CN108809256A - 一种光伏离网电站故障智能检测系统 - Google Patents
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Abstract
一种光伏离网电站故障智能检测系统属于太阳能光伏发电技术领域，尤其涉及一种光伏离网电站故障智能检测系统。本发明提供一种光伏离网电站故障智能检测系统。本发明包括电流信号检测电路、电压信号检测电路、蓄电池本体与环境温度检测电路、辐照强度检测电路、远程无线通信电路、键盘电路、LCD显示屏电路和主控CPU电路，其结构要点电流信号检测电路的信号输出端口与主控CPU电路的信号输入端口相连，电压信号检测电路的信号输出端口与主控CPU电路的信号输入端口相连，蓄电池本体与环境温度检测电路的信号输出端口与主控CPU电路的信号输入端口相连，辐照强度检测电路的信号输出端口与主控CPU电路的信号输入端口相连，远程无线通信电路的信号输入端口与主控CPU电路的信号输出端口相连，键盘电路的控制信号输出端口与主控CPU电路的控制信号输入端口相连，LCD显示屏电路的信号传输端口分别与主控CPU电路的信号传输端口、LCD液晶显示屏的信号传输端口相连；所述键盘电路的控制信号输入端口与键盘的控制信号输出端口相连。
Description
技术领域
本发明专利属于太阳能光伏发电技术领域，尤其涉及一种光伏离网电站故障智能检测系统。
背景技术
光伏离网电站是独立运行的光伏发电系统，它不与公共电网有任何接口，属于发、储、供一体的发电系统。其基本工作原理是，光伏组件在太阳光照射下产生电能，电能通过离网控制器供给负载，并将多余的电能储存到蓄电池中，在光照不足或夜间时蓄电池中的电能通过离网控制器继续给负载供电。光伏离网电站规模较小，适合分布建设，在海岛、沙漠、戈壁等偏远地区或连接公共电网有困难的地区，光伏离网电站是一种较好的供电方式。光伏离网电站除蓄电池外，设计使用寿命一般为25年。蓄电池使用寿命根据蓄电池的种类、质量、使用环境、系统充放电参数匹配等原因，寿命一般在5~8年之间不等。由于光伏离网系统结构复杂，采购设备质量不一，施工质量参差不齐等原因影响，光伏离网电站在运行一段时间后会出现多种问题或故障，包括组件损坏、导线断路、离网控制器损坏、蓄电池因盐化等原因引起的性能下降等。由于光伏离网电站常常建设在偏远、交通不便的地区，所以维修检测需要耗费大量人力、物力和时间，往往因为小问题需要支付高昂的维修费用，偏离了发展和建设光伏离网电站的初衷。随着光伏离网电站的发展建设，如何对光伏离网电站进行故障诊断成为一个非常重要的问题。而目前尚缺乏成熟有效的光伏离网电站故障诊断设备，特别是便携式又具有无线通讯能力的故障诊断设备。
发明内容
本发明就是针对上述问题，提供一种光伏离网电站故障智能检测系统。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括电流信号检测电路、电压信号检测电路、蓄电池本体与环境温度检测电路、辐照强度检测电路、远程无线通信电路、键盘电路、LCD显示屏电路和主控CPU电路，其结构要点电流信号检测电路的信号输出端口与主控CPU电路的信号输入端口相连，电压信号检测电路的信号输出端口与主控CPU电路的信号输入端口相连，蓄电池本体与环境温度检测电路的信号输出端口与主控CPU电路的信号输入端口相连，辐照强度检测电路的信号输出端口与主控CPU电路的信号输入端口相连，远程无线通信电路的信号输入端口与主控CPU电路的信号输出端口相连，键盘电路的控制信号输出端口与主控CPU电路的控制信号输入端口相连，LCD显示屏电路的信号传输端口分别与主控CPU电路的信号传输端口、LCD液晶显示屏的信号传输端口相连；所述键盘电路的控制信号输入端口与键盘的控制信号输出端口相连。
作为一种优选方案，本发明所述电流信号检测电路为由钳口式电流探头将线路中的电流按比例取样，取样得到的模拟信号经过电压跟随电路后通过主控CPU内部的AD转换模块变为数字信号；
所述电压信号检测电路为由电压检测探头将线路中的电压通过霍尔传感器按比例取样，取样得到的模拟信号经过信号调理电路后通过主控CPU内部的AD转换模块变为数字信号；
所述蓄电池本体与环境温度检测电路为由温度检测芯片内部的温度传感器检测蓄电池本体与所处环境的温度，并将温度信号通过检测芯片内部的模数转换器变为数字信号；
所述辐照强度检测电路为由辐照强度检测芯片内部的光强度传感器检测环境辐照强度模拟信号，并将辐照强度模拟信号通过检测芯片内部的模数转换器变为数字信号；
所述远程无线通信电路为由无线通信模块通过主控CPU的串行通信接口读取故障信息，并将故障信息通过GPRS网络进行远程无线发送。
作为另一种优选方案，本发明所述键盘电路和LCD显示屏电路的功能是设置智能检测系统的控制参数，包括辐照度阈值、温度阈值和巡检间隔时间，并通过LCD屏在线查看系统的工作状态和各参数的历史数据。
作为另一种优选方案，本发明所述主控CPU电路包括系统时钟电路、程序下载与在线仿真电路、主控CPU和电源转换电路，主控CPU端口分别与系统时钟电路端口、程序下载与在线仿真电路端口相连，电源转换电路为主控CPU和电路中其它需要3.3V电源供电的芯片供电。
作为另一种优选方案，本发明所述主控CPU采集各种物理量信号，对信号综合分析，进行故障诊断，对诊断结果远程无线发送。
作为另一种优选方案，本发明所述主控CPU采用PIC18F6720芯片U1。
作为另一种优选方案，本发明所述系统时钟电路包括电容C5、电容C6、晶振X1，晶振X1一端分别与电容C5一端、U1的39脚相连，电容C5另一端分别与地线、电容C6一端相连，电容C6另一端分别与晶振X1另一端、U1的40脚相连。
