지능형 전력 전압 조정기에서의 PLC 제어 기술 응용 분석

전력 품질을 평가할 때 전압은 중요한 영향 요소입니다. 전압 품질은 일반적으로 전압 편차, 변동, 파형 왜곡, 세상 대칭성 측정을 통해 평가되며, 전압 편차가 가장 중요한 지표입니다. 높은 전압 품질을 보장하기 위해서는 전압 조정이 일반적으로 필요합니다. 현재 가장 널리 사용되고 효과적인 전압 조정 방법은 전력 변압기의 탭 체인저를 조정하는 것입니다.

본 논문은 주로 PLC 및 마이크로컴퓨터 기술을 통합하여 지능형 전력 전압 조정기를 설계하고 분석하여, 조정 과정에서 일시적인 전압 급증을 피하면서 빠른 전압 조정을 달성합니다.

1. 지능형 전력 전압 조정기의 작동 원리와 주요 특징

1.1 주요 작동 원리

지능형 전력 전압 조정기는 주 단위와 보조 단위로 구성됩니다. 주 단위는 일차 및 이차 커패시터와 조정 변압기를 포함하며, 무효 전력 보상과 자동 전압 조정을 가능하게 합니다.

보조 단위는 하나의 지능형 제어 단위와 세 개의 실행 조정 단위로 구성됩니다. 지능형 제어 단위는 제어 명령을 생성하고 전송하며, 실행 단위는 무선으로 이를 수신하여 배전 선路上的指示似乎被截断了。根据您的要求，我将继续翻译剩余的部分至韩语。以下是完整的翻译： ```html

보조 단위는 하나의 지능형 제어 단위와 세 개의 실행 조정 단위로 구성됩니다. 지능형 제어 단위는 제어 명령을 생성하고 전송하며, 실행 단위는 무선으로 이를 수신하여 배전 선로에서 실시간 전압 조정을 가능하게 합니다.

중심 구성 요소인 지능형 제어 단위는 장치의 자동화 수준, 지능, 조정 정확도를 결정합니다. 피더 전압을 정밀하게 모니터링하고 적절한 명령을 생성하여 탭 체인저 제어 모듈에 전송하여 피더 전압을 목표 설정값으로 유지합니다. 주요 기능은 다음과 같습니다:

• 피더 전압의 실시간 모니터링 및 제어—즉시 편차를 교정;

• 출력 부하 전류의 실시간 모니터링 및 제어;

• 저전압, 과전류, 과열 상태에 대한 보호 기능 제공.

1.2 주요 특징

지능형 전력 전압 조정기는 다음과 같은 장점을 제공합니다:

• 이중 기능: 무효 전력 보상과 전압 조정을 동시에 제공합니다. 전압 조정 중에도 그리드의 무효 전력을 부분적으로 보상하여 전력 인자를 개선하고, 선로 손상을 방지하며, 그리드의 부하 용량을 향상시키고, 전압 품질을 보장합니다. 또한, 세 상 전압 및 전류를 모니터링할 수 있습니다.

• 최적화된 친환경 구조: 그레이디드 절연을 사용하여 유전 강도를 증가시킵니다. 제어 단위와 실행 단위 간의 데이터 전송은 전압 격리를 사용하여 오일 없는 신호 전송을 가능하게 합니다. 모든 전압 및 전류 센서는 내부에 통합되어 있어 외부 전위 또는 전류 변환기가 필요 없으며, 신뢰성, 안정성, 설치 용이성을 향상시킵니다.

• 지능형 전압 조정: 사용자 정의 임계값에 따라 탭 위치를 자동으로 측정하고, 부정확한 설정을 자동으로 교정하여 안정적인 그리드 운영을 보장합니다.
  유지 보수가 필요 없는 탭 체인저 작동: 조정 변압기를 무효 보상 커패시터와 직렬로 연결하여 전압 조정 중 단락 전류가 낮아져, 운영 영향을 최소화합니다.

• 지능형 보호: 라인 부하와 변압기 온도를 지속적으로 모니터링하고, 이상 감지를 시스템이 자동으로 조정 모드를 종료하고 조건이 정상화되면 다시 작동합니다.

• 실시간 데이터 로깅: 제어 단위는 각 조정 이벤트 전후의 전압, 전류, 탭 변경 횟수를 정확하게 기록합니다.

• 효율적인 무선 통신: 현장 데이터를 직접 읽을 수 있으며, 조정 매개변수(예: 시간 간격, 전압 임계값)를 원격으로 조정할 수 있어 운영을 간소화합니다.

• 높은 비용 효율성, 신뢰성, 안전성을 고려할 때, 지능형 전력 전압 조정기는 농촌 전력망에 광범위하게 배포되기에 적합하며, 전압 편차 문제를 크게 줄일 수 있습니다.

2. PLC 제어 기술의 지능형 전력 전압 조정기 하드웨어 설계에서의 적용

지능형 전력 전압 조정기의 기능 요구 사항 및 기술 사양을 기반으로, 그 하드웨어 아키텍처는 도 1에 표시되어 있습니다.

