स्मार्ट विद्युत वोल्टेज रेगुलेटर में पीएलसी नियंत्रण प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोग का विश्लेषण

विद्युत गुणवत्ता का मूल्यांकन करते समय, वोल्टेज एक महत्वपूर्ण प्रभावकारी कारक है। वोल्टेज गुणवत्ता आमतौर पर वोल्टेज विचलन, उतार-चढ़ाव, तरंग विकृति और तीन-पासे की सममिति के मापन द्वारा निर्धारित की जाती है—जिसमें वोल्टेज विचलन सबसे महत्वपूर्ण लक्षण है। उच्च वोल्टेज गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए वोल्टेज नियंत्रण आमतौर पर आवश्यक होता है। वर्तमान में, वोल्टेज नियंत्रण के लिए सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली और प्रभावी विधि विद्युत ट्रांसफार्मर के टैप चेंजर को समायोजित करना है।

यह पेपर मुख्य रूप से PLC और माइक्रोकंप्यूटर तकनीकों को एकीकृत करके एक बुद्धिमत्ता वाले विद्युत वोल्टेज नियंत्रक का डिजाइन और विश्लेषण करता है, जिससे त्वरित वोल्टेज नियंत्रण हासिल होता है और समायोजन की प्रक्रिया के दौरान अस्थायी वोल्टेज उतार-चढ़ाव से बचा जा सकता है।

1. बुद्धिमत्ता वाले विद्युत वोल्टेज नियंत्रक का कार्यप्रिंसिपल और प्रमुख विशेषताएँ

1.1 मुख्य कार्यप्रिंसिपल

बुद्धिमत्ता वाला विद्युत वोल्टेज नियंत्रक मुख्य यूनिट और सहायक यूनिटों से बना होता है। मुख्य यूनिट मुख्य और द्वितीयक कैपेसिटर और नियामक ट्रांसफार्मर से युक्त होता है, जिससे दोनों रिएक्टिव शक्ति की पूर्ति और स्वचालित वोल्टेज नियंत्रण संभव होता है।

सहायक यूनिटों में एक बुद्धिमत्ता वाला नियंत्रण यूनिट और तीन निष्पादन समायोजन यूनिट शामिल हैं। बुद्धिमत्ता वाला नियंत्रण यूनिट नियंत्रण आदेश उत्पन्न करता और प्रसारण लाइन पर वास्तविक समय में वोल्टेज नियंत्रण की सुविधा प्रदान करने के लिए निष्पादन यूनिटों द्वारा वायरलेस रूप से ग्रहण किए जाते हैं।

मुख्य घटक के रूप में, बुद्धिमत्ता वाला नियंत्रण यूनिट उपकरण की स्वचालन स्तर, बुद्धिमत्ता और नियंत्रण सटीकता को निर्धारित करता है। यह फीडर वोल्टेज की सटीक निगरानी करता है, उचित आदेश उत्पन्न करता है और टैप चेंजर नियंत्रण मॉड्यूल पर भेजता है ताकि फीडर वोल्टेज लक्ष्य सेटपॉइंट पर रहे। इसकी मुख्य कार्य शामिल हैं:

• फीडर वोल्टेज की वास्तविक समय में निगरानी और नियंत्रण—किसी भी विचलन को तुरंत सुधार;

• आउटपुट लोड धारा की वास्तविक समय में निगरानी और नियंत्रण;

• कम वोल्टेज, अतिधारा और अतिताप की स्थितियों के खिलाफ सुरक्षा कार्यों की प्रदान करना।

1.2 प्रमुख विशेषताएँ

बुद्धिमत्ता वाला विद्युत वोल्टेज नियंत्रक निम्नलिखित लाभ प्रदान करता है:

• दोहरी कार्यक्षमता: यह एक साथ रिएक्टिव शक्ति की पूर्ति और वोल्टेज नियंत्रण प्रदान करता है। वोल्टेज समायोजन के दौरान, यह ग्रिड रिएक्टिव शक्ति का आंशिक रूप से प्रतिस्थापन करता है, शक्ति गुणांक में सुधार करता है, लाइन की क्षति से बचाता है, ग्रिड लोड क्षमता में सुधार करता है और वोल्टेज गुणवत्ता सुनिश्चित करता है। इसके अलावा, यह तीन-पासे वोल्टेज और धारा की निगरानी कर सकता है।