作为另一种优选方案，本发明所述电容C5、C6采用18pF电容，晶振X1采用20MHz晶振。
作为另一种优选方案，本发明所述程序下载与在线仿真电路包括二极管D1、电阻R1、电阻R2、电容C7、接插口J2，电阻R1一端分别与电源VCC3.3V、二极管D1阴极相连，电阻R1另一端分别与电容C7一端、二极管D1阳极、电阻R2一端相连，电容C7另一端接地，电阻R2另一端分别与接插口J2的1脚相连、U1的7脚相连，接插口J2的2脚分别与电源VCC3.3V、J2的6脚相连，接插口J2的3脚接地，接插口J2的4脚与U1的37脚相连，接插口J2的5脚与U1的42脚相连。
作为另一种优选方案，本发明所述电阻R1采用10K欧姆电阻，电阻R2采用1K欧姆电阻，二极管D1采用1N4148型二极管，电容C7采用0.1μF电容。
作为另一种优选方案，本发明所述电源转换电路包括电解电容C1和C4、电容C2和C3、电源转换芯片U2、接插口J1，电解电容C1的正极分别与电源VCC5V、电容C2一端、U2的3脚、接插口J1的1脚相连，电解电容C1的负极分别与电容C2另一端、U2的1脚、电容C3一端、电解电容C4的负极、接插口J1的2脚相连，U2的1脚接地，电解电容C4的正极分别与电容C3另一端、U2的2脚、电源VCC3.3V相连，接插口J1的3脚与电源-15V相连，接插口J1的4脚与电源+15V相连。
作为另一种优选方案，本发明所述电容C1、C4采用10μF电解电容，电容C2、C3采用0.1μF电容，电源转换芯片采用AMS1117-3.3。
作为另一种优选方案，本发明所述键盘电路包括排阻RA1、电阻R3～R7、接插口J3，接插口J3的1～5脚分别与排阻RA1的2～6脚、U1的60～64脚对应连接，接插口J3的6脚通过电阻R3与U1的12脚相连，接插口J3的7脚通过电阻R4与U1的13脚相连，接插口J3的8脚通过电阻R5与U1的14脚相连，接插口J3的9脚通过电阻R6与U1的15脚相连，接插口J3的10脚通过电阻R7与U1的16脚相连，排阻RA1的1脚与电源VCC3.3V相连。
作为另一种优选方案，本发明所述电阻R3～R7采用20欧姆电阻，排阻RA1采用1K*5排阻。
作为另一种优选方案，本发明所述LCD显示屏电路包括电阻R8～R11、NPN三极管Q1、液晶显示屏U3，U3的12～18脚分别与U1的49～55脚对应相连，U3的19脚与U1的33脚相连，U3的20脚通过电阻R11分别与电阻R10一端、U3的4脚相连，电阻R10另一端分别与电源VCC3.3V、U3的3脚相连；
U3的21脚与NPN三极管Q1的发射极相连，NPN三极管Q1的集电极分别与电源VCC3.3V、电阻R8一端相连，电阻R8另一端分别与电阻R9一端、U1的36脚相连，电阻R9另一端与NPN三极管Q1的基极相连；
U3的22、1、2脚接地，U3的11脚与U1的48脚相连，U3的10脚与U1的47脚相连，U3的5～8脚分别与U1的43～46脚对应连接。
作为另一种优选方案，本发明所述电阻R8、R9采用820欧姆电阻，电阻R10采用51K欧姆电阻，电阻R11采用6K欧姆电阻，NPN三极管Q1采用9014型三极管。
作为另一种优选方案，本发明所述键盘采用5×5的键盘。
作为另一种优选方案，本发明所述LCD液晶显示屏采用240×64像素的LCD液晶显示屏LM24064B。
作为另一种优选方案，本发明所述辐照强度检测电路包括电阻R12和R13、电容C8和C9、辐照强度检测芯片U4、接插口J4，电容C8一端分别与电源VCC3.3V、U4的1脚、接插口J4的4脚相连，电容C8另一端分别与U4的2脚、U4的3脚、接插口J4的3脚相连，U4的3脚接地，电阻R12一端分别与电阻R13一端、VCC3.3V、U4的5脚、电容C9一端相连，电阻R12另一端与U4的6脚、U1的34脚、接插口J4的2脚相连，电阻R13另一端与U4的4脚、U1的35脚、接插口J4的1脚相连，电容C9另一端接地。
作为另一种优选方案，本发明所述电阻R12、R13采用10K欧姆电阻，电容C8、C9采用0.1μF电容，辐照强度检测芯片采用BH1750FVI。
作为另一种优选方案，本发明所述远程无线通信电路包括远程无线通信模块U5、电容C10，电容C10一端分别与电源VCC5V、U5的1脚相连，电容C10另一端分别与地线、U5的2脚相连，U5的3脚接地，U5的4脚与U1的32脚相连，U5的5脚与U1的31脚相连。
作为另一种优选方案，本发明所述电容C10采用0.1μF电容，远程无线通信模块U5采用ATK-SIM800C。
作为另一种优选方案，本发明所述电流信号检测电路包括电阻R14和R15、电容C11、稳压二极管D2、运算放大器CA1、钳口式电流探头M1、接插口J5，M1的1脚分别与电源+15V、J5的4脚相连，M1的2脚分别与地线、J5的3脚相连，M1的3脚分别与电源-15V、J5的2脚相连，M1的4脚接地，M1的5脚分别与CA1的1脚、J5的1脚相连，CA1的5脚与电源+15V相连，CA1的2脚与电源-15V相连，CA1的3脚分别与CA1的4脚、电阻R14一端相连，电阻R14另一端分别与电容C11一端、电阻R15一端相连，电容C11另一端接地，电阻R15另一端分别与稳压二极管D2的阴极、U1的24脚相连，稳压二极管D2的阳极接地。
作为另一种优选方案，本发明所述电阻R14、R15采用100K欧姆电阻，电容C11采用0.1μF电容，稳压二极管D2采用1N4728型稳压二极管，运算放大器CA1采用LM321MFX。
