Analisis Aplikasi Teknologi Kontrol PLC dalam Penyesuai Tegangan Listrik Cerdas

Saat mengevaluasi kualitas daya, tegangan adalah faktor pengaruh yang sangat penting. Kualitas tegangan biasanya dinilai dengan mengukur deviasi tegangan, fluktuasi, distorsi gelombang, dan simetri tiga fase—dengan deviasi tegangan menjadi indikator paling penting. Untuk memastikan kualitas tegangan yang tinggi, penyesuaian tegangan umumnya diperlukan. Saat ini, metode paling luas digunakan dan efektif untuk penyesuaian tegangan melibatkan penyesuaian tap changer pada transformator daya.

Makalah ini terutama mengintegrasikan teknologi PLC dan mikrokomputer untuk merancang dan menganalisis regulator tegangan daya cerdas, akhirnya mencapai penyesuaian tegangan yang cepat sambil menghindari lonjakan tegangan sementara selama proses penyesuaian.

1. Prinsip Kerja dan Fitur Utama Regulator Tegangan Daya Cerdas

1.1 Prinsip Kerja Utama

Regulator tegangan daya cerdas terdiri dari unit utama dan unit pendukung. Unit utama terdiri dari kapasitor primer dan sekunder bersama dengan transformator penyesuaian, memungkinkan kompensasi daya reaktif dan penyesuaian tegangan otomatis.

Unit pendukung termasuk satu unit kontrol cerdas dan tiga unit penyesuaian eksekusi. Unit kontrol cerdas menghasilkan dan mentransmisikan perintah kontrol, yang diterima secara nirkabel oleh unit eksekusi untuk memungkinkan penyesuaian tegangan real-time pada jalur distribusi.

Sebagai komponen inti, unit kontrol cerdas menentukan tingkat otomatisasi, kecerdasan, dan akurasi penyesuaian perangkat. Ini memantau dengan tepat tegangan feeder, menghasilkan perintah yang sesuai, dan mengirimkannya ke modul kontrol tap changer untuk menjaga tegangan feeder pada setpoint target. Fungsi utamanya termasuk:

• Pemantauan dan kontrol tegangan feeder secara real-time—mengoreksi segera setiap penyimpangan;

• Pemantauan dan kontrol arus beban output secara real-time;

• Memberikan fungsi perlindungan terhadap kondisi undervoltage, overcurrent, dan overheating.

1.2 Fitur Utama

Regulator tegangan daya cerdas menawarkan keuntungan berikut:

• Fungsi ganda: Memberikan kompensasi daya reaktif dan penyesuaian tegangan secara bersamaan. Selama penyesuaian tegangan, juga sebagian mengkompensasi daya reaktif jaringan, meningkatkan faktor daya, mencegah kerusakan jalur, meningkatkan kapasitas beban jaringan, dan memastikan kualitas tegangan. Selain itu, dapat memonitor tegangan dan arus tiga fase.

• Struktur dioptimalkan dan ramah lingkungan: Desain menggunakan isolasi bertingkat untuk meningkatkan kekuatan dielektrik. Transmisi data antara unit kontrol dan eksekusi menggunakan isolasi tegangan, memungkinkan transfer sinyal tanpa minyak. Semua sensor tegangan dan arus diintegrasikan secara internal, menghilangkan kebutuhan akan trafo potensial atau arus eksternal—meningkatkan keandalan, stabilitas, dan kemudahan instalasi.

• Penyesuaian tegangan cerdas: Mengukur posisi tap secara otomatis berdasarkan ambang batas yang ditentukan pengguna dan mengoreksi pengaturan yang tidak akurat untuk memastikan operasi jaringan yang stabil.
  Operasi tap changer tanpa perawatan: Dengan menghubungkan transformator penyesuaian secara seri dengan kapasitor kompensasi reaktif, arus pendek selama penyesuaian tegangan tetap rendah, meminimalkan dampak operasional.

• Perlindungan cerdas: Memantau beban jalur dan suhu transformator secara terus-menerus; keluar dari mode penyesuaian secara otomatis saat mendeteksi anomali dan melanjutkan operasi setelah kondisi normal kembali.

• Pencatatan data real-time: Unit kontrol mencatat dengan tepat tegangan, arus, dan jumlah perubahan tap sebelum dan setelah setiap peristiwa penyesuaian.

• Komunikasi nirkabel yang efisien: Data di tempat dapat dibaca langsung, dan parameter penyesuaian (misalnya, interval waktu, ambang batas tegangan) dapat disesuaikan jarak jauh—mempermudah operasi.

• Dengan biaya yang efisien, keandalan, dan keamanan, regulator tegangan daya cerdas sangat cocok untuk diterapkan secara luas di jaringan daya pedesaan, secara signifikan mengurangi masalah deviasi tegangan.

2. Aplikasi Teknologi Kontrol PLC dalam Desain Perangkat Keras Regulator Tegangan Daya Cerdas

Berdasarkan persyaratan fungsional dan spesifikasi teknis regulator tegangan daya cerdas, arsitektur perangkat kerasnya digambarkan dalam Gambar 1.

2.1 Pengaturan Sistem Mikrokontroler Dasar

Sistem mikrokontroler dasar terutama mengadopsi komputer pribadi industri (IPC), menggunakan kartu CPU model All2In2One dengan memori 256MB, memiliki dua interface seri dan satu paralel. Selain itu, menggunakan chip akselerasi grafis yang kompatibel dengan PCI2S3, dengan ukuran kartu grafis berkisar antara 1 hingga 2MB. Untuk meningkatkan keandalan sistem, komponen daya rendah digunakan untuk mengurangi konsumsi arus.