• ऑप्टिमाइज्ड और पारिस्थितिकी रूप से उपयुक्त संरचना: डिजाइन में ग्रेडेड इनसुलेशन का उपयोग करके डाइएलेक्ट्रिक स्ट्रेंथ बढ़ाई गई है। नियंत्रण और निष्पादन यूनिटों के बीच डाटा प्रसारण में वोल्टेज अलगाव का उपयोग किया जाता है, जिससे ऑयल-फ्री सिग्नल प्रसारण संभव होता है। सभी वोल्टेज और धारा सेंसर आंतरिक रूप से एकीकृत होते हैं, जिससे बाहरी पोटेंशियल या धारा ट्रांसफार्मर की आवश्यकता कम हो जाती है—यह सुविश्वसनीयता, स्थिरता और स्थापना की सरलता में सुधार करता है।

• बुद्धिमत्ता वाला वोल्टेज नियंत्रण: यह उपयोगकर्ता-परिभाषित थ्रेशहोल्ड के आधार पर टैप स्थितियों को स्वचालित रूप से मापता है और गलत सेटिंग्स को स्वयं सुधार करता है ताकि स्थिर ग्रिड संचालन सुनिश्चित किया जा सके।
  नियंत्रण यूनिट द्वारा रिएक्टिव कंपेंसेशन कैपेसिटर के साथ नियामक ट्रांसफार्मर को श्रृंखला में जोड़कर, वोल्टेज समायोजन के दौरान छोटे विद्युत धारा का रिक्त-संयोजन रहता है, जिससे संचालन प्रभाव कम हो जाता है।

• बुद्धिमत्ता वाला सुरक्षा: लाइन लोड और ट्रांसफार्मर तापमान की लगातार निगरानी; असामान्यताओं के पता चलने पर स्वचालित रूप से नियंत्रण मोड से बाहर निकलता है और स्थितियाँ सामान्य होने पर दोबारा संचालन शुरू हो जाता है।

• वास्तविक समय में डाटा लॉगिंग: नियंत्रण यूनिट नियंत्रण घटना से पहले और बाद में वोल्टेज, धारा और टैप बदलावों की संख्या को सटीक रूप से रिकॉर्ड करता है।

• कुशल वायरलेस संचार: ऑन-साइट डाटा को तुरंत पढ़ा जा सकता है, और नियंत्रण पैरामीटर (जैसे, समय अंतराल, वोल्टेज थ्रेशहोल्ड) को दूर से समायोजित किया जा सकता है—संचालन को सरल बनाता है।

• अपनी उच्च लागत-कार्यक्षमता, सुविश्वसनीयता और सुरक्षा के कारण, बुद्धिमत्ता वाला विद्युत वोल्टेज नियंत्रक ग्रामीण विद्युत ग्रिड में व्यापक रूप से तैनात किए जाने के लिए अच्छी तरह से उपयुक्त है, जो वोल्टेज विचलन समस्याओं को लगातार कम करता है।

2. बुद्धिमत्ता वाले विद्युत वोल्टेज नियंत्रक के हार्डवेयर डिजाइन में PLC नियंत्रण प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोग

बुद्धिमत्ता वाले विद्युत वोल्टेज नियंत्रक की कार्यक्षमता आवश्यकताओं और तकनीकी विशेषताओं के आधार पर, इसकी हार्डवेयर संरचना चित्र 1 में दिखाई गई है।