作为另一种优选方案，本发明所述钳口式电流探头M1采用CHCS-LS08。
作为另一种优选方案，本发明所述电压信号检测电路包括电阻R16～R51、电容C12～C14、稳压二极管D3～D5、运算放大器CA2～CA7、接插口J6～J8、电压互感器U6～U8，U6的1脚通过电阻R16与接插口J6的2脚相连，U6的2脚与接插口J6的1脚相连，U6的3脚与电源-15V相连，U6的4脚与电源+15V相连，U6的5脚分别与电阻R17一端、电阻R18一端相连，电阻R17另一端接地，电阻R18另一端分别与CA2的3脚、电阻R19一端相连，CA2的1脚分别与电阻R20一端、电阻R21一端相连，电阻R20另一端分别与地线、电阻R21另一端相连，CA2的5脚与电源+15V相连，CA2的2脚与电源-15V相连，电阻R19另一端分别与CA2的4脚、电阻R22一端相连，电阻R22另一端分别与CA3的3脚、电阻R23一端相连，CA3的1脚分别与电阻R24一端、电阻R25一端相连，电阻R24另一端分别与地线、电阻R25另一端相连，CA3的5脚与电源+15V相连，CA3的2脚与电源-15V相连，电阻R23另一端分别与CA3的4脚、电阻R26一端相连，电阻R26另一端分别与电阻R27一端、电容C12一端相连，电容C12另一端接地，电阻R27另一端分别与U1的23脚、稳压二极管D3的阴极相连，稳压二极管D3的阳极接地；
U7的1脚通过电阻R28与接插口J7的2脚相连，U7的2脚与接插口J7的1脚相连，U7的3脚与电源-15V相连，U7的4脚与电源+15V相连，U7的5脚分别与电阻R29一端、电阻R30一端相连，电阻R29另一端接地，电阻R30另一端分别与CA4的3脚、电阻R31一端相连，CA4的1脚分别与电阻R32一端、电阻R33一端相连，电阻R32另一端分别与地线、电阻R33另一端相连，CA4的5脚与电源+15V相连，CA4的2脚与电源-15V相连，电阻R31另一端分别与CA4的4脚、电阻R34一端相连，电阻R34另一端分别与CA5的3脚、电阻R35一端相连，CA5的1脚分别与电阻R36一端、电阻R37一端相连，电阻R36另一端分别与地线、电阻R37另一端相连，CA5的5脚与电源+15V相连，CA5的2脚与电源-15V相连，电阻R35另一端分别与CA5的4脚、电阻R38一端相连，电阻R38另一端分别与电阻R39一端、电容C13一端相连，电容C13另一端接地，电阻R39另一端分别与U1的22脚、稳压二极管D4的阴极相连，稳压二极管D4的阳极接地；
U8的1脚通过电阻R40与接插口J8的2脚相连，U8的2脚与接插口J8的1脚相连，U8的3脚与电源-15V相连，U8的4脚与电源+15V相连，U8的5脚分别与电阻R41一端、电阻R42一端相连，电阻R41另一端接地，电阻R42另一端分别与CA6的3脚、电阻R43一端相连，CA6的1脚分别与电阻R44一端、电阻R45一端相连，电阻R44另一端分别与地线、电阻R45另一端相连，CA6的5脚与电源+15V相连，CA6的2脚与电源-15V相连，电阻R43另一端分别与CA6的4脚、电阻R46一端相连，电阻R46另一端分别与CA7的3脚、电阻R47一端相连，CA7的1脚分别与电阻R48一端、电阻R49一端相连，电阻R48另一端分别与地线、电阻R49另一端相连，CA7的5脚与电源+15V相连，CA7的2脚与电源-15V相连，电阻R47另一端分别与CA7的4脚、电阻R50一端相连，电阻R50另一端分别与电阻R51一端、电容C14一端相连，电容C14另一端接地，电阻R51另一端分别与U1的21脚、稳压二极管D5的阴极相连，稳压二极管D5的阳极接地。
作为另一种优选方案，本发明所述电阻R16、R28、R40采用功率2瓦特的3K欧姆电阻，电阻R17、R29、R41采用120欧姆电阻，电阻R18～R21、R30～R33、R42～R45采用20K欧姆电阻，电阻R22～R25、R34～R37、R46～R49采用10K欧姆电阻，电阻R26～R27、R38～R39、R50～R51采用10K欧姆电阻，电容C12～C14采用0.1μF电容，稳压二极管D3～D5采用1N4728型稳压二极管，运算放大器CA2～CA7采用LM321MFX。
作为另一种优选方案，本发明所述电压互感器采用HNV025A。
作为另一种优选方案，本发明所述蓄电池本体与环境温度检测电路包括电阻R52～R53、电容C15～C16、接插口J9～J10、测温芯片U9～U10，U9的3脚分别与电阻R52一端、电容C15一端、电源VCC3.3V、接插口J9的3脚相连，电阻R52另一端分别与U9的2脚、接插口J9的1脚、U1的27脚相连，电容C15另一端分别与U9的1脚、地线、接插口J9的2脚相连；
U10的3脚分别与电阻R53一端、电容C16一端、电源VCC3.3V、接插口J10的3脚相连，电阻R53另一端分别与U10的2脚、接插口J10的1脚、U1的28脚相连，电容C16另一端分别与U10的1脚、地线、接插口J10的2脚相连。
作为另一种优选方案，本发明所述电阻R52～R53采用4.7K欧姆电阻，电容C15～C16采用0.1μF电容，测温芯片U9～U10采用DS18B20芯片。
