Analiza primjene tehnologije upravljačkih logičkih procesora u pametnim uređajima za regulaciju napona

Pri procjeni kvalitete struje, napetost je ključni utjecaj. Kvaliteta napetosti se obično procjenjuje mjerenjem odstupanja napetosti, fluktuacije, deformacije valovne forme i simetrije tri faze—pri čemu je najvažniji pokazatelj odstupanje napetosti. Za osiguranje visoke kvalitete napetosti, općenito je potrebna regulacija napetosti. Trenutno, najšire upotrebljena i učinkovita metoda regulacije napetosti uključuje prilagodbu tap menjača transformatora snage.

Ovaj rad uglavnom integrira tehnologiju PLC i mikroračunala za dizajniranje i analizu pametnog regulatora napetosti električne energije, konačno postižući brzinsku regulaciju napetosti uz izbjegavanje privremene prekomjere napetosti tijekom procesa prilagodbe.

1. Radni princip i ključne značajke pametnog regulatora napetosti električne energije

1.1 Glavni radni princip

Pametni regulator napetosti električne energije sastoji se od glavnog i pomoćnih jedinica. Glavna jedinica sastoji se od primarnih i sekundarnih kondenzatora uz regulacijski transformator, omogućujući kompenzaciju reaktivne snage i automatsku regulaciju napetosti.

Pomoćne jedinice uključuju jednu inteligentnu kontrolnu jedinicu i tri izvršne prilagodljive jedinice. Inteligentna kontrolna jedinica generira i šalje kontrolne naredbe, koje izvršne jedinice primaju bezžično kako bi omogućile stvarnu regulaciju napetosti na distribucijskoj liniji.

Kao ključni dio, inteligentna kontrolna jedinica odlučuje o razini automatizacije, inteligencije i točnosti regulacije uređaja. Točno nadgleda napetost prihrane, generira odgovarajuće naredbe i šalje ih modulu za kontrolu tap menjača kako bi se održala napetost prihrane na ciljnoj postavci. Njene glavne funkcije uključuju:

• Stvarni nadzor i kontrola napetosti prihrane—brza korekcija bilo kakvih odstupanja;

• Stvarni nadzor i kontrola izlazne struje opterećenja;

• Pružanje zaštita od podnapetosti, prekomjerne struje i pregrjevanja.

1.2 Ključne značajke

Pametni regulator napetosti električne energije nude sljedeće prednosti:

• Dvostruka funkcionalnost: Istodobno pruža kompenzaciju reaktivne snage i regulaciju napetosti. Tijekom prilagodbe napetosti, djelomično kompenzira reaktivnu snagu mreže, poboljšava faktor snage, sprečava oštećenje linija, povećava kapacitet opterećenja mreže i osigurava kvalitetu napetosti. Također može nadgledati trofaznu napetost i struju.

• Optimizirana i ekološka struktura: Dizajn koristi stupnjevitu izolaciju kako bi se povećala dielektrična čvrstoća. Prijenos podataka između kontrolne i izvršne jedinice koristi izolaciju napetosti, omogućujući prijenos signala bez ulja. Svi senzori napetosti i struje su unutrašnji, eliminirajući potrebu za vanjskim potencijalnim ili strujnim transformatorima—poboljšavajući pouzdanost, stabilnost i lakoću instalacije.

• Inteligentna regulacija napetosti: Automatski mjeri položaje tapa na temelju definiranih praga korisnika i samokorigira neispravne postavke kako bi se osiguralo stabilno funkcioniranje mreže.
  Bez održavanja operacija tap menjača: Spajanjem regulacijskog transformatora u seriju s kondenzatorima za kompenzaciju reaktivne snage, struja kratkog spoja tijekom prilagodbe napetosti ostaje niska, minimizirajući operativni utjecaj.

• Inteligentna zaštita: Stalno nadgleda opterećenje linije i temperaturu transformatora; automatski izlazi iz načina regulacije nakon detektiranja anomalija i ponovno nastavlja operaciju kada se uvjeti normaliziraju.

• Stvarni zapis podataka: Kontrolna jedinica točno bilježi napetost, struju i broj promjena tapa prije i poslije svakog događaja regulacije.

• Učinkovita bezžična komunikacija: Podaci na mjestu mogu se direktno čitati, a parametri regulacije (npr. vremenski intervali, pragovi napetosti) mogu se prilagoditi udaljeno—pojednostavljajući operaciju.

• Zbog svoje visoke učinkovitosti, pouzdanosti i sigurnosti, pametni regulator napetosti električne energije dobro se odnosi za široku upotrebu u ruralnim elektroenergetskim mrežama, znatno smanjujući probleme s odstupanjem napetosti.

2. Primjena tehnologije PLC kontrola u hardverskom dizajnu pametnog regulatora napetosti električne energije

Na temelju funkcionalnih zahtjeva i tehničkih specifikacija pametnog regulatora napetosti električne energije, njegova hardverska arhitektura prikazana je na slici 1.

