Analyse de l'application de la technologie de contrôle PLC dans les régulateurs de tension électrique intelligents

Lors de l'évaluation de la qualité de l'énergie, la tension est un facteur d'influence crucial. La qualité de la tension est généralement évaluée en mesurant l'écart de tension, les fluctuations, la distorsion de la forme d'onde et la symétrie triphasée, l'écart de tension étant l'indicateur le plus important. Pour garantir une haute qualité de tension, une régulation de tension est généralement requise. Actuellement, la méthode la plus largement utilisée et efficace pour la régulation de tension implique l'ajustement du changeur de dérivation des transformateurs de puissance.

Ce document intègre principalement les technologies PLC et microordinateurs pour concevoir et analyser un régulateur de tension électrique intelligent, aboutissant à une régulation rapide de la tension tout en évitant les surtensions transitoires lors du processus d'ajustement.

1. Principe de fonctionnement et caractéristiques clés du régulateur de tension électrique intelligent

1.1 Principe de fonctionnement principal

Le régulateur de tension électrique intelligent se compose d'une unité principale et d'unités auxiliaires. L'unité principale comprend des condensateurs primaire et secondaire ainsi qu'un transformateur de régulation, permettant à la fois la compensation de la puissance réactive et la régulation automatique de la tension.

Les unités auxiliaires comprennent une unité de contrôle intelligente et trois unités d'ajustement d'exécution. L'unité de contrôle intelligente génère et transmet des commandes de contrôle, qui sont reçues sans fil par les unités d'exécution pour permettre une régulation de tension en temps réel sur la ligne de distribution.

En tant que composant central, l'unité de contrôle intelligente détermine le niveau d'automatisation, d'intelligence et de précision de régulation de l'appareil. Elle surveille avec précision la tension de l'alimentation, génère des commandes appropriées et les envoie au module de contrôle du changeur de dérivation pour maintenir la tension de l'alimentation à la valeur cible définie. Ses principales fonctions incluent :

• Surveillance et contrôle en temps réel de la tension de l'alimentation — correction rapide de toute déviation ;

• Surveillance et contrôle en temps réel du courant de charge de sortie ;

• Fourniture de fonctions de protection contre les sous-tensions, les surintensités et les surchauffes.

1.2 Caractéristiques clés

Le régulateur de tension électrique intelligent offre les avantages suivants :

• Double fonction : Il fournit simultanément la compensation de la puissance réactive et la régulation de la tension. Lors de l'ajustement de la tension, il compense également partiellement la puissance réactive du réseau, améliorant le facteur de puissance, prévenant les dommages aux lignes, augmentant la capacité de charge du réseau et assurant la qualité de la tension. De plus, il peut surveiller la tension et le courant triphasés.

• Structure optimisée et écologique : La conception utilise une isolation graduée pour augmenter la résistance diélectrique. La transmission de données entre l'unité de contrôle et les unités d'exécution utilise une isolation de tension, permettant un transfert de signal sans huile. Tous les capteurs de tension et de courant sont intégrés internement, éliminant le besoin de transformateurs de potentiel ou de courant externes — ce qui améliore la fiabilité, la stabilité et la facilité d'installation.

• Régulation de tension intelligente : Il mesure automatiquement les positions de dérivation en fonction des seuils définis par l'utilisateur et corrige automatiquement les paramètres inexactes pour assurer un fonctionnement stable du réseau.
  Opération sans entretien du changeur de dérivation : En connectant le transformateur de régulation en série avec les condensateurs de compensation de puissance réactive, les courants de court-circuit pendant l'ajustement de la tension restent faibles, minimisant l'impact opérationnel.

• Protection intelligente : Il surveille en continu la charge de la ligne et la température du transformateur ; il sort automatiquement du mode de régulation en cas de détection d'anomalies et reprend l'opération une fois que les conditions reviennent à la normale.

• Journalisation des données en temps réel : L'unité de contrôle enregistre avec précision la tension, le courant et le nombre de changements de dérivation avant et après chaque événement de régulation.

• Communication sans fil efficace : Les données sur site peuvent être lues directement, et les paramètres de régulation (par exemple, les intervalles de temps, les seuils de tension) peuvent être ajustés à distance — simplifiant l'opération.

• Étant donné son excellent rapport coût-efficacité, sa fiabilité et sa sécurité, le régulateur de tension électrique intelligent est bien adapté pour un déploiement généralisé dans les réseaux électriques ruraux, réduisant considérablement les problèmes d'écart de tension.

2. Application de la technologie de contrôle PLC dans la conception matérielle du régulateur de tension électrique intelligent

Sur la base des exigences fonctionnelles et des spécifications techniques du régulateur de tension électrique intelligent, son architecture matérielle est illustrée dans la Figure 1.

2.1 Mise en place du système de base du microcontrôleur

Le système de base du microcontrôleur adopte principalement un ordinateur personnel industriel (IPC), utilisant une carte CPU nommée All2In2One avec 256 Mo de mémoire, dotée de deux interfaces série et d'une interface parallèle. De plus, il utilise une puce d'accélération graphique compatible PCI2S3, avec une taille de carte graphique allant de 1 à 2 Mo. Pour améliorer la fiabilité du système, des composants à basse consommation sont utilisés pour réduire la consommation de courant.