另外，本发明开始工作时，先用键盘设定初始参数，包括辐照度阈值Fth、温度阈值Tth、巡检间隔时间，然后进入循环程序执行步骤中。采集各种物理信号，包括电压信号、电流信号、辐照度信号、温度信号。根据采集到的物理信号值和故障诊断表判断系统是否出现故障，如果没有出现故障，请示操作者是否继续诊断，如果同意，智能检测系统进入巡检间隔时间等待，等待结束后程序返回开始处循环执行，如果不同意继续诊断，程序执行结束。如果出现故障，则对故障进行诊断，并通过LCD屏显示故障信息，然后请示操作者是否将故障信息远程发送，如果同意，故障信息将通过GPRS网络远程发送至监控中心，如果不同意，将跳过远程发送环节。然后请示操作者是否继续诊断，如果同意，程序返回开始处循环执行，如果不同意继续诊断，程序执行结束。
本发明有益效果。
本发明包括电流信号检测电路、电压信号检测电路、蓄电池本体与环境温度检测电路、辐照强度检测电路、远程无线通信电路、键盘电路、LCD显示屏电路和主控CPU电路，通过电流信号检测电路和电压信号检测电路将电站中关键线路的电流和电压按比例取样，通过蓄电池本体与环境温度检测电路分别将蓄电池本体的温度和蓄电池所处环境的温度变为数字信号，通过辐照强度检测电路将环境辐照强度变为数字信号，主控CPU电路完成信号采集及根据这些信号进行故障诊断，并实现对诊断结果的远程无线发送等工作。
本发明安装简便、成本低、安全可靠。
本发明使用时，将电流信号检测电路中的钳口式电流探头夹接在光伏组件与离网逆变器之间的线路上；将电压信号检测电路的3组电压检测探头分别接在离网逆变器与光伏组件的接口处、离网逆变器与蓄电池的接口处、离网逆变器与负载的接口处；将蓄电池本体温度检测电路的测温芯片安装在蓄电池表面，将蓄电池环境温度检测电路的测温芯片放置在蓄电池周围环境中；将辐照强度检测电路的光感探头水平放置在室外。智能检测系统结构简单，对于光伏离网电站具有较好的适用性。智能检测系统成本低，具有远程无线通信功能，对光伏离网电站的运行维护具有较大实用价值。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图1为本发明的电路原理框图；
图2为本发明的具体电路原理图a；
图3为本发明的具体电路原理图b；
图4为本发明的具体电路原理图c；
图5为本发明的具体电路原理图d；
图6为本发明的控制程序流程框图。
具体实施方式
如图所示，本发明包括电流信号检测电路、电压信号检测电路、蓄电池本体与环境温度检测电路、辐照强度检测电路、远程无线通信电路、键盘电路、LCD显示屏电路和主控CPU电路，电流信号检测电路的信号输出端口与主控CPU电路的信号输入端口相连，电压信号检测电路的信号输出端口与主控CPU电路的信号输入端口相连，蓄电池本体与环境温度检测电路的信号输出端口与主控CPU电路的信号输入端口相连，辐照强度检测电路的信号输出端口与主控CPU电路的信号输入端口相连，远程无线通信电路的信号输入端口与主控CPU电路的信号输出端口相连，键盘电路的控制信号输出端口与主控CPU电路的控制信号输入端口相连，LCD显示屏电路的信号传输端口分别与主控CPU电路的信号传输端口、LCD液晶显示屏的信号传输端口相连；所述键盘电路的控制信号输入端口与键盘的控制信号输出端口相连。
所述电流信号检测电路为由钳口式电流探头将线路中的电流按比例取样，取样得到的模拟信号经过电压跟随电路后通过主控CPU内部的AD转换模块变为数字信号；
所述电压信号检测电路为由电压检测探头将线路中的电压通过霍尔传感器按比例取样，取样得到的模拟信号经过信号调理电路后通过主控CPU内部的AD转换模块变为数字信号；
所述蓄电池本体与环境温度检测电路为由温度检测芯片内部的温度传感器检测蓄电池本体与所处环境的温度，并将温度信号通过检测芯片内部的模数转换器变为数字信号；
所述辐照强度检测电路为由辐照强度检测芯片内部的光强度传感器检测环境辐照强度模拟信号，并将辐照强度模拟信号通过检测芯片内部的模数转换器变为数字信号；
所述远程无线通信电路为由无线通信模块通过主控CPU的串行通信接口读取故障信息，并将故障信息通过GPRS网络进行远程无线发送；
所述键盘电路和LCD显示屏电路的功能是设置智能检测系统的控制参数，包括辐照度阈值、温度阈值和巡检间隔时间，并通过LCD屏在线查看系统的工作状态和各参数的历史数据。
本发明智能检测系统可在线采集多种物理量信号并综合分析得到光伏离网电站的故障，具有故障判断准确，可诊断的故障种类多等特点。
本发明智能检测系统对各种物理信号的采集均采用外置式，对电流信号的检测是通过霍尔电流钳夹接方式、对电压信号的检测是通过电压钳夹接方式、对蓄电池本体温度信号的检测是通过将测温芯片贴在蓄电池表面，使用智能检测系统时不需要改动电站的线路并且不需要停止电站的正常运行。
本发明适用于对直流电压等级为24V的光伏离网电站进行故障诊断，如果对其它直流电压等级的光伏离网电站进行故障诊断，需要将本发明中的电路、程序做相应的修改后方可使用。
所述主控CPU电路包括系统时钟电路、程序下载与在线仿真电路、主控CPU和电源转换电路，主控CPU端口分别与系统时钟电路端口、程序下载与在线仿真电路端口相连，电源转换电路为主控CPU和电路中其它需要3.3V电源供电的芯片供电。
所述主控CPU采集各种物理量信号，对信号综合分析，进行故障诊断，对诊断结果远程无线发送。
所述主控CPU采用PIC18F6720芯片U1。PIC18F6720芯片通过I2C通信接口读取环境辐照强度值，通过串行通信接口实现远程无线通信，通过单总线通信接口读取蓄电池本体与环境温度值。
所述系统时钟电路包括电容C5、电容C6、晶振X1，晶振X1一端分别与电容C5一端、U1的39脚相连，电容C5另一端分别与地线、电容C6一端相连，电容C6另一端分别与晶振X1另一端、U1的40脚相连。
所述电容C5、C6采用18pF电容，晶振X1采用20MHz晶振。
