PLC-irányítási technológia alkalmazásának elemzése intelligens hálózati feszültség-stabilizátorokban

Am feszültségminőség kiértékelése során a feszültség egy kritikus befolyásoló tényező. A feszültség minősége általában a feszültség eltérése, fluktuációja, hullámformájának torzulása és a háromfázisú szimmetria alapján mérődik—az elsődleges mutató a feszültség-eltérés. A magas feszültség minőségének biztosítása érdekében általában feszültség-változtatás szükséges. Jelenleg a leghatékonyabb és legelterjedtebb módszer a feszültség-változtatás a transzformátor fázisváltó beállításának módosítása.

Ez a cikk elsősorban PLC és mikroszámítógép technológiákat integrál egy intelligens hálózati feszültség-változtató tervezésébe és elemzésébe, végül gyors feszültség-változtatást elérve, miközben elkerülve a rövid távú feszültség-sugárzást a beállítási folyamat során.

1. Az intelligens hálózati feszültség-változtató működési elvje és kulcsfontosságú jellemzői

1.1 Fő működési elv

Az intelligens hálózati feszültség-változtató egy fő egységből és segéd egységekből áll. A fő egység elsődleges és másodlagos kondenzátorokat, valamint egy szabályozó transzformátort tartalmaz, lehetővé téve a reaktív teljesítmény kompenzálását és az automatikus feszültség-változtatást.

A segéd egységek egy intelligens irányítási egységet és három végrehajtó szabályozási egységet tartalmaznak. Az intelligens irányítási egység generál és továbbít parancsokat, amelyeket a végrehajtó egységek vezeték nélküli úton kapnak meg, lehetővé téve a disztribúciós vonal valós idejű feszültség-változtatását.

Mint a központi összetevő, az intelligens irányítási egység meghatározza az eszköz automatizálási szintjét, intelligenciáját és a szabályozási pontosságát. Pontosan figyeli a fedeles feszültséget, előállít megfelelő parancsokat, és ezeket elküldi a fázisváltó-irányítási modulnak, hogy a fedeles feszültséget a célszinten tartsa. Főbb funkciói a következők:

• A fedeles feszültség valós idejű monitorozása és ellenőrzése—gyors javítás minden eltérést esetén;

• A kiadott terhelési áram valós idejű monitorozása és ellenőrzése;

• Védelmi funkciók alacsony feszültség, túlmenő áram és túlmelegedés esetén.

1.2 Kulcsfontosságú jellemzők

Az intelligens hálózati feszültség-változtató a következő előnyökkel jár:

• Kétféle funkció: Egyben reaktív teljesítmény kompenzálást és feszültség-változtatást nyújt. A feszültség beállítása során részben kompenzálja a hálózat reaktív teljesítményét, javítva a teljesítménytényezőt, megelőzi a vonalsérülést, növeli a hálózat terhelési kapacitását, és garantálja a feszültség minőségét. Emellett képes háromfázisú feszültség és áram monitorozására.

• Optimalizált és környezetbarát szerkezet: A tervezés szintenkénti izolációt használ, növelve a dielektrikus erőtlenséget. Az irányítási és végrehajtó egységek közötti adatátvitel feszültség-elkülönítést alkalmaz, lehetővé téve olajmentes jelátvitelt. Minden feszültség- és áramszenzor belsőleg integrálva van, kiküszöbölve a külső potenciál- vagy áramtranszformátorok szükségességét—növelve a megbízhatóságot, stabilitást és telepítési könnyűséget.

• Intelligens feszültség-változtatás: Automatikusan méri a fázisváltó pozíciókat a felhasználó által definiált küszöbök alapján, és automatikusan korrigálja a helytelen beállításokat, hogy stabil hálózati működést biztosítson.
  Karbantartás nélküli fázisváltó működés: A szabályozó transzformátor sorba csatlakoztatása a reaktív kompenzációs kondenzátorokkal, a feszültség beállítása során alacsony áramot okoz, minimalizálva a működési hatást.

• Intelligens védelem: Folyamatosan figyeli a vonali terhelést és a transzformátor hőmérsékletét; automatikusan kilép a szabályozási módból anomáliák esetén, és folytatja a működést, amikor a feltételek normalizálódnak.

• Valós idejű adatnaplózás: Az irányítási egység pontosan naplózza a feszültséget, áramot és a fázisváltó változások számát minden szabályozási esemény előtt és után.

• Hatékony vezeték nélküli kommunikáció: A helyszíni adatok közvetlenül olvashatók, és a szabályozási paraméterek (pl., időközök, feszültség-küszöbök) távolról állíthatók be—egyszerűsítve a működést.

• A magas költséghatékonyság, megbízhatóság és biztonság miatt az intelligens hálózati feszültség-változtató alkalmas széles körben a vidéki hálózatokban, jelentősen csökkentve a feszültség-eltérések problémáit.

2. A PLC-irányítási technológia alkalmazása az intelligens hálózati feszültség-változtató hardvertervezésében

Az intelligens hálózati feszültség-változtató funkcionális követelményei és technikai specifikációi alapján, a hardver architektúrája az 1. ábrán látható.

2.1 A mikroszámítógép alapszintű rendszerének beállítása

A mikroszámítógép alapszintű rendszere főleg ipari személyi számítógépet (IPC) használ, amely 256MB-os memóriával rendelkezik, két soros és egy párhuzamos interfészt tartalmaz. Továbbá PCI2S3-kompatibilis grafikus gyorsító chipet használ, a grafikus kártya mérete 1-2MB közötti. A rendszer megbízhatóságának növelése érdekében alacsony fogyasztású alkatrészeket alkalmaz, hogy a feszültség-fogyasztást csökkentsék.

