PLC-ohjausteknologian sovelluksen analyysi älykkäissä sähköjänniteen säätimissä

Sähkölaadun arvioinnissa jännite on kriittinen vaikuttaja. Jännitteen laatu arvioidaan yleensä mitaten jänniteen poikkeamaa, vaihtelua, aallonmuodon vääristymää ja kolmivaiheisen symmetrian—jänniteen poikkeama olevalla tärkeimpänä indikaattorina. Korkean jännitteen laadun varmistamiseksi tarvitaan yleensä jänniteregulaointia. Tällä hetkellä laajimmin käytetty ja tehokkain jännitereguloinnin menetelmä on muuttaa voimansiirtojen tapasijaintia.

Tässä artikkelissa integroidaan PLC- ja mikrotietokonetechnologia suunnittelemaan ja analysoimaan älykästä sähköjänniteen säätimet, saavutetaan nopea jänniteregulointi vältellen tilapäisiä jännitesyötteitä säätöprosessin aikana.

1. Älyisen sähköjänniteen säätimen toimintaperiaate ja keskeiset ominaisuudet

1.1 Päätoimintaperiaate

Älyinen sähköjänniteen säätimet koostuu päälaitteesta ja apulaitteista. Päälaite sisältää ensimmäisen ja toisen luokan kondensaattoreita sekä säätötransformaattoria, mahdollistaen reaktiivisen tehon kompensoinnin ja automaattisen jännitereguloinnin.

Apulaiteet sisältävät yhden älyisen ohjausyksikön ja kolme suorituskykyä parantavia säätöyksiköitä. Älyinen ohjausyksikkö luo ja välittää ohjauskomennot, jotka vastaanotetaan langattomasti suoritusyksiköiden kautta, mahdollistaen jännitteen reaaliaikaisen säätämisen jakeluverkossa.

Keskeisenä komponenttina älyinen ohjausyksikkö määrittelee laitteen automatisoinnin, älykkyyden ja säätönsuositus. Se tarkkailee täsmällisesti syöttöjännitettä, luo sopivia komennoita ja lähettää ne tapasijainti-ohjausmoduulille pitääkseen syöttöjännitteen tavoitetason. Sen pääfunktiot ovat:

• Syöttöjännitteen reaaliaikainen valvonta ja säätö—korjaa välittömästi kaikki poikkeamat;

• Ulostulojen kuormatehojen reaaliaikainen valvonta ja säätö;

• Tarjoa suoja alijännitteitä, liian suuret virrat ja ylikuumenemisen tilanteissa.

1.2 Keskeiset ominaisuudet

Älyinen sähköjänniteen säätimet tarjoaa seuraavat etuisuudet:

• Kaksisuuntainen toiminta: Se tarjoaa samanaikaisesti reaktiivisen tehon kompensoinnin ja jännitereguloinnin. Jännitteen säädöksen aikana se myös osittain kompensoi verkon reaktiivisen tehon, parantaa tehokkuustekijää, estää linjahavaroituksen, parantaa verkon kuormituskykyä ja varmistaa jännitteen laadun. Lisäksi se voi monitoroida kolmen vaiheen jännitettä ja virtaa.

• Optimoitu ja ympäristöystävällinen rakenne: Suunnitelma käyttää gradusoituja eristyskerroksia lisätäkseen dielektrisen jännityksen. Ohjaus- ja suoritusyksiköiden välisen tiedonsiirron käytetään jänniteeristystä, mahdollistaen öljyvapaan signaalien siirtäminen. Kaikki jännite- ja virransensorit integroituvat sisäisesti, poistamalla tarve ulkoiselle potentiaali- tai virransiirtoille—parantaen luotettavuutta, vakautta ja asennuksen helpottamista.