所述程序下载与在线仿真电路包括二极管D1、电阻R1、电阻R2、电容C7、接插口J2，电阻R1一端分别与电源VCC3.3V、二极管D1阴极相连，电阻R1另一端分别与电容C7一端、二极管D1阳极、电阻R2一端相连，电容C7另一端接地，电阻R2另一端分别与接插口J2的1脚相连、U1的7脚相连，接插口J2的2脚分别与电源VCC3.3V、J2的6脚相连，接插口J2的3脚接地，接插口J2的4脚与U1的37脚相连，接插口J2的5脚与U1的42脚相连。
所述电阻R1采用10K欧姆电阻，电阻R2采用1K欧姆电阻，二极管D1采用1N4148型二极管，电容C7采用0.1μF电容。
所述电源转换电路包括电解电容C1和C4、电容C2和C3、电源转换芯片U2、接插口J1，电解电容C1的正极分别与电源VCC5V、电容C2一端、U2的3脚、接插口J1的1脚相连，电解电容C1的负极分别与电容C2另一端、U2的1脚、电容C3一端、电解电容C4的负极、接插口J1的2脚相连，U2的1脚接地，电解电容C4的正极分别与电容C3另一端、U2的2脚、电源VCC3.3V相连，接插口J1的3脚与电源-15V相连，接插口J1的4脚与电源+15V相连。
所述电容C1、C4采用10μF电解电容，电容C2、C3采用0.1μF电容，电源转换芯片采用AMS1117-3.3。
所述键盘电路包括排阻RA1、电阻R3～R7、接插口J3，接插口J3的1～5脚分别与排阻RA1的2～6脚、U1的60～64脚对应连接，接插口J3的6脚通过电阻R3与U1的12脚相连，接插口J3的7脚通过电阻R4与U1的13脚相连，接插口J3的8脚通过电阻R5与U1的14脚相连，接插口J3的9脚通过电阻R6与U1的15脚相连，接插口J3的10脚通过电阻R7与U1的16脚相连，排阻RA1的1脚与电源VCC3.3V相连。
所述电阻R3～R7采用20欧姆电阻，排阻RA1采用1K*5排阻。
所述LCD显示屏电路包括电阻R8～R11、NPN三极管Q1、液晶显示屏U3，U3的12～18脚分别与U1的49～55脚对应相连，U3的19脚与U1的33脚相连，U3的20脚通过电阻R11分别与电阻R10一端、U3的4脚相连，电阻R10另一端分别与电源VCC3.3V、U3的3脚相连；
U3的21脚与NPN三极管Q1的发射极相连，NPN三极管Q1的集电极分别与电源VCC3.3V、电阻R8一端相连，电阻R8另一端分别与电阻R9一端、U1的36脚相连，电阻R9另一端与NPN三极管Q1的基极相连；
U3的22、1、2脚接地，U3的11脚与U1的48脚相连，U3的10脚与U1的47脚相连，U3的5～8脚分别与U1的43～46脚对应连接。
所述电阻R8、R9采用820欧姆电阻，电阻R10采用51K欧姆电阻，电阻R11采用6K欧姆电阻，NPN三极管Q1采用9014型三极管。
所述键盘采用5×5的键盘。
所述LCD液晶显示屏采用240×64像素的LCD液晶显示屏LM24064B。
所述辐照强度检测电路包括电阻R12和R13、电容C8和C9、辐照强度检测芯片U4、接插口J4，电容C8一端分别与电源VCC3.3V、U4的1脚、接插口J4的4脚相连，电容C8另一端分别与U4的2脚、U4的3脚、接插口J4的3脚相连，U4的3脚接地，电阻R12一端分别与电阻R13一端、VCC3.3V、U4的5脚、电容C9一端相连，电阻R12另一端与U4的6脚、U1的34脚、接插口J4的2脚相连，电阻R13另一端与U4的4脚、U1的35脚、接插口J4的1脚相连，电容C9另一端接地。
所述电阻R12、R13采用10K欧姆电阻，电容C8、C9采用0.1μF电容，辐照强度检测芯片采用BH1750FVI。
所述远程无线通信电路包括远程无线通信模块U5、电容C10，电容C10一端分别与电源VCC5V、U5的1脚相连，电容C10另一端分别与地线、U5的2脚相连，U5的3脚接地，U5的4脚与U1的32脚相连，U5的5脚与U1的31脚相连。
所述电容C10采用0.1μF电容，远程无线通信模块U5采用ATK-SIM800C。
所述电流信号检测电路包括电阻R14和R15、电容C11、稳压二极管D2、运算放大器CA1、钳口式电流探头M1、接插口J5，M1的1脚分别与电源+15V、J5的4脚相连，M1的2脚分别与地线、J5的3脚相连，M1的3脚分别与电源-15V、J5的2脚相连，M1的4脚接地，M1的5脚分别与CA1的1脚、J5的1脚相连，CA1的5脚与电源+15V相连，CA1的2脚与电源-15V相连，CA1的3脚分别与CA1的4脚、电阻R14一端相连，电阻R14另一端分别与电容C11一端、电阻R15一端相连，电容C11另一端接地，电阻R15另一端分别与稳压二极管D2的阴极、U1的24脚相连，稳压二极管D2的阳极接地。
所述电阻R14、R15采用100K欧姆电阻，电容C11采用0.1μF电容，稳压二极管D2采用1N4728型稳压二极管，运算放大器CA1采用LM321MFX。
所述钳口式电流探头M1采用CHCS-LS08。
所述电压信号检测电路包括电阻R16～R51、电容C12～C14、稳压二极管D3～D5、运算放大器CA2～CA7、接插口J6～J8、电压互感器U6～U8，U6的1脚通过电阻R16与接插口J6的2脚相连，U6的2脚与接插口J6的1脚相连，U6的3脚与电源-15V相连，U6的4脚与电源+15V相连，U6的5脚分别与电阻R17一端、电阻R18一端相连，电阻R17另一端接地，电阻R18另一端分别与CA2的3脚、电阻R19一端相连，CA2的1脚分别与电阻R20一端、电阻R21一端相连，电阻R20另一端分别与地线、电阻R21另一端相连，CA2的5脚与电源+15V相连，CA2的2脚与电源-15V相连，电阻R19另一端分别与CA2的4脚、电阻R22一端相连，电阻R22另一端分别与CA3的3脚、电阻R23一端相连，CA3的1脚分别与电阻R24一端、电阻R25一端相连，电阻R24另一端分别与地线、电阻R25另一端相连，CA3的5脚与电源+15V相连，CA3的2脚与电源-15V相连，电阻R23另一端分别与CA3的4脚、电阻R26一端相连，电阻R26另一端分别与电阻R27一端、电容C12一端相连，电容C12另一端接地，电阻R27另一端分别与U1的23脚、稳压二极管D3的阴极相连，稳压二极管D3的阳极接地；