2.2 Configuration des canaux d'entrée

Lors de la configuration des canaux d'entrée, les signaux d'entrée sont identifiés comme des signaux secondaires provenant de transformateurs de tension et de courant. Ces signaux subissent un conditionnement avant d'être convertis via un ADC pour l'entrée dans le MCU. Le circuit de conditionnement de signal se compose principalement de transformateurs de courant et de tension ainsi que d'un amplificateur opérationnel en trois étages. Les transformateurs de courant et de tension convertissent efficacement les tensions et les courants élevés en valeurs plus petites avec une grande précision et une bonne linéarité. L'amplificateur opérationnel en trois étages amplifie ces signaux convertis et redressés.

2.3 Configuration de l'unité de contrôle PLC

Pour ce régulateur de tension électrique intelligent, un PLC Panasonic série FP1 a été sélectionné, offrant une capacité de programme de jusqu'à 5000 pas, des commandes d'opération simples et des fonctionnalités complètes. Il utilise également des câbles torsadés RS485, atteignant un débit de transmission de 100 bps et permettant la mise en réseau de jusqu'à 32 PLC dans un rayon de 1200 mètres. Ce modèle de PLC offre d'excellentes capacités de surveillance, capable de surveiller en temps réel les diagrammes à échelles et le timing dynamique pour assurer une régulation de tension fluide.

2.4 Configuration des canaux de sortie

Les canaux de sortie adoptent des méthodes de sortie logiques. Pour réaliser une régulation de tension stable par le biais d'une tension de commutation minimale et d'un courant de croisement, une commande de déclenchement à zéro passage est nécessaire, ainsi que la mise en place de commutateurs électroniques sans contact.

3. Application de la technologie de contrôle PLC dans la conception logicielle du régulateur de tension électrique intelligent

3.1 Processus opérationnel spécifique du programme

Après avoir allumé et initié le régulateur de tension électrique intelligent, des procédures d'initialisation et d'auto-vérification doivent être effectuées. Après une auto-vérification réussie, il détermine si l'appareil est en mode opérationnel ou en mode configuration. En mode configuration, les paramètres peuvent être définis à l'aide d'un clavier en entrant dans le menu de configuration, en sélectionnant des paramètres spécifiques et en ajustant les valeurs avec les touches de haut et de bas. En mode opérationnel, l'échantillonnage et le filtrage numérique se produisent, suivis du choix de méthodes appropriées de régulation de tension :

• Régulation automatique : Exécute des programmes correspondants pour juger si la tension est dans la plage spécifiée. Si c'est le cas, aucun ajustement n'est nécessaire ; sinon, des ajustements sont apportés pour ramener la tension dans les limites.

• Régulation manuelle : Des opérations manuelles via les boutons du panneau ajustent les niveaux de tension. Après avoir terminé les ajustements de tension, les programmes d'affichage montrent la tension et les valeurs de courant secondaires du transformateur, ainsi que les actions quotidiennes du régulateur, assurant une opération continue.

3.2 Algorithme spécifique de contrôle de programme

Pour répondre aux exigences des utilisateurs en termes de déviation de tension, l'application efficace des algorithmes de contrôle est essentielle. Cela implique de calculer des valeurs indépendantes des points d'échantillonnage temporels à partir d'ensembles de données discrètes par le biais d'opérations mathématiques, de les comparer avec les spécifications de conception, et d'effectuer des opérations logiques pour les ajustements du changeur de prises. Les formules de calcul pour mesurer le courant, la tension et la puissance active sont les suivantes :

(Note : Les formules spécifiques pour la mesure du courant, de la tension et de la puissance active n'ont pas été fournies dans votre texte, mais impliquent généralement des calculs standard d'ingénierie électrique tels que la loi d'Ohm, les calculs de facteur de puissance, etc.)

Ces descriptions fournissent une explication détaillée de la façon dont le régulateur de tension électrique intelligent fonctionne, sa configuration matérielle et les processus logiciels impliqués dans le maintien d'une régulation optimale de la tension.

Dans les formules, i(k) et u(k) représentent respectivement la k-ième valeur d'échantillonnage de courant et la k-ième valeur d'échantillonnage de tension. Sur cette base, d'autres quantités telles que Q et cosφ peuvent être dérivées et calculées.

4. Conclusion

À travers les tests du régulateur de tension électrique intelligent, cet article trouve que l'appareil peut ajuster efficacement la tension en un temps court, évitant des problèmes tels que les surtensions et les courts-circuits, assurant la stabilité de la régulation de tension et réalisant un effet de régulation de tension relativement idéal. On peut voir que l'application de la technologie de contrôle PLC dans le régulateur de tension électrique intelligent peut réaliser efficacement la détection et la régulation automatiques de la tension, accélérer la vitesse de régulation de tension, et l'opération réelle est relativement simple. De plus, aucune surtension ne se produit pendant l'ajustement de tension, et l'ordinateur supérieur peut surveiller en temps réel divers états de fonctionnement de l'appareil, ce qui joue un grand rôle dans la transformation et la gestion des postes de transformation et de distribution.