基于CAN總線的分布式通信光伏電源漏電檢測方法

劉海兵

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司 菏澤市分公司，山東 菏澤 274000）

0 引 言

分布式通信光伏電源的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得分布式通信光伏電源同時(shí)具備最大功率跟蹤和逆變等功能，導(dǎo)致分布式通信光伏電源會產(chǎn)生大量的多余電力需要反送，但在此過程中很容易出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，導(dǎo)致分布式通信光伏電源發(fā)生故障，因此必須提高分布式通信光伏電源漏電的檢測能力[1]。此外，考慮到分布式通信光伏電源漏電出現(xiàn)的情況多種多樣，即使是分布式通信光伏電源中的逆變器出現(xiàn)一個(gè)小小的故障也有可能導(dǎo)致漏電現(xiàn)象，直接造成安全危險(xiǎn)事故，因此無法以一個(gè)定性標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測。國內(nèi)學(xué)者對分布式通信光伏電源漏電檢測方面的研究較多，大多數(shù)是通過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自學(xué)習(xí)的方式檢測分布式通信光伏電源漏電，在實(shí)際應(yīng)用過程中雖然能夠?qū)Ψ植际酵ㄐ殴夥娫绰╇娦畔⒌牟杉c處理提供一定的幫助，但仍然存在效率較低的問題，無法確保分布式通信光伏電源漏電檢測的實(shí)時(shí)性。CAN總線作為多主方式的串行通信總線能夠提高信息在傳輸過程中的耗時(shí)，通過提高檢測吞吐率，進(jìn)而提高檢測效率[2,3]。本文提出基于CAN總線的分布式通信光伏電源漏電檢測方法，致力于通過CAN總線從根本上提高分布式通信光伏電源漏電檢測效率，杜絕分布式通信光伏電源漏電現(xiàn)象。

1 CAN總線

CAN總線作為目前國際上最受歡迎的通信總線，能夠通過ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。它運(yùn)用非破壞性總線仲裁技術(shù)設(shè)計(jì)出獨(dú)特的接口電路，可同時(shí)由多個(gè)節(jié)點(diǎn)共同傳輸信息，實(shí)現(xiàn)了多主方式的串行通信，而且作為一種新型通信總線，具備極高的性價(jià)比。CAN總線以其實(shí)時(shí)性、靈活性以及可靠性等特點(diǎn)在總多通信總線中脫穎而出，成為時(shí)下最受歡迎的通信總線，受到多個(gè)領(lǐng)域的重點(diǎn)應(yīng)用，其中包括工業(yè)自動化、醫(yī)療以及船舶等，并且均取得了良好的應(yīng)用效果，被評為高性能和高可靠性的通信總線。

2 基于CAN總線的分布式通信光伏電源漏電檢測方法

2.1 提取分布式通信光伏電源漏電檢測點(diǎn)

在分布式通信光伏電源漏電檢測過程中，必須預(yù)先提取分布式通信光伏電源漏電檢測點(diǎn)，并以此為依據(jù)展開智能檢測[4]。本文采用相關(guān)系數(shù)閡值法提取分布式通信光伏電源漏電檢測點(diǎn)，并以直線中所處的位置加以表示。分布式通信光伏電源漏電檢測點(diǎn)在直線中的位置如表1所示。

表1 分布式通信光伏電源漏電檢測點(diǎn)在直線中的位置

結(jié)合表1所示，擬合分布式通信光伏電源漏電檢測點(diǎn)在直線中的位置時(shí)，需考慮到分布式通信光伏電源漏電檢測點(diǎn)并不是統(tǒng)一在一條直線中，因此需要擬合不在一條直線中的漏電檢測點(diǎn)。設(shè)此過程的目標(biāo)函數(shù)為R，可得公式為：