U7的1脚通过电阻R28与接插口J7的2脚相连，U7的2脚与接插口J7的1脚相连，U7的3脚与电源-15V相连，U7的4脚与电源+15V相连，U7的5脚分别与电阻R29一端、电阻R30一端相连，电阻R29另一端接地，电阻R30另一端分别与CA4的3脚、电阻R31一端相连，CA4的1脚分别与电阻R32一端、电阻R33一端相连，电阻R32另一端分别与地线、电阻R33另一端相连，CA4的5脚与电源+15V相连，CA4的2脚与电源-15V相连，电阻R31另一端分别与CA4的4脚、电阻R34一端相连，电阻R34另一端分别与CA5的3脚、电阻R35一端相连，CA5的1脚分别与电阻R36一端、电阻R37一端相连，电阻R36另一端分别与地线、电阻R37另一端相连，CA5的5脚与电源+15V相连，CA5的2脚与电源-15V相连，电阻R35另一端分别与CA5的4脚、电阻R38一端相连，电阻R38另一端分别与电阻R39一端、电容C13一端相连，电容C13另一端接地，电阻R39另一端分别与U1的22脚、稳压二极管D4的阴极相连，稳压二极管D4的阳极接地；
U8的1脚通过电阻R40与接插口J8的2脚相连，U8的2脚与接插口J8的1脚相连，U8的3脚与电源-15V相连，U8的4脚与电源+15V相连，U8的5脚分别与电阻R41一端、电阻R42一端相连，电阻R41另一端接地，电阻R42另一端分别与CA6的3脚、电阻R43一端相连，CA6的1脚分别与电阻R44一端、电阻R45一端相连，电阻R44另一端分别与地线、电阻R45另一端相连，CA6的5脚与电源+15V相连，CA6的2脚与电源-15V相连，电阻R43另一端分别与CA6的4脚、电阻R46一端相连，电阻R46另一端分别与CA7的3脚、电阻R47一端相连，CA7的1脚分别与电阻R48一端、电阻R49一端相连，电阻R48另一端分别与地线、电阻R49另一端相连，CA7的5脚与电源+15V相连，CA7的2脚与电源-15V相连，电阻R47另一端分别与CA7的4脚、电阻R50一端相连，电阻R50另一端分别与电阻R51一端、电容C14一端相连，电容C14另一端接地，电阻R51另一端分别与U1的21脚、稳压二极管D5的阴极相连，稳压二极管D5的阳极接地。
所述电阻R16、R28、R40采用功率2瓦特的3K欧姆电阻，电阻R17、R29、R41采用120欧姆电阻，电阻R18～R21、R30～R33、R42～R45采用20K欧姆电阻，电阻R22～R25、R34～R37、R46～R49采用10K欧姆电阻，电阻R26～R27、R38～R39、R50～R51采用10K欧姆电阻，电容C12～C14采用0.1μF电容，稳压二极管D3～D5采用1N4728型稳压二极管，运算放大器CA2～CA7采用LM321MFX。
所述电压互感器采用HNV025A。
所述蓄电池本体与环境温度检测电路包括电阻R52～R53、电容C15～C16、接插口J9～J10、测温芯片U9～U10，U9的3脚分别与电阻R52一端、电容C15一端、电源VCC3.3V、接插口J9的3脚相连，电阻R52另一端分别与U9的2脚、接插口J9的1脚、U1的27脚相连，电容C15另一端分别与U9的1脚、地线、接插口J9的2脚相连；
U10的3脚分别与电阻R53一端、电容C16一端、电源VCC3.3V、接插口J10的3脚相连，电阻R53另一端分别与U10的2脚、接插口J10的1脚、U1的28脚相连，电容C16另一端分别与U10的1脚、地线、接插口J10的2脚相连。
所述电阻R52～R53采用4.7K欧姆电阻，电容C15～C16采用0.1μF电容，测温芯片U9～U10采用DS18B20芯片。
如图6所示，本发明开始工作时，先用键盘设定初始参数，包括辐照度阈值Fth、温度阈值Tth、巡检间隔时间，然后进入循环程序执行步骤中。采集各种物理信号，包括电压信号、电流信号、辐照度信号、温度信号。根据采集到的物理信号值和故障诊断表判断系统是否出现故障，故障诊断表如表1所示，如果没有出现故障，请示操作者是否继续诊断，如果同意，智能检测系统进入巡检间隔时间等待，等待结束后程序返回开始处循环执行，如果不同意继续诊断，程序执行结束。如果出现故障，则对故障进行诊断，并通过LCD屏显示故障信息，然后请示操作者是否将故障信息远程发送，如果同意，故障信息将通过GPRS网络远程发送至监控中心，如果不同意，将跳过远程发送环节。然后请示操作者是否继续诊断，如果同意，程序返回开始处循环执行，如果不同意继续诊断，程序执行结束。
表1故障诊断表
| 信号值 | 故障类型 |
| Ua=0V | 光伏组件接线断路 |
| F>Fth且21.6V<Ub<28.8V且Ua>0V且Ia=0A | 控制器充电功能故障 |
| Ub<21.6V | 蓄电池过放 |
| Ub=0V | 蓄电池接线断路 |
| Ub>28.8V | 蓄电池过充 |
| (Tbat-Tenv)>Tth | 蓄电池过热 |
| Uc=0V | 负载接线断路 |
注1：本表适用于直流电压等级为24V的光伏离网电站。