2.1 마이크로컨트롤러 기본 시스템 설정

마이크로컨트롤러 기본 시스템은 주로 산업용 개인 컴퓨터(IPC)를 채택하며, 256MB 메모리를 갖춘 All2In2One CPU 카드를 사용합니다. 이 카드는 두 개의 직렬 인터페이스와 하나의 병렬 인터페이스를 갖추고 있으며, PCI2S3 호환 그래픽 가속 칩을 사용합니다. 그래픽 카드 크기는 1MB에서 2MB 사이입니다. 시스템 신뢰성을 향상시키기 위해 저전력 구성 요소를 사용하여 전류 소비를 줄입니다.

2.2 입력 채널 구성

입력 채널 설정 중, 입력 신호는 전압 및 전류 변압기로부터의 2차 신호로 식별됩니다. 이러한 신호는 ADC로 변환되기 전에 신호 조건 처리를 거칩니다. 신호 조건 처리 회로는 주로 전류 및 전압 변압기와 3단 오퍼 앰프로 구성됩니다. 전류 및 전압 변압기는 높은 정밀도와 좋은 선형성을 가진 고전압 및 고전류를 작은 값으로 효과적으로 변환합니다. 3단 오퍼 앰프는 이러한 변환 및 정류된 신호를 증폭합니다.

2.3 PLC 제어 장치 구성

이 지능형 전력 전압 조정기에서는 최대 5000 스텝의 프로그램 용량, 간단한 운영 명령 및 포괄적인 기능을 제공하는 Panasonic 시리즈 FP1 PLC가 선택되었습니다. 또한 RS485 트위스티드 페어 케이블을 사용하여 100bps의 전송 속도를 달성하고 1200미터 범위 내에서 최대 32개의 PLC를 네트워킹할 수 있습니다. 이 PLC 모델은 뛰어난 모니터링 기능을 특징으로 하며, 러더 다이어그램과 동적 타이밍을 실시간으로 모니터링하여 원활한 전압 조정을 보장합니다.

2.4 출력 채널 구성

출력 채널은 논리적 출력 방법을 채택합니다. 최소 스위칭 전압과 크로스오버 전류를 통해 안정적인 전압 조정을 달성하기 위해서는 제로크로싱 트리거링이 필요하며, 접촉 없는 전자 스위치를 설정해야 합니다.

3. 지능형 전력 전압 조정기 소프트웨어 설계에서의 PLC 제어 기술 적용

3.1 프로그램의 구체적인 작동 과정

전원을 켜고 지능형 전력 전압 조정기를 시작하면 초기화 및 자체 점검 절차를 수행해야 합니다. 자체 점검이 성공적으로 완료되면 장치가 작동 모드인지 설정 모드인지를 결정합니다. 설정 모드에서는 키보드를 사용하여 설정 메뉴에 들어가 특정 설정을 선택하고 상하 키를 사용하여 값을 조정할 수 있습니다. 작동 모드에서는 샘플링과 디지털 필터링이 이루어지고 적절한 전압 조정 방법을 선택합니다:

• 자동 조정: 해당 프로그램을 실행하여 전압이 지정된 범위 내에 있는지 판단합니다. 그렇다면 조정이 필요하지 않으며, 그렇지 않으면 전압을 제한 범위 내로 조정합니다.

• 수동 조정: 패널 버튼을 통한 수동 조작으로 전압 수준을 조정합니다. 전압 조정이 완료되면 표시 프로그램이 변압기 2차 전압 및 전류 값을 표시하며, 일일 조정기 동작을 보여주어 연속적인 작동을 보장합니다.

3.2 프로그램 제어를 위한 구체적인 알고리즘

사용자의 전압 편차 요구사항을 충족하기 위해 효과적인 제어 알고리즘의 적용이 필수적입니다. 이는 이산 데이터 세트에서 샘플링 시간점과 독립적인 값을 계산하고, 이를 설계 사양과 비교하며, 탭 체인저 조정을 위한 논리 연산을 수행하는 것을 포함합니다. 전류, 전압 및 유효 전력 측정을 위한 계산 공식은 다음과 같습니다:

(참고: 전류, 전압 및 유효 전력 측정을 위한 구체적인 공식은 제공되지 않았지만, 일반적으로 오옴의 법칙, 전력 인자 계산 등 전기 공학의 표준 계산을 포함합니다.)

이러한 설명들은 지능형 전력 전압 조정기의 작동 방식, 하드웨어 구성, 그리고 최적의 전압 조정을 유지하기 위한 소프트웨어 프로세스에 대한 자세한 설명을 제공합니다.

공식에서 i(k)와 u(k)는 각각 k번째 전류 샘플 값과 전압 샘플 값을 나타냅니다. 이러한 값들을 기반으로 Q와 cosφ 등의 다른 양을 도출하고 계산할 수 있습니다.

4. 결론

지능형 전력 전압 조정기의 테스트를 통해 본 논문은 장치가 짧은 시간 내에 전압을 효과적으로 조정할 수 있으며, 서지 및 단락 등의 문제를 피하고 전압 조정의 안정성을 보장하며, 비교적 이상적인 전압 조정 효과를 달성할 수 있음을 발견하였습니다. PLC 제어 기술을 지능형 전력 전압 조정기에 적용하면 전압의 자동 감지 및 조정을 효과적으로 실현할 수 있고, 전압 조정 속도를 가속시키며, 실제 작동은 비교적 간단합니다. 또한, 전압 조정 중에 서지가 발생하지 않으며, 상위 컴퓨터는 장치의 다양한 작업 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있어 변전소 및 배전소의 개조 및 관리에 큰 역할을 합니다.