2.1 Postavljanje osnovnog sustava mikrokontrolera

Osnovni sustav mikrokontrolera uglavnom usvaja industrijski osobni računalo (IPC), koristeći model CPU kartice All2In2One s 256MB memorije, s dva serijska i jedan paralelni sučelje. Također koristi grafički ubrzavački čip kompatibilan s PCI2S3, s veličinom grafičke kartice od 1 do 2MB. Za povećanje pouzdanosti sustava, koriste se niskopotrosni komponenti kako bi se smanjilo potrošnja struje.

2.2 Konfiguracija kanala unosa

Tijekom postavljanja ulaznih kanala, ulazni signali identificiraju se kao sekundarni signali iz transformatora napetosti i struje. Ovi signali podvrgnuti su usavršavanju prije pretvorbe putem ADC za unos u MCU. Shema usavršavanja signala uglavnom sastoji se od transformatora struje i napetosti uz trofazni operacijski pojač. Transformatori struje i napetosti učinkovito pretvaraju visoke napetosti i struje u manje s visokom preciznošću i dobrim linearnošću. Trofazni operacijski pojač pojačava ove pretvorene i pravokutne signale.

2.3 Konfiguracija jedinice upravljanja PLC-om

Za ovaj pametni regulator napona odabran je Panasonic serije FP1 PLC, s kapacitetom do 5000 koraka programa, jednostavnim operacijskim naredbama i kompletnim funkcionalnostima. Također se koriste RS485 parovi zavojnica, postižući brzinu prijenosa od 100bps i omogućuju mrežiranje do 32 PLC-ova u rasponu od 1200 metara. Ovaj model PLC-a ima izvrsne mogućnosti nadzora, sposoban za stvarno vrijeme praćenja dijagrama stupnjeva i dinamičkog vremena kako bi osigurao glatko reguliranje napona.

2.4 Konfiguracija izlaznih kanala

Izlazni kanali koriste logičke metode izlaza. Za postizanje stabilnog reguliranja napona kroz minimalnu promjenu napona i prelazni strujni tok, potrebno je pokretanje na nultoj točki, uz postavljanje kontakt-neposrednih elektronskih prekidača.

3. Primjena tehnologije upravljanja PLC-om u softverskom dizajnu pametnog regulatora napona

3.1 Specifičan radni proces programa

Nakon uključivanja i pokretanja pametnog regulatora napona, moraju se provesti inicijalizacijski i samoprovjerski postupci. Nakon uspješne samoprovjere, odlučuje se je li uređaj u operativnom ili konfiguracijskom modu. U konfiguracijskom modu, parametri se mogu postaviti pomoću tipkovnice ulaskom u meni postavki, odabirom specifičnih postavki i prilagođavanjem vrijednosti pomoću tipki gore/dolje. U operativnom modu, događa se uzorkovanje i digitalno filtriranje, nakon čega se biraju odgovarajuće metode reguliranja napona:

• Automatsko reguliranje: Izvršavaju se odgovarajući programi kako bi se procijenilo je li napon unutar određenog opsega. Ako jeste, ne treba prilagodba; inače, prilagođavanja se izvode kako bi se napon vratio u granice.

• Ručno reguliranje: Ručne operacije putem gumba na panelu prilagođavaju razine napona. Nakon završetka prilagodbi napona, programe prikaza prikazuju napon i strujne vrijednosti sekundarnog transformatora, kao i dnevne akcije regulatora, osiguravajući kontinuirani rad.

3.2 Specifični algoritam za kontrolu programa

Da bi se ispunile zahtjeve korisnika za odstupanje napona, nužno je efektivno primijeniti algoritme upravljanja. To uključuje izračunavanje vrijednosti neovisno o uzorkovanim vremenima iz diskretnih skupova podataka putem matematičkih operacija, usporedbu s specifikacijama dizajna i izvođenje logičkih operacija za prilagodbu prekidača stupnjeva. Formule za mjerenje struje, napona i aktivne snage su sljedeće:

(Napomena: Konkretni formule za mjerenje struje, napona i aktivne snage nisu navedeni u vašem tekstu, ali obično uključuju standardne elektrotehničke izračune, poput Ohmova zakona, izračuna faktora snage itd.)

Ovi opisi pružaju detaljno objašnjenje kako pametni regulator napona funkcionira, njegovu hardversku konfiguraciju i softverske procese uključene u održavanje optimalnog reguliranja napona.

U formulama, i(k) i u(k) predstavljaju k-tu vrijednost uzorkovanja struje i napona, redom. Na temelju tih, druge veličine poput Q i cosφ mogu se izvesti i izračunati.

4. Zaključak

Kroz testiranje pametnog regulatora napona, ovaj rad utvrđuje da uređaj može u kratkom vremenu efektivno prilagoditi napon, izbjegavajući probleme poput talasa i kratičnih spojeva, osiguravajući stabilnost reguliranja napona i postižući relativno idealan učinak reguliranja napona. Vidi se da primjena tehnologije upravljanja PLC-om u pametnom regulatoru napona može efektivno ostvariti automatsko otkrivanje i reguliranje napona, ubrzati brzinu reguliranja napona, a stvarna operacija je relativno jednostavna. Također, tijekom prilagodbe napona ne dolazi do talasa, a gornji računalo može u stvarnom vremenu pratiti različite radne stanja uređaja, što igra veliku ulogu u transformaciji i upravljanju pretvorbnim i distribucijskim postajama.