其中，Ua、Ub、Uc分别为图1中a、b、c三处的电压值，Ia为图1中a处的电流值，F为环境辐照强度，Fth为系统设定的辐照度阈值，Tbat为蓄电池本体温度，Tenv为蓄电池环境温度，Tth为系统设定的温度阈值。
本发明使用时，将电流信号检测电路中的钳口式电流探头夹接在光伏组件与离网逆变器之间的线路上；将电压信号检测电路的3组电压检测探头分别接在离网逆变器与光伏组件的接口处、离网逆变器与蓄电池的接口处、离网逆变器与负载的接口处；将蓄电池本体温度检测电路的测温芯片安装在蓄电池表面，将蓄电池环境温度检测电路的测温芯片放置在蓄电池周围环境中；将辐照强度检测电路的光感探头水平放置在室外。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种光伏离网电站故障智能检测系统，包括电流信号检测电路、电压信号检测电路、蓄电池本体与环境温度检测电路、辐照强度检测电路、远程无线通信电路、键盘电路、LCD显示屏电路和主控CPU电路，其特征在于电流信号检测电路的信号输出端口与主控CPU电路的信号输入端口相连，电压信号检测电路的信号输出端口与主控CPU电路的信号输入端口相连，蓄电池本体与环境温度检测电路的信号输出端口与主控CPU电路的信号输入端口相连，辐照强度检测电路的信号输出端口与主控CPU电路的信号输入端口相连，远程无线通信电路的信号输入端口与主控CPU电路的信号输出端口相连，键盘电路的控制信号输出端口与主控CPU电路的控制信号输入端口相连，LCD显示屏电路的信号传输端口分别与主控CPU电路的信号传输端口、LCD液晶显示屏的信号传输端口相连；所述键盘电路的控制信号输入端口与键盘的控制信号输出端口相连；
所述主控CPU电路包括系统时钟电路、程序下载与在线仿真电路、主控CPU和电源转换电路，主控CPU端口分别与系统时钟电路端口、程序下载与在线仿真电路端口相连，电源转换电路为主控CPU和电路中其它需要3.3V电源供电的芯片供电；
所述主控CPU采用PIC18F6720芯片U1；
所述电源转换电路包括电解电容C1和C4、电容C2和C3、电源转换芯片U2、接插口J1，电解电容C1的正极分别与电源VCC5V、电容C2一端、U2的3脚、接插口J1的1脚相连，电解电容C1的负极分别与电容C2另一端、U2的1脚、电容C3一端、电解电容C4的负极、接插口J1的2脚相连，U2的1脚接地，电解电容C4的正极分别与电容C3另一端、U2的2脚、电源VCC3.3V相连，接插口J1的3脚与电源-15V相连，接插口J1的4脚与电源+15V相连；
所述电流信号检测电路包括电阻R14和R15、电容C11、稳压二极管D2、运算放大器CA1、钳口式电流探头M1、接插口J5，M1的1脚分别与电源+15V、J5的4脚相连，M1的2脚分别与地线、J5的3脚相连，M1的3脚分别与电源-15V、J5的2脚相连，M1的4脚接地，M1的5脚分别与CA1的1脚、J5的1脚相连，CA1的5脚与电源+15V相连，CA1的2脚与电源-15V相连，CA1的3脚分别与CA1的4脚、电阻R14一端相连，电阻R14另一端分别与电容C11一端、电阻R15一端相连，电容C11另一端接地，电阻R15另一端分别与稳压二极管D2的阴极、U1的24脚相连，稳压二极管D2的阳极接地；
所述电压信号检测电路包括电阻R16～R51、电容C12～C14、稳压二极管D3～D5、运算放大器CA2～CA7、接插口J6～J8、电压互感器U6～U8，U6的1脚通过电阻R16与接插口J6的2脚相连，U6的2脚与接插口J6的1脚相连，U6的3脚与电源-15V相连，U6的4脚与电源+15V相连，U6的5脚分别与电阻R17一端、电阻R18一端相连，电阻R17另一端接地，电阻R18另一端分别与CA2的3脚、电阻R19一端相连，CA2的1脚分别与电阻R20一端、电阻R21一端相连，电阻R20另一端分别与地线、电阻R21另一端相连，CA2的5脚与电源+15V相连，CA2的2脚与电源-15V相连，电阻R19另一端分别与CA2的4脚、电阻R22一端相连，电阻R22另一端分别与CA3的3脚、电阻R23一端相连，CA3的1脚分别与电阻R24一端、电阻R25一端相连，电阻R24另一端分别与地线、电阻R25另一端相连，CA3的5脚与电源+15V相连，CA3的2脚与电源-15V相连，电阻R23另一端分别与CA3的4脚、电阻R26一端相连，电阻R26另一端分别与电阻R27一端、电容C12一端相连，电容C12另一端接地，电阻R27另一端分别与U1的23脚、稳压二极管D3的阴极相连，稳压二极管D3的阳极接地；
U7的1脚通过电阻R28与接插口J7的2脚相连，U7的2脚与接插口J7的1脚相连，U7的3脚与电源-15V相连，U7的4脚与电源+15V相连，U7的5脚分别与电阻R29一端、电阻R30一端相连，电阻R29另一端接地，电阻R30另一端分别与CA4的3脚、电阻R31一端相连，CA4的1脚分别与电阻R32一端、电阻R33一端相连，电阻R32另一端分别与地线、电阻R33另一端相连，CA4的5脚与电源+15V相连，CA4的2脚与电源-15V相连，电阻R31另一端分别与CA4的4脚、电阻R34一端相连，电阻R34另一端分别与CA5的3脚、电阻R35一端相连，CA5的1脚分别与电阻R36一端、电阻R37一端相连，电阻R36另一端分别与地线、电阻R37另一端相连，CA5的5脚与电源+15V相连，CA5的2脚与电源-15V相连，电阻R35另一端分别与CA5的4脚、电阻R38一端相连，电阻R38另一端分别与电阻R39一端、电容C13一端相连，电容C13另一端接地，电阻R39另一端分别与U1的22脚、稳压二极管D4的阴极相连，稳压二极管D4的阳极接地；