式中，s指的是分布式通信光伏電源漏電檢測點(diǎn)權(quán)重；y指的是分布式通信光伏電源漏電檢測點(diǎn)的傾斜度；i指的是波長；yi指的是i波長下分布式通信光伏電源漏電檢測點(diǎn)的偏離系數(shù)。通過式（1）可知，R的數(shù)值越大，表示分布式通信光伏電源漏電檢測點(diǎn)濾波區(qū)間范圍越廣，證明分布式通信光伏電源漏電檢測環(huán)境越好。

2.2 計(jì)算分布式通信光伏電源漏電偏振軸

在提取分布式通信光伏電源漏電檢測點(diǎn)的基礎(chǔ)上以分布式通信光伏電源漏電偏振軸作為檢測的關(guān)鍵依據(jù)，通過計(jì)算的方式檢測分布式通信光伏電源漏電偏振軸。先圈定分布式通信光伏電源中出現(xiàn)漏電的漏電范圍，采用探傷技術(shù)將故障圓心與分布式通信光伏電源邊緣進(jìn)行連線，自定義該軸為偏振軸，定義分布式通信光伏電源正常的發(fā)射矢量與偏振軸之間形成的角度為偏振角。設(shè)偏振角的計(jì)算表達(dá)式為γ，其計(jì)算公式為：

式中，Rz指的是傳感器檢測設(shè)備正常狀態(tài)下分布式通信光伏電源的發(fā)射偏振方向；l指的是偏振軸長度，取值范圍通常≥1 cm；r指的是為圈定分布式通信光伏電源漏電范圍的圓心，通常以坐標(biāo)的形式進(jìn)行表達(dá)。根據(jù)偏振角度的計(jì)算，下述將進(jìn)行偏振軸的檢測，分析處理分布式通信光伏電源漏電檢測信息，預(yù)測分布式通信光伏電源可能漏電的位置。

2.3 建立CAN通信協(xié)議

針對上述計(jì)算得出的分布式通信光伏電源漏電偏振軸，本文通過CAN總線建立CAN通信協(xié)議分析處理分布式通信光伏電源漏電檢測信息，并以報(bào)文的方式傳輸分布式通信光伏電源漏電檢測信息。本文基于CAN總線的位仲裁技術(shù)，采用標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀的格式區(qū)分標(biāo)識符的長短，設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)幀為11 bit的標(biāo)識符長度，設(shè)定擴(kuò)展幀為29 bit的標(biāo)識符長度，為滿足分布式通信光伏電源漏電檢測實(shí)時(shí)性的需求，本文選用標(biāo)準(zhǔn)幀的格式建立CAN通信協(xié)議。CAN通信協(xié)議中標(biāo)準(zhǔn)信息幀示意如圖1所示。

結(jié)合圖1所示，本文建立的CAN通信協(xié)議中，11位標(biāo)識符的標(biāo)準(zhǔn)信息幀遵循CAN總線中報(bào)文優(yōu)先原則，以數(shù)據(jù)越小優(yōu)先性越高為原則進(jìn)行通信。設(shè)分布式通信光伏電源漏電檢測的CAN目標(biāo)節(jié)點(diǎn)地址標(biāo)識符為ID.6～I(xiàn)D.0，則CAN總線中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)可分配為00000001，0000010～0011111作為上位機(jī)節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行CAN標(biāo)識符分配。CAN標(biāo)識符分配信息表如表2所示。

表2 CAN標(biāo)識符分配信息表

結(jié)合表2所示，以分布式通信光伏電源漏電報(bào)警為最高分配優(yōu)先級，執(zhí)行分布式通信光伏電源漏電檢測通信。在計(jì)算機(jī)語言設(shè)置好CAN通信協(xié)議代碼后，每一指令根據(jù)條件進(jìn)行循環(huán)執(zhí)行，通過計(jì)算機(jī)指令處理分布式通信光伏電源漏電檢測信息收集模塊收集的信號，保證檢測系統(tǒng)的正常運(yùn)行。這樣可以通過CAN通信協(xié)議中的deviceld指令來提高分布式通信光伏電源漏電檢測吞吐率，傳輸實(shí)時(shí)動態(tài)檢測數(shù)據(jù)，提高檢測效率。

