Analyse af PLC-styringsteknologis anvendelse i intelligente spændingsregulatører

Ved vurdering af strømkvalitet er spænding en kritisk påvirkende faktor. Spændingskvalitet vurderes typisk ved måling af spændingsafvigelse, svingninger, bølgeformforvrængning og trefaset symmetri – hvor spændingsafvigelse er den vigtigste indikator. For at sikre høj spændingskvalitet kræves der generelt spændingsregulering. I dag er den mest udbredte og effektive metode til spændingsregulering justering af tap changer på krafttransformere.

Denne artikel integrerer primært PLC- og mikrocomputerteknologier til at designe og analysere en intelligent kraftspændingsregulator, hvilket endeligt opnår hurtig spændingsregulering samtidig med undgåelse af transiente spændingsspidser under justeringsprocessen.

1. Arbejdsprincip og nøgleegenskaber for den intelligente kraftspændingsregulator

1.1 Hovedarbejdsprincip

Den intelligente kraftspændingsregulator består af en hovedenhed og hjælpeenheder. Hoveddelen omfatter primære og sekundære kondensatorer samt en reguleringstransformator, hvilket gør det muligt både at kompensere reaktiv effekt og regulere spændingen automatisk.

Hjælpeenhederne inkluderer én intelligent styreenhed og tre udførelsesjusteringenheder. Den intelligente styreenhed genererer og sender styresignaler, som modtages trådløst af udførelsesenhederne for at aktivere realtids-spændingsregulering på distributionslinjen.

Som kernekomponent bestemmer den intelligente styreenhed enhedens automatiseringsniveau, intelligens og regulering præcision. Den overvåger fødelederspænding nøjagtigt, genererer passende kommandoer og sender dem til tap changer-styremodulet for at holde fødelederspændingen på det ønskede niveau. Dens primære funktioner inkluderer:

• Realtids-overvågning og -kontrol af fødelederspænding – retter umiddelbart enhver afvigelse;

• Realtids-overvågning og -kontrol af output belastningsstrøm;

• Giver beskyttelsesfunktioner mod lavspænding, overstrøm og overophedning.

1.2 Nøgleegenskaber

Den intelligente kraftspændingsregulator har følgende fordele:

• Dobbelt funktion: Samtidig levering af reaktiv effektkompensation og spændingsregulering. Under spændingsjustering kompenserer den også delvist reaktiv effekt i nettet, forbedrer effektfaktoren, forhindrer skader på linjer, øger netværkets belastningsevne og sikrer spændingskvalitet. Desuden kan den overvåge trefasespænding og -strøm.

• Optimeret og miljøvenlig konstruktion: Designet anvender trinvist isolering for at øge dielektrisk styrke. Datatransmission mellem styreenhed og udførelsesenheder bruger spændingsisolation, hvilket muliggør oliefri signaloverførsel. Alle spændings- og strømsensorer er integreret internt, hvilket eliminerer behovet for eksterne potentiale- eller strømtransformatorer – forbedrer pålidelighed, stabilitet og installationslettede.

• Intelligent spændingsregulering: Måler automatisk tap-positioner baseret på brugerdefinerede grænser og korrigerer selvstændigt unøjagtige indstillinger for at sikre stabil drift af nettet.
  Vedligeholdelsesfri tap changer-drift: Ved at forbinde reguleringstransformeren i serie med reaktiv kompensationskondensatorer forbliver kortslutningsstrømme under spændingsjustering lave, hvilket minimerer driftspåvirkningen.

• Intelligent beskyttelse: Overvåger kontinuerligt linjebelastning og transformator temperatur; trækker sig automatisk ud af reguleringstilstand ved opdagelse af anomalier og genoptager drift, når forholdene normaliseres.

• Realtids-dataoptagelse: Styreenheden registrerer nøjagtigt spænding, strøm og antallet af tap-skift før og efter hver regulering.

• Effektiv trådløs kommunikation: Lokale data kan aflæses direkte, og reguleringparametre (f.eks. tidsintervaller, spændingsgrænser) kan justeres fjernt – forenkler betjening.

• På grund af sin høje omkostningseffektivitet, pålidelighed og sikkerhed er den intelligente kraftspændingsregulator velegnet til bred implementering i landsbynet, hvilket markant reducerer problemer med spændingsafvigelse.

2. Anvendelse af PLC-styringsteknologi i hardware-designet af den intelligente kraftspændingsregulator

Basert på funktionskrav og tekniske specifikationer for den intelligente kraftspændingsregulator vises dens hardwarearkitektur i figur 1.

2.1 Opsætning af mikrocontroller-basissystemet

Mikrocontroller-basissystemet anvender primært en industriel personlig computer (IPC), med en CPU-kortmodel kaldet All2In2One med 256 MB hukommelse, udstyret med to serielle og én parallel interface. Derudover anvendes et PCI2S3-kompatibelt grafikacceleratorchip, med grafikkortstørrelse fra 1 til 2 MB. For at forbedre systemets pålidelighed anvendes lavenergiforbrugskomponenter for at reducere strømforbruget.

