Análise da aplicación da tecnoloxía de control PLC en reguladores de voltagen eléctrica intelixentes

Ao avaliar a calidade da enerxía eléctrica, a tensión é un factor crítico de influencia. A calidade da tensión xeralmente se asocia coa medida da desviación de tensión, fluctuación, distorsión de onda e simetría trifásica, sendo a desviación de tensión o indicador máis importante. Para asegurar unha alta calidade de tensión, xeralmente é necesaria a regulación de tensión. Actualmente, o método máis amplamente utilizado e eficaz para a regulación de tensión implica o ajuste do cambia-tensión dos transformadores de potencia.

Este artigo integra principalmente tecnoloxías PLC e de microordenador para deseñar e analizar un regulador de tensión eléctrica intelixente, logrando finalmente unha rápida regulación de tensión evitando sobretensiones transitórias durante o proceso de axuste.

1. Principio de funcionamento e características clave do regulador de tensión eléctrica intelixente

1.1 Principio de funcionamento principal

O regulador de tensión eléctrica intelixente consta dunha unidade principal e unidades auxiliares. A unidade principal inclúe condensadores primarios e secundarios xunto con un transformador regulador, permitindo tanto a compensación de potencia reactiva como a regulación automática de tensión.

As unidades auxiliares inclúen unha unidade de control intelixente e tres unidades de axuste de execución. A unidade de control intelixente xera e transmite comandos de control, que son recibidos de xeito inalámbrico polas unidades de execución para permitir a regulación de tensión en tempo real na liña de distribución.

Como compoñente central, a unidade de control intelixente determina o nivel de automatización, intelixencia e precisión de regulación do dispositivo. Monitoriza de xeito preciso a tensión da liña de alimentación, xera comandos adecuados e os envía ao módulo de control do cambia-tensión para manter a tensión da liña de alimentación no punto de configuración obxectivo. As súas funcións principais inclúen:

• Monitorización e control en tempo real da tensión da liña de alimentación—corrigindo prontamente calquera desvío;

• Monitorización e control en tempo real da corrente de carga de saída;

• Proporcionar funcións de protección contra baixa tensión, sobrecorrente e condicións de sobretemperatura.

1.2 Características clave

O regulador de tensión eléctrica intelixente ofrece as seguintes vantaxes:

• Dobras funcionalidades: Proporciona simultaneamente compensación de potencia reactiva e regulación de tensión. Durante o axuste de tensión, tamén compensa parcialmente a potencia reactiva da rede, mellorando o factor de potencia, evitando danos na liña, aumentando a capacidade de carga da rede e asegurando a calidade da tensión. Ademais, pode monitorizar a tensión e a corrente trifásicas.

• Estrutura optimizada e ecolóxica: O deseño emprega aislamento graduado para aumentar a resistencia dieléctrica. A transmisión de datos entre as unidades de control e execución usa aislamento de tensión, permitindo a transferencia de sinais sen óleo. Todos os sensores de tensión e corrente están integrados internamente, eliminando a necesidade de transformadores externos de potencial ou corrente—mellorando a fiabilidade, estabilidade e facilidade de instalación.

• Regulación de tensión intelixente: Mede automaticamente as posicións do cambia-tensión segundo os umbrais definidos polo usuario e corrige automaticamente as configuracións incorrectas para asegurar unha operación estable da rede.
  Operación do cambia-tensión sen manutención: Ao conectar o transformador regulador en serie cos condensadores de compensación reactiva, as correntes de cortocircuito durante o axuste de tensión permanecen baxas, minimizando o impacto operativo.

• Protección intelixente: Monitoriza continuamente a carga da liña e a temperatura do transformador; sai automaticamente do modo de regulación ao detectar anomalias e retoma a operación unha vez normalizadas as condicións.

• Registro de datos en tempo real: A unidade de control registra de xeito preciso a tensión, a corrente e o número de cambios de paso antes e despois de cada evento de regulación.

• Comunicación inalámbrica eficiente: Os datos no local poden lerse directamente, e os parámetros de regulación (por exemplo, intervalos de tempo, umbrais de tensión) poden axustarse de xeito remoto—simplificando a operación.

• Dada a súa alta relación custo-beneficio, fiabilidade e seguridade, o regulador de tensión eléctrica intelixente está ben adaptado para unha implementación xeralizada nas redes eléctricas rurais, reducindo significativamente os problemas de desviación de tensión.

2. Aplicación da tecnoloxía de control PLC no deseño de hardware do regulador de tensión eléctrica intelixente

Baseándose nos requisitos funcionais e especificacións técnicas do regulador de tensión eléctrica intelixente, a súa arquitectura de hardware ilustrase na Figura 1.