U8的1脚通过电阻R40与接插口J8的2脚相连，U8的2脚与接插口J8的1脚相连，U8的3脚与电源-15V相连，U8的4脚与电源+15V相连，U8的5脚分别与电阻R41一端、电阻R42一端相连，电阻R41另一端接地，电阻R42另一端分别与CA6的3脚、电阻R43一端相连，CA6的1脚分别与电阻R44一端、电阻R45一端相连，电阻R44另一端分别与地线、电阻R45另一端相连，CA6的5脚与电源+15V相连，CA6的2脚与电源-15V相连，电阻R43另一端分别与CA6的4脚、电阻R46一端相连，电阻R46另一端分别与CA7的3脚、电阻R47一端相连，CA7的1脚分别与电阻R48一端、电阻R49一端相连，电阻R48另一端分别与地线、电阻R49另一端相连，CA7的5脚与电源+15V相连，CA7的2脚与电源-15V相连，电阻R47另一端分别与CA7的4脚、电阻R50一端相连，电阻R50另一端分别与电阻R51一端、电容C14一端相连，电容C14另一端接地，电阻R51另一端分别与U1的21脚、稳压二极管D5的阴极相连，稳压二极管D5的阳极接地。
2.根据权利要求1所述一种光伏离网电站故障智能检测系统，其特征在于所述电流信号检测电路为由钳口式电流探头将线路中的电流按比例取样，取样得到的模拟信号经过电压跟随电路后通过主控CPU内部的AD转换模块变为数字信号；
所述电压信号检测电路为由电压检测探头将线路中的电压通过霍尔传感器按比例取样，取样得到的模拟信号经过信号调理电路后通过主控CPU内部的AD转换模块变为数字信号；
所述蓄电池本体与环境温度检测电路为由温度检测芯片内部的温度传感器检测蓄电池本体与所处环境的温度，并将温度信号通过检测芯片内部的模数转换器变为数字信号；
所述辐照强度检测电路为由辐照强度检测芯片内部的光强度传感器检测环境辐照强度模拟信号，并将辐照强度模拟信号通过检测芯片内部的模数转换器变为数字信号；
所述远程无线通信电路为由无线通信模块通过主控CPU的串行通信接口读取故障信息，并将故障信息通过GPRS网络进行远程无线发送。
3.根据权利要求1所述一种光伏离网电站故障智能检测系统，其特征在于所述所述电容C1、C4采用10μF电解电容，电容C2、C3采用0.1μF电容，电源转换芯片采用AMS1117-3.3。
4.根据权利要求1所述一种光伏离网电站故障智能检测系统，其特征在于所述所述电阻R14、R15采用100K欧姆电阻，电容C11采用0.1μF电容，稳压二极管D2采用1N4728型稳压二极管，运算放大器CA1采用LM321MFX，钳口式电流探头M1采用CHCS-LS08。
5.根据权利要求1所述一种光伏离网电站故障智能检测系统，其特征在于所述所述电阻R16、R28、R40采用功率2瓦特的3K欧姆电阻，电阻R17、R29、R41采用120欧姆电阻，电阻R18～R21、R30～R33、R42～R45采用20K欧姆电阻，电阻R22～R25、R34～R37、R46～R49采用10K欧姆电阻，电阻R26～R27、R38～R39、R50～R51采用10K欧姆电阻，电容C12～C14采用0.1μF电容，稳压二极管D3～D5采用1N4728型稳压二极管，运算放大器CA2～CA7采用LM321MFX，所述电压互感器采用HNV025A。
6.根据权利要求1所述一种光伏离网电站故障智能检测系统，其特征在于所述LCD显示屏电路包括电阻R8～R11、NPN三极管Q1、液晶显示屏U3，U3的12～18脚分别与U1的49～55脚对应相连，U3的19脚与U1的33脚相连，U3的20脚通过电阻R11分别与电阻R10一端、U3的4脚相连，电阻R10另一端分别与电源VCC3.3V、U3的3脚相连；
U3的21脚与NPN三极管Q1的发射极相连，NPN三极管Q1的集电极分别与电源VCC3.3V、电阻R8一端相连，电阻R8另一端分别与电阻R9一端、U1的36脚相连，电阻R9另一端与NPN三极管Q1的基极相连；
U3的22、1、2脚接地，U3的11脚与U1的48脚相连，U3的10脚与U1的47脚相连，U3的5～8脚分别与U1的43～46脚对应连接。
7.根据权利要求1所述一种光伏离网电站故障智能检测系统，其特征在于所述电阻R8、R9采用820欧姆电阻，电阻R10采用51K欧姆电阻，电阻R11采用6K欧姆电阻，NPN三极管Q1采用9014型三极管。
8.根据权利要求1所述一种光伏离网电站故障智能检测系统，其特征在于所述LCD液晶显示屏采用240×64像素的LCD液晶显示屏LM24064B。
9.根据权利要求1所述一种光伏离网电站故障智能检测系统，其特征在于开始工作时，先用键盘设定初始参数，包括辐照度阈值Fth、温度阈值Tth、巡检间隔时间，然后进入循环程序执行步骤中；采集各种物理信号，包括电压信号、电流信号、辐照度信号、温度信号；根据采集到的物理信号值和故障诊断表判断系统是否出现故障，如果没有出现故障，请示操作者是否继续诊断，如果同意，智能检测系统进入巡检间隔时间等待，等待结束后程序返回开始处循环执行，如果不同意继续诊断，程序执行结束；如果出现故障，则对故障进行诊断，并通过LCD屏显示故障信息，然后请示操作者是否将故障信息远程发送，如果同意，故障信息将通过GPRS网络远程发送至监控中心，如果不同意，将跳过远程发送环节；然后请示操作者是否继续诊断，如果同意，程序返回开始处循环执行，如果不同意继续诊断，程序执行结束。
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