸入電壓和電流信號；CAN總線數據傳輸電路單元對三個電路單元傳輸過來的數據作處理；穩壓電路單元主要是提供穩定電源。

　　如圖2所示，信號采集電路由8個霍爾傳感器組成（H1~H7為電壓霍爾傳感器，H8為電流霍爾傳感器）。其中電壓霍爾傳感器H1~H6檢測單塊太陽能電池板電壓，H7檢測串聯支路兩端總電壓，電流霍爾傳感器采集太陽能光伏陣列每條支路上的電流信號。

圖2信號采集電路單元結構

　　其中H1~H7使用+15V直流電源供電，H8使用+5V直流電源供電。電壓霍爾傳感器H1～H7通過接線端子J5~J11與電池板相連（圖2）產生霍爾效應，得到0~5V的電壓信號。將太陽能電池板輸出電流導線穿過帶有電流感應孔的電流霍爾傳感器H8輸出額定值為0~2.5伏直流電壓信號。上述電壓信號連接單片機U1的A/D引腳（圖3），將分壓電阻R101～R108（圖2）放在單片機U1與霍爾傳感器之間，防止感應電壓過高而損壞單片機。

圖3數據處理電路單元結構

4、實驗結果分析