2.2 Bemeneti csatornák konfigurációja

A bemeneti csatornák beállítása során a bemeneti jeleket a feszültség- és áramtranszformátorok másodlagos jeleinek azonosítják. Ezek a jelek előfeldolgozáson mennek keresztül, majd ADC-n keresztül kerülnek a MCU-ba. A jelszabályozó áramkör főleg feszültség- és áramtranszformátorokból, valamint háromlépcsős operációs amplifikátorból áll. A feszültség- és áramtranszformátorok hatékonyan nagy feszültségeket és áramokat konvertálnak kisebbre, magas pontossággal és jó lineáris tulajdonságokkal. A háromlépcsős op-amp növeli ezeket a konvertált és függőleges jeleket.

2.3 PLC vezérlő egység beállítása

Ez az intelligens feszültség-stabilizáló eszköz Panasonic FP1 sorozatú PLC-vel van ellátva, amely akár 5000 lépés programkapacitást kínál, egyszerű műveleti parancsokkal és átfogó funkciókkal. Az RS485 csíkozott párkáblak használatával 100bps adatátviteli sebességet ér el, és legfeljebb 32 PLC-t hálózathoz csatlakoztat egy 1200 méteres tartományon belül. Ez a PLC modell kiváló monitorozási képességeket biztosít, valós időben követheti a légrács diagramokat és dinamikus időzítést, hogy zavartalan feszültség szabályozást biztosítson.

2.4 Kimeneti csatornák beállítása

A kimeneti csatornák logikai kimeneti módszereket alkalmaznak. A minimális váltófeszültség és átmeneti áram mellett stabil feszültség-szabályozás érdekében nulátengelyes indítás szükséges, valamint kapcsolatmentes elektronikus relék beállítása.

3. PLC vezérlő technológia alkalmazása az intelligens feszültség-stabilizáló szoftver tervezésében

3.1 A program konkrét működési folyamata

Az intelligens feszültség-stabilizáló bekapcsolása után inicializálási és önellenőrzési eljárásokat kell végrehajtani. Sikeres önellenőrzés után meghatározza, hogy az eszköz működési vagy beállítási módban van-e. A beállítási módban paramétereket lehet beállítani billentyűzet segítségével, a beállítási menübe lépve, konkrét beállításokat kiválasztva, és az értékeket fel-le gombokkal állítva. A működési módban mintavétel és digitális szűrés történik, majd megfelelő feszültség-szabályozási módszert választ:

• Automatikus szabályozás: Megfelelő programokat futtat, hogy megállapítsa, a feszültség a megadott tartományban van-e. Ha igen, nincs szükség módosításra; ha nem, módosításokat végez a feszültség korlátozásba hozatala érdekében.

• Kézi szabályozás: A panel gombjainak manuális műveleteivel állítható a feszültség. A feszültség beállítás befejezése után a megjelenítő programok a transzformátor másodlagos feszültségét és áramát, valamint a napirendi szabályozó műveleteket jelenítik meg, biztosítva a folyamatos működést.

3.2 A program vezérlésének konkrét algoritmusai

A feszültség eltéréseinek felhasználói igényeinek kielégítése érdekében a vezérlési algoritmusok hatékony alkalmazása létfontosságú. Ez diszkrét adatcsoportokból, a mintavételezési időpontoktól független értékek kiszámítását jelenti matematikai műveletek révén, összehasonlítva a tervezési előírásokkal, és logikai műveleteket végzve a tapasztaló változtatásokhoz. Az áram, feszültség és aktív teljesítmény mérésére vonatkozó számítási képletek a következők:

(Megjegyzés: A konkrét képletek az áram, feszültség és aktív teljesítmény mérésére a szövegben nem szerepeltek, de általában standard elektromos mérnöki számításokat, például Ohm törvényét, teljesítménytényező számításokat stb. tartalmaznak.)

Ezek a leírások részletesen bemutatják, hogyan működik az intelligens feszültség-stabilizáló, a hardver beállításait, valamint a szoftver folyamatokat, amelyek optimális feszültség-szabályozást biztosítanak.

A képletekben i(k) és u(k) jelentik a k-adik áram-mintavételi értéket és feszültség-mintavételi értéket. Ezek alapján más mennyiségek, például Q és cosφ is kiszámíthatók és számolhatók.

4. Következtetés

Az intelligens feszültség-stabilizáló tesztelése során ez a tanulmány azt találta, hogy az eszköz hatékonyan szabályozhatja a feszültséget rövid idő alatt, elkerülve problémákat, mint például a feszültségugratásokat és rövidzártákat, biztosítva a feszültség-szabályozás stabilitását, és relatív ideális feszültség-szabályozási hatást érve el. Látható, hogy a PLC vezérlő technológia alkalmazása az intelligens feszültség-stabilizálóban hatékonyan valósítható meg a feszültség automatikus észlelése és szabályozása, gyorsítva a feszültség-szabályozási sebességet, és a valós működés relatíve egyszerű. Továbbá, a feszültség szabályozása során nem keletkezik feszültségugrás, és a felsőbb rendű számítógép valós időben figyelheti az eszköz különböző működési állapotait, ami nagy szerepet játszik az átalakítók és elszállási állomások átalakításában és kezelésében.