基于HELP测试仪的光伏逆变器电路板自动测试系统设计

刘阳， 于哲， 顾伟， 李明翰， 李兴建

(南京南瑞继保电气有限公司，江苏 南京 211102)

0 引 言

随着全球常规能源供给的日益紧张和环保意识的增强，发展分布式新能源已成为各国促进节能减排的重要举措之一[1]。分布式光伏发电成为讨论的热点，组串式逆变器因具有技术成熟、设计灵活、维护方便和适应性强的特点，在分布式光伏发电中得到广泛的应用，现场维护方式一般采用整机更换[2]。因此提高出厂测试质量，降低电路板的故障率，将有效地降低后期维护成本。综合考虑组串式逆变器电路板具有一次和二次系统相融合、电路板复杂程度高和电路板类型多样等特点，采用传统的人工进行测试的方式，测试繁琐、工作量大、可靠性受到人为因素影响，很难满足标准化大批量测试要求[3]42。同时文献[3]42-43和文献[4]中均提出一种基于LabVIEW的电路板自动测试系统。本文结合公司现有测试辅助设备情况，针对人工测试的不足，提出一种基于HELP测试仪的光伏逆变器电路板自动测试系统。

本测试系统的上位机后台控制系统基于Python语言和C++动态链接库开发，通过接口函数与南瑞继保公司开发的HELP测试仪实现对接，完成施加模拟量和IO信号，具有开发周期短、便于扩展、人机界面友好、测试用例配置灵活、方便维护和一键自动完成测试并自动生成测试报告等优点。

1 系统整体设计

本文设计的自动测试系统由上位机、HELP测试仪、测试平台和辅助电源四部分组成，测试系统框图如图1所示。

图1 测试系统框图

(1)上位机控制系统具备操作后台，进行人机交互，下发测试控制指令，通过HELP测试仪施加模拟量及IO信号。接收测试采样及信号数据进行判断测试结果，并自动生成测试报告。

(2)HELP测试仪一方面接收上位机测试指令，施加模拟量及IO控制信号，另一方面接收采样数据信号，反馈给上位机。

(3)测试平台中工装夹具与电路板相对应，避免大量接线，满足多种板卡测试要求，通过夹具中的探针或转接头将测试回路连接到测试系统中实现检测功能。采样板卡将采集数据及信号通过CAN传送至HELP测试仪。

(4)辅助电源包含开关电源和程控电源，为测试平台提5 V/12 V控制电源和一次回路电源。供电回路通过HELP测试仪控制，实现供电智能控制。

2 系统硬件设计

本测试系统硬件主要包含HELP测试仪、采样板卡和辅助电源，主要实现自动施加模拟量及IO信号、采样测试数据及信号和提供测试电源等。

2.1 HELP测试仪简介[5-7]

HELP测试仪是南瑞继保公司开发的一套高性能测试仪，适用范围包括IEC61850-9-2、GOOSE、IEC60044-8标准协议格式保护装置的测试,具备多路小信号输出及IO信号输出，兼容数字化测试能力，通过灵活配置板卡实现多种测试功能。本测试方案使用配置如图2所示。

图2 HELP测试仪配置

其中NR3301A为测试仪的电源供电，NR3101A实现与上位机通信，NR3103具备48路±10 V模拟量输出能力，RS870A与采样板卡之间通过CAN通信完成数据交换，NR3523A具备12路IO输出能力，作为控制节点使用。

2.2 采样板卡说明

采样板卡使用南瑞继保公司开发的NR0641插件，具备23路分辨率为16位模拟量采样通道。19路电平输出模拟PWM信号，16路信号输入接口。

2.3 辅助电源说明

本系统辅助电源需要2个开关电源，板卡控制系统供电,一台高精度程控电源，电压范围0～300 V，电流范围0～5 A，电压精度(0.15+0.05%)V，(5+0.1%)mA，程控电源回路均设置有限流电阻，满足测试中电压和电流采样要求。

3 系统软件设计

测试系统软件作为整个测试系统的重要部分，综合考虑开发周期、后期维护和方便扩展等因素，选择以HELP测试仪为载体，通过上位机Python语言和C++动态链接库开发测试系统，实现与HELP测试仪对接。整个测试系统人机界面友好，模拟量及信号控制灵活，自动保存测试数据并形成测试报告。上位机测试系统界面如图3所示。

测试系统根据不同板卡，进行配置测试步骤、需要的开关信号、模拟量信号及判断阀值等，形成相应的测试用例，不同板卡与测试用例一一对应，满足组串逆变器板卡多样性要求。

在进行板卡测试时，首先需要将待测板通过配备的工装夹具完成固定。在上位机测试系统界面选择相应的测试用例，点击开始按钮，测试程序将自动完成通信状态确认、测试信号施加和校对反馈信号,并形成测试报告。测试进程具备即时显示功能。测试系统控制流程如图4所示。

图3 上位机测试系统界面

图4 测试系统控制流程

针对组串逆变器板卡中一次回路母线电容分布较多的特点，测试过程中因出现故障导致放电失败时，立即终止测试并生成报告，排查故常，避免人身触电的危险。完成全部测试项目后，测试报告记录所有的测试信息，方便检修人员排查故障。

4 测试结果

本文设计的自动测试系统已应用于组串逆变器电路板批量生产测试中。以功率回路板卡为测试对象，测试项目包含直流母线电压和交流侧电压采样、并网接触器测试、霍尔电流传感器测试、BOOST回路测试、IGBT开关状态测试、风扇控制节点测试、防雷器节点测试、漏电流测试、绝缘阻抗测试、控制电源监视测试和放电测试共11项。测试系统实物如图5所示。

图5 功率回路板卡测试系统实物

测试结束后自动生成测试报告如图6所示，为功率回路板卡测试报告的摘录。本文设计的自动测试系统对上述板卡测试耗时为3 min，测试工程师采用传统人工测试方式，测试该板卡耗时约为10 min，可以看出本文设计的自动测试系统大大地提高了板卡生产测试效率。

图6 功率回路板卡测试报告摘录

5 结束语

本文针对当前人工测试效率低，工作量大，很难满足标准化大批量生产测试要求的现状，设计了一套基于HELP测试仪的光伏逆变器电路板自动测试系统。该系统具有人机界面友好、配置灵活、易维护和操作简单等特点。实际应用中大大提高板卡测试效率，满足大批量测试生产要求。