• Älykäs jänniteregulointi: Se mitataan automaattisesti tapasijainteja käyttäjän määrittämien kynnyksien perusteella ja korjaa epätarkkoja asetuksia varmistaakseen vakaan verkkojen toiminnan.
  Huoltoa vaatimaton tapasijaintien toiminta: Säätötransformaattorin kytkemällä sarjassa reaktiivisten kompensointikondensaattoreiden kanssa, jännitteen säädöksen aikana lyhytkircuitvirrat pysyvät pieninä, minimoiden toiminnallisen vaikutuksen.

• Älykäs suoja: Seuraillaan jatkuvasti linjan kuormaa ja transformaattorin lämpötilaa; automaattisesti poistutaan regulointitilasta havaitsemalla epänormaaleja olosuhteita ja palataan toimintaan kun olosuhteet normaalistuvat.

• Reaaliaikainen datalogging: Ohjausyksikkö tarkkaan tallentaa jännitteen, virran ja tapasijaintien määrän ennen ja jälkeen jokaista regulointitapahtumaa.

• Effektivisti langattoman kommunikaation: Paikan päällä olevia dataa voidaan lukea suoraan, ja regulointiparametreja (esimerkiksi aikavälien, jännitekynnysten) voidaan säätää kaukokävelyllä—simplifioidaan operaatiota.

• Annettu sen korkean kustannushyöty, luotettavuuden ja turvallisuuden, älyinen sähköjänniteen säätimet on hyvin soveltuva laajalle skaalaavalle käytölle maaseudun sähköverkoissa, merkittävästi vähentäen jännitteen poikkeamaongelmia.

2. PLC-ohjausteknologian soveltaminen älyisen sähköjänniteen säätimen laadulliseen suunnitteluun

Perustuen älyisen sähköjänniteen säätimen toiminnallisiin vaatimuksiin ja teknisiin määritelmäihin, sen laadullinen rakenne on kuvattu kuvassa 1.

2.1 Mikrokontrollerin perusjärjestelmän asennus

Mikrokontrollerin perusjärjestelmä pääasiassa ottaa käyttöön teollisen henkilötietokoneen (IPC), käyttäen CPU-korttimallia nimeltä All2In2One, jonka muistikoko on 256MB, kaksi sarjavarmenne ja yksi paralleeli rajapinta. Lisäksi se käyttää PCI2S3-yhteensopiva grafiikkakiirentä, jonka grafiikkakortin koko on 1-2MB. Järjestelmän luotettavuuden parantamiseksi käytetään matalan energian komponentteja vähentääkseen virtauskulutusta.

2.2 Syöttökanavien konfigurointi

Syöttökanavien asennuksen aikana syöttösignaalit tunnistetaan jännite- ja virransiirtojen sekundaarisina signaaleina. Nämä signaalit käsitellään ennen niiden muuntamista ADC:n kautta MCU:hen. Signaalien käsitelypiiri koostuu pääosin jännite- ja virransiirroista sekä kolmivaiheisesta op-ampista. Jännite- ja virransiirrot tehokkaasti muuntaa korkeita jännitteitä ja virtoja pienemmiksi, korkealla tarkkuudella ja hyvällä lineaarisuudella. Kolmivaiheinen op-ampi amplifioi nämä muunnetut ja suoristetut signaalit.

2.3 PLC-ohjainyksikön konfigurointi

Tälle älykkäälle virtaspannusäätimeelle on valittu Panasonicin FP1-sarjan PLC, joka tarjoaa enintään 5000 ohjelmavaiheen kapasiteetin, yksinkertaisia käskelyitä ja kattavan toiminnallisuuden. Se käyttää myös RS485-pistepaaria, saavuttaen 100bps:n siirtovauhdin ja mahdollistaen jopa 32 PLC:n verkoittamisen 1200 metrin etäisyydellä. Tämä PLC-malli on erityisen hyvä havaintoon, kykenee reaaliaikaiseen tikkidiagrammien ja dynaamisen ajoituksen seuraamiseen varmistaakseen säännöllisen virtaspannun säätelyn.

2.4 Ulostulokanavien konfigurointi

Ulostulokanavat perustuvat loogisiin ulostulomenetelmiin. Vakaan virtaspannun säätelyn saavuttamiseksi pienimmällä mahdollisella vaihtospannuksella ja risteävällä virtalla vaaditaan nollakulman laukaisua sekä kosketuksettoman elektronisen kytkimen asentaminen.