2.4 顯示分布式通信光伏電源漏電檢測信息

圖1 CAN通信協(xié)議中標(biāo)準(zhǔn)信息幀示意圖

基于上文建立的CAN通信協(xié)議，利用CAN總線將分布式通信光伏電源漏電檢測的報(bào)警功能連接后臺，顯示檢測分布式通信光伏電源漏電信息，顯示數(shù)據(jù)包括逆變器輸出電壓、逆變器溫度、逆變器輸出電流、頻率以及偏振軸等。通常情況下，數(shù)據(jù)在終端的顯示映射取值在0～1.0，通過計(jì)算每個(gè)數(shù)據(jù)的映射值，以此獲得分布式通信光伏電源漏電檢測結(jié)果。設(shè)分布式通信光伏電源漏電檢測結(jié)果的表達(dá)式為Q，則其計(jì)算公式為：

式中，E指的是分布式通信光伏電源漏電檢測時(shí)線路的電流極值；φ指的是分布式通信光伏電源漏電的光伏陣列電壓；K指的是分布式通信光伏電源漏電的光伏陣列電流；A指的是分布式通信光伏電源漏電時(shí)電流的流經(jīng)強(qiáng)度。通過式（3）計(jì)算得出的映射值作為分布式通信光伏電源漏電檢測的關(guān)鍵依據(jù)，結(jié)合檢測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳遞情況，傳輸終端數(shù)據(jù)，并顯示數(shù)據(jù)信息，完成基于CAN總線的分布式通信光伏電源漏電檢測。

3 實(shí)例分析

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

構(gòu)建實(shí)例分析，實(shí)驗(yàn)對象選取型號為KLP-2569800型號的分布式通信光伏電源，實(shí)驗(yàn)過程中相關(guān)準(zhǔn)備及設(shè)備參數(shù)如表3所示。此外設(shè)置如表4所示的實(shí)驗(yàn)環(huán)境參數(shù)。

表3 設(shè)備參數(shù)值

表4 實(shí)驗(yàn)環(huán)境參數(shù)

結(jié)合表4，在保證實(shí)驗(yàn)具有有效性的前提下選擇同一個(gè)測試指標(biāo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容為測試本文方法與傳統(tǒng)方法之間的檢測吞吐率。檢測吞吐率越高證明該方法對于分布式通信光伏電源漏電檢測效率越高。在此次的實(shí)驗(yàn)中，首先使用本文方法檢測分布式通信光伏電源漏電，利用Heapchyer軟件記錄測得的檢測吞吐率設(shè)為實(shí)驗(yàn)組，再使用傳統(tǒng)方法檢測分布式通信光伏電源漏電，同樣利用Heapchyer軟件記錄測得的檢測吞吐率設(shè)為對照組，共進(jìn)行10次實(shí)驗(yàn)。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與結(jié)論

采集10組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 檢測吞吐率對比圖

通過圖2可如，本文設(shè)計(jì)方法檢測吞吐率均在3 reqs/s以上，遠(yuǎn)高于實(shí)驗(yàn)對照組的檢測吞吐率，分布式通信光伏電源漏電檢測效率更高，而且其各項(xiàng)功能均可以滿足設(shè)計(jì)總體要求，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié) 論

通過基于CAN總線的分布式通信光伏電源漏電檢測方法研究能夠取得一定的研究成果，解決傳統(tǒng)分布式通信光伏電源漏電檢測中存在的問題。本文設(shè)計(jì)的方法是具有現(xiàn)實(shí)意義的，能夠指導(dǎo)分布式通信光伏電源漏電檢測方法優(yōu)化，因此在后期的發(fā)展中應(yīng)加大CAN總線在分布式通信光伏電源漏電檢測方法中的應(yīng)用力度。目前，國內(nèi)外對基于CAN總線的分布式通信光伏電源漏電檢測方法研究仍存在一些問題，所以在日后還需要進(jìn)一步深入研究分布式通信光伏電源的優(yōu)化設(shè)計(jì)，為提高分布式通信光伏電源的綜合性能提供參考。