当前分布式光伏发电系统一般由10~20个光伏组件串联成一个回路来增加电压，几个串联的回路在汇流箱处进行汇流以增加电流，其检测系统如图1所示。汇流箱对每个串联的回路单元进行检测，然后通过RS-485等方式将数据传给监控室的上位机进行管理[9-12]。为了实现检测每块光伏组件，只需在现有系统的基础上增加采集和传输模块。采集模块主要采集光伏组件的电压、电流等数据，光伏组件与汇流箱之间的数据传输采用无线方式，这些数据再由汇流箱传输出去。光伏组件的接线盒预留有空间，设计的模块可以嵌入在接线盒中。
2检测设计
光伏组件的检测节点设计如图2所示，设计的内容主要包括电源的设计、电压检测、电流检测。控制芯片采用MSP430，工作状态指示灯用来指示当前发电状态，无线模块用来传输采集到的数据，通过拨码开关设计无线模块的地址。
对于电源的设计，可以直接从光伏组件取电。光伏组件工作电压可以达到30V以上，因此，在设计时需要选用宽电压输入的DC-DC芯片，本文采用了TI公司的TPS54062芯片将电压稳定在3.3V作为电源输出给单片机等电路，其电路图如图3所示。
发电的检测，一般检测电压和电流。电压的检测电路如图4所示，使用两个高精度的电阻串联分压，产生1/16的分压，这个电压进入单片机AD端口进行采样。
电流检测使用基于霍尔感应原理的电流检测芯片ACS712进行检测[13]，电路如图5所示。ACS712根据检测电流的大小分为3种型号，光伏组件的电流比较大，因此选用ACS712-20A芯片。ACS712-20A是一种输出电压与输入电流成正比的器件，其内阻为1.2mΩ，具有较低的功耗，其检测范围为-20A~+20A。该芯片检测电流受温度影响小，对于安装于户外温差变化大的光伏组件，检测产生的偏差较小。
ACS712-20A输出电压为：
Vout=2.5+0.1×IP（1）
采样参考电压使用MSP430单片机的内部参考电压2.5V，而ACS712-20A输出电压大于2.5V，因此在输出端加上两个等阻值的高精度电阻将其电压分出一半，即Vout=1/2×（2.5+0.1×IP）=1.25+0.05×IP，然后进入单片机的采样端口。
目前汇流箱电压和电流的检测都只检测一次，瞬间的抖动会造成采集电压和电流误差。因此，为了消除瞬间抖动的影响，对光伏组件的检测采用多次采样求平均的方法。
3通信设计
单片机采集的电压电流信息，通过无线传输给汇流箱。无线通信的本机地址通过拨码开关设定，这一设定在安装之时完成，单片机上电后读取拨码开关的值，并将该值设定为无线模块的本机地址。MSP430的采样精度为12位，因此AD采样的数据需要用2B传输，采集电压和电流数据共占据4B。数据由无线接收后，在汇流箱一端通过RS-485等方式传输到上位机。分布式发电系统，上位机对采集到的电压电流数据稍做比较处理即可知道光伏组件是否正常发电，并且能够知道哪块光伏组件出现问题。
接收端嵌入到汇流箱之中，一个接收端作为中心节点管理10~20个光伏组件节点的数据。通过组成星形网络来管理，通信协议时序如图6所示。
4结论
随着国家加大对光伏产业的扶持力度，光伏发电正在从“补充能源”过渡到“替代能源”，而智能化管理对这个过程起到很大作用。本文设计了一种光伏组件的检测管理系统，这种设计主要用于对分布式发电系统进行检测。光伏组件主要检测电压和电流，本文对这两个物理量的采集都是使用AD采样方式进行，为减小瞬间抖动产生的误差，使用多次采样求平均。电压检测使用电阻分压后，进入AD采样；电流检测首先利用霍尔传感器将其转换成电压输出，再通过电阻分压，然后进行AD采样。汇流箱中心节点与光伏组件节点的通信使用无线传输方式，无线传输的组网采用星形网络。汇流箱与上位机之间的通信方式使用RS-485，电压电流数据交由上位机进行处理，然后做相应的判断和保护。
参考文献
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