基于STM32的光伏直流柜智能检测系统设计

和1个CAN，具有多达80个快速I/O口。

电压电流采集芯片选用CS5480芯片，其具有以下特性：

1)出色的模拟性能，超低的噪声水平和高信噪比;

2)在4 000：1的动态范围内测得的电能计量精度为0.1%;

3)在1 000：1的动态范围内测得的电流有效值计量精度为0.1%;

4)3个独立的24位、4阶Delta—Sigma调制器进行电压和电流测量;

5)UART/SPI串行接口;

6)片上测量/计算：有功、无功和视在功率;有效值电压和电流;功率因数和线路频率;瞬时电压、电流和功率。

由于CS5480测量芯片具有较高的精确度，可以满足电流电压采集精度的要求。将输入至采集板的多路电流和电压信号经过调理，将其输入值调节至250 mV以内，经过模拟通道选择开关输入至两个采集通道进行采集，同时还可以对每路输入的功率进行计算。经SPI通信接口，将电压、电流、功率传递给主控芯片。

2.2 直流母线采集调理电路设计

系统设计可同时满足两条直流母线电压的采集，由于母线之间相互隔离，同时还要对弱电侧满足3.5 kV以上的隔离电压，因此选用隔离运放对其进行隔离调理，具体调理电路如下：

如上图所示，将直流母线电压按照1 000：1.64的比例进行降压，同时搭建截至频率为1.6 kHz的一阶低通滤波器滤除干扰，经隔离运放隔离后的电压在经过差分比例电路将电压值缩小为十分之一，这样构建后的电路直接将直流母线1 000 V的电压降至0.164 V，低于测量芯片250 mV的测量范围。

2.3 24 V开关量输入调理与采集电路设计

24 V DI接口设计采用光耦隔离方案，输入的开关量首先过分压和一阶低通滤波器，这样既可以设定24 V输入电压的门槛，而且消除了因抖动引起的误动作，保证了电路设计的可靠性，调理输出的信号经过滤波后直接接到主芯片STM32F103V8T6的I/O管脚上，具体如图5所示。

2.4 电流采集调理电路设计

电流的采集分为进出配电柜电流采集和支路漏电流检测两种，其中支路漏电流检测选择数字式的漏电流传感器，其采集的数据通过RS485总线发送给主控芯片，在此不再累述。进出配电柜电流采集选用二次侧输出4mA-20mA的霍尔电流互感器，为保证输入测量芯片CS5480的电压范围在0-250mV之间，设计采用20：1电阻分压的方式，分压后的信号并联10uF电容，组成截止频率为1.6kHz的一阶低通滤波器，传感器的信号输出端并联稳压二极管，防止传感器损坏输出信号超出测量芯片的范围，对测量芯片造成损坏。具体电路如图6所示。

2.5 驱动显示电路设计

系统设计显示驱动电路选用内部集成有MCU数字接口、数据锁存器的LED驱动控制专用电路芯片TM1629A，具体的设计电路如图7所示。

3 检测系统软件设计

检测系统设计的软件应包含以下功能：1)分别读取各支路漏电流传感器的电流和直流母线对地电压，由此计算各支路对地等效电阻，并判断故障支路;2)读取进出直流柜霍尔传感器的电流值，计算功率和发电量;3)读入支路电流方向;4)进行接地指示、支路绝缘电阻显示和故障存储。检测系统软件框图如图8所示。

4 试验及验证

选用KS833系列直流标准源1台，其输出直流电压精度可达0.05%，直流电压输出范围为0—750VDC;选择1%精度水泥电阻和直流配电柜1台，搭建实验测试平台，测试结果如下表1、2所示。

由测试表1、2数据可以看出母线电压的测量误差低于0.5%，母线接地电阻测试误差低于5%，设计符合指标要求，满足实际测量需要。

5 结束语

本文结合平衡电桥和不平衡电桥法特点，提出了母线正负极和支路绝缘检测原理，基于STM32设计了光伏直流柜智能检测系统。实验表明，该系统可以实时准确的测量直流柜的电压、电流，并计算发电量、功率以及接地绝缘状况，测量精确、误差低，可以为光伏监控系统提供可靠的电气量信息。目前，该智能检测系统已经应用于多个光伏电站，具有误差小、实时性好、稳定性强、可靠性高等优点，为电站监控和故障处理提供了科学依据。

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