2.2 Konfigurasi Saluran Input

Selama pengaturan saluran input, sinyal input diidentifikasi sebagai sinyal sekunder dari trafo tegangan dan arus. Sinyal-sinyal ini menjalani kondisioner sebelum dikonversi melalui ADC untuk dimasukkan ke MCU. Sirkuit kondisioner sinyal terutama terdiri dari trafo arus dan tegangan serta op-amp tiga tahap. Trafo arus dan tegangan secara efektif mengubah tegangan dan arus yang tinggi menjadi lebih kecil dengan presisi dan linieritas yang baik. Op-amp tiga tahap memperbesar sinyal-sinyal yang telah dikonversi dan diperbaiki tersebut.

2.3 Konfigurasi Unit Kontrol PLC

Untuk penyesuaian tegangan listrik pintar ini, dipilih PLC seri FP1 Panasonic, yang menawarkan kapasitas program hingga 5000 langkah, perintah operasi sederhana, dan fungsi komprehensif. Ini juga menggunakan kabel pasangan terbelit RS485, mencapai laju transmisi 100bps dan memungkinkan jaringan hingga 32 PLC dalam jangkauan 1200 meter. Model PLC ini memiliki kemampuan pemantauan yang luar biasa, mampu memantau diagram tangga dan timing dinamis secara real-time untuk memastikan penyesuaian tegangan yang lancar.

2.4 Konfigurasi Saluran Keluaran

Saluran keluaran mengadopsi metode keluaran logis. Untuk mencapai penyesuaian tegangan yang stabil melalui tegangan beralih minimal dan arus crossover, diperlukan pemicuan zero-crossing, serta pengaturan saklar elektronik tanpa kontak.

3. Aplikasi Teknologi Kontrol PLC dalam Desain Perangkat Lunak Penyesuaian Tegangan Listrik Pintar

3.1 Proses Operasi Spesifik Program

Setelah menyalakan dan menginisialisasi penyesuaian tegangan listrik pintar, prosedur inisialisasi dan pemeriksaan diri harus dilakukan. Setelah pemeriksaan diri berhasil, ditentukan apakah perangkat berada dalam mode operasi atau mode konfigurasi. Dalam mode konfigurasi, parameter dapat diatur menggunakan keyboard dengan memasuki menu setup, memilih pengaturan spesifik, dan menyesuaikan nilai dengan tombol naik/turun. Dalam mode operasi, sampling dan penyaringan digital terjadi, diikuti oleh pemilihan metode penyesuaian tegangan yang sesuai:

• Regulasi Otomatis: Menjalankan program yang sesuai untuk menilai apakah tegangan berada dalam rentang yang ditentukan. Jika ya, tidak diperlukan penyesuaian; jika tidak, penyesuaian dilakukan untuk membawa tegangan kembali ke batas.

• Regulasi Manual: Operasi manual melalui tombol panel menyesuaikan tingkat tegangan. Setelah menyelesaikan penyesuaian tegangan, program tampilan menunjukkan tegangan sekunder transformator dan nilai arus, serta tindakan regulator harian, memastikan operasi berkelanjutan.

3.2 Algoritma Spesifik untuk Kontrol Program

Untuk memenuhi persyaratan deviasi tegangan pengguna, aplikasi efektif dari algoritma kontrol sangat penting. Ini melibatkan perhitungan nilai independen dari titik waktu sampel dari set data diskrit melalui operasi matematika, membandingkannya dengan spesifikasi desain, dan melakukan operasi logika untuk penyesuaian tap changer. Rumus perhitungan untuk mengukur arus, tegangan, dan daya aktif adalah sebagai berikut:

(Catatan: Rumus spesifik untuk pengukuran arus, tegangan, dan daya aktif tidak disediakan dalam teks Anda, tetapi biasanya melibatkan perhitungan teknik listrik standar seperti hukum Ohm, perhitungan faktor daya, dll.)

Deskripsi ini memberikan penjelasan rinci tentang cara kerja penyesuaian tegangan listrik pintar, konfigurasi hardwarenya, dan proses perangkat lunak yang terlibat dalam menjaga penyesuaian tegangan optimal.

Dalam rumus, i(k) dan u(k) masing-masing mewakili nilai sampel arus ke-k dan nilai sampel tegangan. Berdasarkan ini, kuantitas lain seperti Q dan cosφ dapat diturunkan dan dihitung.

4. Kesimpulan

Melalui pengujian penyesuaian tegangan listrik pintar, makalah ini menemukan bahwa perangkat dapat menyesuaikan tegangan secara efektif dalam waktu singkat, menghindari masalah seperti lonjakan dan hubungan pendek, memastikan stabilitas penyesuaian tegangan, dan mencapai efek penyesuaian tegangan yang relatif ideal. Dapat dilihat bahwa aplikasi teknologi kontrol PLC dalam penyesuaian tegangan listrik pintar dapat secara efektif merealisasikan deteksi dan penyesuaian tegangan otomatis, mempercepat kecepatan penyesuaian tegangan, dan operasi sebenarnya relatif sederhana. Selain itu, tidak terjadi lonjakan selama penyesuaian tegangan, dan komputer atas dapat memantau berbagai keadaan kerja perangkat secara real-time, yang berperan besar dalam transformasi dan manajemen substation dan stasiun distribusi.