3. PLC-ohjaustechnologian soveltaminen älykkään virtaspannusäätimen ohjelmistosuunnitteluun

3.1 Ohjelman tarkempi toimintaprosessi

Kun älykkään virtaspannusäätimeen on otettu virta, on suoritettava alustus- ja itsenäisetarkastusproseduurit. Onnistuneen itsenäisen tarkastuksen jälkeen päätetään, onko laite toimintatilassa vai määritystilassa. Määritystilassa parametreja voidaan asettaa näppäimistöllä pääsemällä asetussivulle, valitsemalla tietyt asetukset ja säätämällä arvoja ylös/alas-näppäimillä. Toimintatilassa tapahtuu näytteistys ja digitaalinen suodatus, minkä jälkeen valitaan sopiva virtaspannun säätelymenetelmä:

• Automaattinen säätely: Suoritetaan vastaavia ohjelmia arvioimaan, onko virtaspannuksessa määritetty raja. Jos on, ei muutosta tarvita; muuten tehdään muutoksia palauttaakseen virtaspannun rajoihin.

• Manuaalinen säätely: Manuaalisia toimintoja paneelin painikkeilla säätämään virtaspannusta. Virtaspannun säätelyn jälkeen näyttöohjelmat näyttävät muuntajan toissijaisen virtaspannun ja virran arvot, sekä päivittäiset säätimet, varmistamalla jatkuvan toiminnan.

3.2 Ohjelman hallinnan tarkka algoritmi

Käyttäjien vaatimusten täyttämiseksi virtaspannun poikkeamisesta on välttämätöntä soveltaa tehokkaita ohjausalgoritmeja. Tämä sisältää diskreettien datojoukkojen perusteella laskettujen arvojen matemaattisia operaatioita, niiden vertailua suunnittelusitovaan ja logiikan operaatiot tapansaannosten säätämiseksi. Virta-, virtaspannun ja aktiivisen tehon mittauslaskutoimitukset ovat seuraavat:

(Huomautus: Virta-, virtaspannun ja aktiivisen tehon mittauslaskukaavoja ei ole annettu tekstissänne, mutta ne perustuvat yleensä sähkötekniikan standardilaskuihin, kuten Ohmin laakiin, tehokkuuskertoimen laskuihin jne.)

Nämä kuvaukset tarjoavat yksityiskohtaisen selityksen siitä, miten älykäs virtaspannusäätin toimii, sen laitteistokonfiguraatiosta ja ohjelmistoprosesseista, jotka ovat osana optimaalisen virtaspannun säätelyn ylläpitämistä.

Kaavoissa i(k) ja u(k) edustavat k:nnessä virtanäytteen arvoa ja virtaspannunnäytteen arvoa. Nämä pohjalta voidaan johtaa ja laskea muut suureet, kuten Q ja cosφ.

4. Johtopäätös

Älykkään virtaspannusäätimen testaamisen avulla tämä artikkeli löysi, että laite voi tehokkaasti säätää virtaspannua lyhyessä ajassa, välttäen ongelmia, kuten pistesulkuja ja lyhytsolmuja, varmistamalla virtaspannun säätelyn vakauden ja saavuttamalla suhteellisen ideaalin virtaspannun säätelyvaikutuksen. On nähtävissä, että PLC-ohjaustechnologian soveltaminen älykkään virtaspannusäätimeen voi tehokkaasti toteuttaa automaattisen havainnon ja virtaspannun säätelyn, nopeuttaa virtaspannun säätelynopeutta, ja todellinen toiminta on suhteellisen yksinkertaista. Lisäksi virtaspannun säädöksessä ei ilmene pistesulkuja, ja yläkone voi valvoa laitteen eri työtiloja reaaliaikaisesti, mikä on suuri rooli muuntajien ja jakelustation muutoksessa ja hallinnassa.