2.2 Konfiguration af inputkanaler

Ved opsætning af inputkanaler identificeres inputsignaler som sekundære signaler fra spændings- og strømtransformatore. Disse signaler konditioneres før de konverteres via ADC til input til MCU. Signalkonditioneringskredsløbet består primært af strøm- og spændingstransformatorer sammen med en trestrøms operationsforstærker. Strøm- og spændingstransformatorer konverterer effektivt høje spændinger og strømme til mindre med høj præcision og god linearitet. Trestrøms operationsforstærkeren forstærker disse konverterede og ensrettede signaler.

2.3 Konfiguration af PLC-styringsenhed

For denne intelligente strømspændingsregulator er en Panasonic serie FP1 PLC valgt, der tilbyder op til 5000 trin programmeringsevne, simple operationskommandoer og omfattende funktionalitet. Den anvender også RS485 tordnede parledninger, hvilket giver en overførselshastighed på 100 bps og muliggør netværk af op til 32 PLC'er inden for et område på 1200 meter. Dette PLC-modul har fremragende overvågningsmuligheder, kan realtidsmonitorere ladderdiagrammer og dynamisk timing for at sikre en problemfri spændingsregulering.

2.4 Konfiguration af udgangskanaler

Udgangskanaler anvender logiske udgange. For at opnå stabil spændingsregulering gennem minimal skiftespænding og krydsstrøm, er nulpunktstriggering nødvendig, sammen med opsætning af kontaktløse elektroniske skiftere.

3. Anvendelse af PLC-styringsteknologi i software design af intelligent strømspændingsregulator

3.1 Bestemt driftsproces for programmet

Efter tænding og initiering af den intelligente strømspændingsregulator, skal initialiserings- og selvkontrolprocedurer udføres. Efter vellykket selvkontrol, bestemmes det, om enheden er i drifts- eller konfigurationsmode. I konfigurationsmode kan parametre sættes ved hjælp af et tastatur ved at gå ind i setup-menuen, vælge specifikke indstillinger og justere værdier med op/ned-taster. I driftsmodus finder sampling og digital filtrering sted, efterfulgt af valg af passende spændingsreguleringsmetoder:

• Automatisk regulering: Udfører de relevante programmer for at vurdere, om spændingen ligger inden for den angivne grænse. Hvis ja, er ingen justering nødvendig; ellers foretages justeringer for at bringe spændingen tilbage inden for grænserne.

• Manuel regulering: Manuelle operationer via panelknapper justerer spændingsniveauer. Efter fuldførelse af spændingsjustering viser displayprogrammer transformerens sekundære spændings- og strømværdier, samt daglige regulatorhandlinger, for at sikre kontinuerlig drift.

3.2 Bestemt algoritme til programstyring

For at opfylde brugernes krav til spændingsafvigelse er effektiv anvendelse af kontrolalgoritmer afgørende. Dette indebærer beregning af værdier uafhængigt af prøvetidspunkter fra diskrete datamængder gennem matematiske operationer, sammenligning med designspecifikationer og udførelse af logiske operationer for tapchangerjusteringer. Beregningsformlerne for måling af strøm, spænding og aktiv effekt er som følger:

(Bemærk: De specifikke formler for måling af strøm, spænding og aktiv effekt blev ikke leveret i dit tekst, men involverer typisk standard elektroingeniørberegninger som Ohms lov, effektfaktorberegninger osv.)

Disse beskrivelser giver en detaljeret forklaring på, hvordan den intelligente strømspændingsregulator fungerer, dens hardwarekonfiguration og de softwareprocesser, der er involveret i at opretholde optimal spændingsregulering.

I formlerne repræsenterer i(k) og u(k) henholdsvis det k-te strømprøveværdi og spændingsprøveværdi. På baggrund heraf kan andre størrelser som Q og cosφ afledes og beregnes.

4. Konklusion

Gennem test af den intelligente strømspændingsregulator finder denne artikel, at enheden effektivt kan justere spændingen i kort tid, undgå problemer som overslag og kortslutning, sikre stabiliteten i spændingsreguleringen og opnå en relativt ideel spændingsreguleringsvirksomhed. Det kan ses, at anvendelsen af PLC-styringsteknologi i den intelligente strømspændingsregulator kan effektivt realisere automatisk detektion og regulering af spændingen, accelerere spændingsreguleringshastigheden, og den faktiske drift er relativt simpel. Desuden opstår der ingen overslag under spændingsjustering, og den øvre computer kan overvåge forskellige arbejdstillstande for enheden i realtid, hvilket spiller en stor rolle i transformation og ledelse af transformatorstationer og distributionsstationer.