2.1 Configuración do sistema básico de microcontrolador

O sistema básico de microcontrolador adopta principalmente un ordenador persoal industrial (IPC), utilizando unha tarxeta CPU chamada All2In2One con 256MB de memoria, con dúas interfaces serie e unha interface paralela. Ademais, utiliza un chip de aceleración gráfica compatible con PCI2S3, cun tamaño de tarxeta gráfica que varía entre 1 e 2MB. Para aumentar a fiabilidade do sistema, empreganse compoñentes de baixo consumo para reducir o consumo de corrente.

2.2 Configuración dos canles de entrada

Durante a configuración dos canles de entrada, identifícanse as señais de entrada como señais secundarias de transformadores de tensión e corrente. Estas señais soportan un condicionamento antes de ser convertidas via ADC para a entrada no MCU. O circuito de condicionamento de señais consiste principalmente en transformadores de corrente e tensión xunto con un amplificador operacional de tres etapas. Os transformadores de corrente e tensión convierten eficazmente altas tensións e correntes en menores, con alta precisión e boa linearidade. O amplificador operacional de tres etapas amplifica estas señais convertidas e rectificadas.

2.3 Configuración da unidade de control PLC

Para este regulador de voltagem inteligente, seleccionouse un PLC da serie FP1 de Panasonic, que ofrece ata 5000 pasos de capacidade de programa, comandos de operación sinxelos e funcionalidade abrangente. Tamén emprega cabos de par trenzado RS485, logrando unha velocidade de transmisión de 100bps e permitindo a rede de ata 32 PLCs nun alcance de 1200 metros. Este modelo de PLC destaca polas súas excelentes capacidades de monitorización, capaz de monitorizar en tempo real diagramas de escada e temporización dinámica para garantir unha regulação de voltagem suave.

2.4 Configuración dos canles de saída

Os canles de saída adoptan métodos lóxicos de saída. Para lograr unha regulação de voltagem estable a través dunha mínima conmutación de voltagem e corrente de cruce, é necesario o disparo no paso por cero, xunto coa configuración de interruptores electrónicos sen contacto.

3. Aplicación da tecnoloxía de control PLC no deseño de software do regulador de voltagem inteligente

3.1 Proceso específico de operación do programa

Despois de encender e iniciar o regulador de voltagem inteligente, deben realizarse procedementos de inicialización e autoexame. Tras un autoexame satisfactorio, determinase se o dispositivo está en modo de operación ou modo de configuración. No modo de configuración, os parámetros poden ser establecidos usando un teclado ao entrar no menú de configuración, seleccionar axustes específicos e modificar valores coas teclas arriba/abaixo. No modo de operación, ocorren muestreo e filtrado dixital, seguidos da elección de métodos de regulação de voltagem apropiados:

• Regulación automática: Executa programas correspondentes para xulgar se a voltagem está dentro do rango especificado. Se así é, non se require axuste; de outro xeito, fánse axustes para devolver a voltagem aos límites.

• Regulación manual: Operacións manuais mediante botóns do panel axustan os niveis de voltagem. Despois de completar os axustes de voltagem, os programas de visualización amosan os valores de voltagem e corrente secundarios do transformador, así como as accións diarias do regulador, asegurando a operación continua.

3.2 Algoritmo específico para o control do programa

Para cumprir cos requisitos dos usuarios en relación coa desviación de voltagem, é esencial a aplicación eficaz de algoritmos de control. Isto implica calcular valores independentes dos puntos de muestreo a partir de conxuntos de datos discretos mediante operacións matemáticas, comparalos coas especificacións de deseño e realizar operacións lóxicas para axustes do cambiador de tomas. As fórmulas de cálculo para medir a corrente, a voltagem e a potencia activa son as seguintes:

(Nota: As fórmulas específicas para a medida de corrente, voltagem e potencia activa non foron proporcionadas no seu texto, pero típicamente implican cálculos estándar de enxeñaría eléctrica como a lei de Ohm, cálculos de factor de potencia, etc.)

Estas descricións proporcionan unha explicación detallada de como funciona o regulador de voltagem inteligente, a súa configuración de hardware e os procesos de software implicados na mantemento da regulação de voltagem óptima.

Nas fórmulas, i(k) e u(k) representan o valor de muestreo de corrente e voltagem k-ésimo, respectivamente. Basándose nestes, outras cantidades como Q e cosφ poden derivarse e calcularse.

4. Conclusión

A través da proba do regulador de voltagem inteligente, este artigo atopou que o dispositivo pode axustar eficazmente a voltagem en breve tempo, evitando problemas como sobresaltos e cortocircuitos, garantindo a estabilidade da regulação de voltagem e logrando un efecto de regulação de voltagem relativamente ideal. Pódese ver que a aplicación da tecnoloxía de control PLC no regulador de voltagem inteligente pode realizar eficazmente a detección e regulação automáticas de voltagem, acelerar a velocidade de regulação de voltagem, e a operación real é relativamente simple. Ademais, non ocorre ningún sobresalto durante o axuste de voltagem, e o computador superior pode monitorizar varios estados de traballo do dispositivo en tempo real, o que xoga un papel grande na transformación e xestión de subestacións e centros de distribución.