2.1 माइक्रोकंट्रोलर बेसिक सिस्टम की सेटअप

माइक्रोकंट्रोलर बेसिक सिस्टम मुख्य रूप से औद्योगिक व्यक्तिगत कंप्यूटर (IPC) का उपयोग करता है, जिसमें 256MB की मेमोरी वाला CPU कार्ड All2In2One नामक मॉडल शामिल है, जिसमें दो सीरियल और एक पैरालल इंटरफेस होते हैं। इसके अलावा, यह PCI2S3-संगत ग्राफिक्स एक्सेलरेशन चिप का उपयोग करता है, जिसका ग्राफिक्स कार्ड आकार 1 से 2MB के बीच होता है। सिस्टम की सुविश्वसनीयता को बढ़ाने के लिए, कम शक्ति वाले घटकों का उपयोग किया जाता है ताकि विद्युत धारा की खपत कम हो सके।

2.2 इनपुट चैनलों की कॉन्फिगरेशन

इनपुट चैनलों की सेटअप के दौरान, इनपुट सिग्नल वोल्टेज और धारा ट्रांसफार्मर से द्वितीयक सिग्नल के रूप में पहचाने जाते हैं। ये सिग्नल संशोधित होने के पहले ADC द्वारा एमसीयू में इनपुट के लिए परिवर्तित होते हैं। सिग्नल संशोधन सर्किट मुख्य रूप से धारा और वोल्टेज ट्रांसफार्मर और तीन-चरण ऑपरेशनल एम्प्लिफायर से बना होता है। धारा और वोल्टेज ट्रांसफार्मर उच्च वोल्टेज और धारा को छोटे सिग्नलों में उच्च सटीकता और अच्छी रैखिकता के साथ परिवर्तित करते हैं। तीन-चरण ऑप-एम्प इन परिवर्तित और रेक्टिफाइड सिग्नलों को बढ़ाता है।

2.3 पीएलसी नियंत्रण इकाई की विन्यास

इस स्मार्ट बिजली वोल्टेज रेगुलेटर के लिए, पैनासोनिक श्रृंखला एफपी1 पीएलसी चुना गया है, जो तकनीकी रूप से 5000 चरणों तक की क्षमता, सरल संचालन आदेश, और व्यापक कार्यक्षमता प्रदान करता है। इसमें आरएस485 ट्विस्टेड पेयर केबल का उपयोग किया गया है, जिससे 100bps की प्रसारण दर और 1200 मीटर की सीमा में अधिकतम 32 पीएलसी की नेटवर्किंग संभव होती है। यह पीएलसी मॉडल उत्कृष्ट मॉनिटरिंग क्षमताओं का दावा करता है, जो लैडर डायग्राम और गतिशील टाइमिंग के वास्तविक समय में मॉनिटरिंग करने में सक्षम है ताकि वोल्टेज नियंत्रण निर्विघ्न रहे।

2.4 आउटपुट चैनलों की विन्यास

आउटपुट चैनल तार्किक आउटपुट विधियों का उपयोग करते हैं। न्यूनतम स्विचिंग वोल्टेज और क्रॉस-करंट के माध्यम से स्थिर वोल्टेज नियंत्रण प्राप्त करने के लिए, जीरो-क्रॉसिंग ट्रिगरिंग की आवश्यकता होती है, साथ ही संपर्क रहित इलेक्ट्रोनिक स्विचों की स्थापना की जाती है।

3. स्मार्ट बिजली वोल्टेज रेगुलेटर के सॉफ्टवेयर डिज़ाइन में पीएलसी नियंत्रण प्रौद्योगिकी का उपयोग

3.1 कार्यक्रम की विशिष्ट संचालन प्रक्रिया

स्मार्ट बिजली वोल्टेज रेगुलेटर को चालू करने और शुरू करने के बाद, इनिशियलाइजेशन और स्व-जाँच प्रक्रियाओं का आयोजन किया जाना चाहिए। सफल स्व-जाँच के बाद, यह निर्धारित करता है कि उपकरण संचालन मोड में है या कॉन्फ़िगरेशन मोड में। कॉन्फ़िगरेशन मोड में, पैरामीटरों को कीबोर्ड का उपयोग करके सेट किया जा सकता है, सेटअप मेनू में प्रवेश करके, विशिष्ट सेटिंग्स चुनकर, और ऊपर/नीचे की बटनों का उपयोग करके मानों को समायोजित किया जा सकता है। संचालन मोड में, नमूना लेना और डिजिटल फिल्टरिंग होती है, इसके बाद उपयुक्त वोल्टेज नियंत्रण विधियों का चयन किया जाता है:

• स्वचालित नियंत्रण: विशिष्ट कार्यक्रमों को चलाने के लिए यह निर्धारित करता है कि वोल्टेज निर्दिष्ट सीमा में है या नहीं। यदि हाँ, तो कोई समायोजन आवश्यक नहीं है; अन्यथा, वोल्टेज को फिर से सीमा में लाने के लिए समायोजन किया जाता है।

• मैनुअल नियंत्रण: पैनल बटनों के माध्यम से मैनुअल ऑपरेशन वोल्टेज स्तरों को समायोजित करते हैं। वोल्टेज समायोजन के बाद, डिस्प्ले कार्यक्रम ट्रांसफोर्मर के द्वितीयक वोल्टेज और धारा मान, और दैनिक रेगुलेटर कार्रवाइयों को दिखाते हैं, जिससे निरंतर संचालन सुनिश्चित होता है।

3.2 कार्यक्रम नियंत्रण के लिए विशिष्ट एल्गोरिदम

वोल्टेज विचलन के लिए उपयोगकर्ता की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, नियंत्रण एल्गोरिदम के प्रभावी उपयोग की आवश्यकता होती है। यह डिस्क्रीट डेटा सेट से नमूना समय बिंदुओं से स्वतंत्र रूप से मानों की गणना करने, उन्हें डिजाइन विनिर्देशों के साथ तुलना करने, और टैप चेंजर समायोजन के लिए तार्किक ऑपरेशन करने का शामिल होता है। धारा, वोल्टेज, और सक्रिय शक्ति को मापने के लिए गणना सूत्र इस प्रकार हैं:

(नोट: धारा, वोल्टेज, और सक्रिय शक्ति मापने के लिए विशिष्ट सूत्र आपके टेक्स्ट में प्रदान नहीं किए गए, लेकिन आमतौर पर इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग की मानक गणनाओं जैसे ओहम का नियम, पावर फैक्टर की गणना, आदि शामिल होते हैं)

ये विवरण स्मार्ट बिजली वोल्टेज रेगुलेटर के संचालन, इसके हार्डवेयर विन्यास, और वोल्टेज नियंत्रण को बनाए रखने में शामिल सॉफ्टवेयर प्रक्रियाओं की विस्तृत व्याख्या प्रदान करते हैं।

सूत्रों में, i(k) और u(k) क्रमशः k-वां धारा नमूना मान और वोल्टेज नमूना मान को दर्शाते हैं। इनके आधार पर, अन्य मात्राओं जैसे Q और cosφ की गणना की जा सकती है।

4. निष्कर्ष

स्मार्ट बिजली वोल्टेज रेगुलेटर की परीक्षण के माध्यम से, यह शोध पत्र यह पाता है कि यह उपकरण छोटे समय में वोल्टेज को प्रभावी रूप से समायोजित कर सकता है, सर्ज और शॉर्ट सर्किट जैसी समस्याओं से बचा सकता है, वोल्टेज नियंत्रण की स्थिरता को सुनिश्चित करता है, और एक अपेक्षाकृत आदर्श वोल्टेज नियंत्रण प्रभाव प्राप्त करता है। यह देखा जा सकता है कि स्मार्ट बिजली वोल्टेज रेगुलेटर में पीएलसी नियंत्रण प्रौद्योगिकी का उपयोग वोल्टेज की स्वचालित जाँच और नियंत्रण को प्रभावी रूप से वास्तविक कर सकता है, वोल्टेज नियंत्रण की गति को बढ़ा सकता है, और वास्तविक संचालन अपेक्षाकृत सरल होता है। इसके अलावा, वोल्टेज समायोजन के दौरान कोई सर्ज नहीं होता, और अपर कंप्यूटर उपकरण की विभिन्न कार्यावस्थाओं को वास्तविक समय में मॉनिटर कर सकता है, जो सबस्टेशन और डिस्ट्रिब्यूशन स्टेशनों के रूपांतरण और प्रबंधन में बड़ी भूमिका निभाता है।