Анализа на применувањето на технологијата за контрола со ПЛЦ во интелигентни регулатори на напон во електричната мрежа

При оценка на квалитетот на енергијата, напонот е критичен фактор. Квалитетот на напонот обично се проценира со мерење на девиацијата на напонот, флуктуациите, деформацијата на волнова форма и трифазната симетрија - со девиацијата на напонот како најважен индикатор. За да се осигура висок квалитет на напонот, обично се бара регулација на напонот. Тековно, најшироко користениот и ефективен метод за регулација на напонот вклучува промена на тап ченџера на преобразувачите на енергија.

Овој труд главно ги интегрира технологиите PLC и микрорачунарски системи за дизајнирање и анализа на интелигентен регулатор на напонот, со цел да се постигне брзина во регулацијата на напонот, додека се избегнуваат транизорни повисувања на напонот во текот на процесот на регулација.

1. Работна принципа и клучни карактеристики на интелигентниот регулатор на напонот

1.1 Главен работен принцип

Интелигентниот регулатор на напонот се состои од главна единица и помошни единици. Главната единица вклучува основни и второстепени капацитори заедно со преобразувач за регулација, што овозможува компензација на реактивна моќ и автоматска регулација на напонот.

Помошните единици вклучуваат еден интелигентен контролен модул и три исполнителни модули за прилагодба. Интелигентниот контролен модул генерира и пренесува команди за контрола, кои се примираат безжички од страна на исполнителните модули за да се овозможи реално време регулација на напонот на дистрибутивната линија.

Како основен компонент, интелигентниот контролен модул одредува ниво на аутоматизација, интелигенција и точност на регулација на уредот. Точката ја мониторира напонот на фидерот, генерира соодветни команди и ги испраќа до модулот за контрола на тап ченџера за да се одржи напонот на фидерот на целевата вредност. Неговите главни функции вклучуваат:

• Реално време мониторинг и контрола на напонот на фидерот - брзо исправување на отклонувањата;

• Реално време мониторинг и контрола на излезната токова тежина;

• Преземање на заштитни функции против недостаток на напон, прекомерен ток и прекомерна температура.

1.2 Клучни карактеристики

Интелигентниот регулатор на напонот нуди следниве предности:

• Двојна функционалност: Исто така, тоа нуди компензација на реактивна моќ и регулација на напонот. Во текот на регулацијата на напонот, тоа исто така делично компензува реактивната моќ на мрежата, подобрува факторот на моќ, спречува повреди на линиите, подобрува капацитетот на оптерање на мрежата и гарантира квалитет на напонот. Покрај тоа, може да мониторира трифазен напон и ток.

• Оптимизирана и еколошка структура: Дизајнот користи класифицирана изолација за зголемување на диелектрична јачина. Преносот на податоци меѓу контролните и исполнителните модули користи изолација на напон, овозможувајќи пренос на сигнали без масло. Сите сензори за напон и ток се интегрирани внатрешно, елиминирајќи потребата од надворешни потенцијални или токови преобразувачи - зголемувајќи надежноста, стабилноста и лесната инсталација.

• Интелигентна регулација на напонот: Автоматски мери позиции на тап ченџер според зададени прагови и самокоригира неточни подесувања за да се гарантира стабилна работа на мрежата.
  Безподдршка работа на тап ченџер: Со поврзување на преобразувачот за регулација во серија со капацитори за компензација на реактивна моќ, токовите на кратко поврзување во текот на регулацијата на напонот остануваат ниски, минимизирајќи оперативниот утврдување.

• Интелигентна заштита: Константно мониторира оптерањето на линијата и температурата на преобразувачот; автоматски излегува од режимот на регулација кога се детектираат аномалии и продолжува работа кога условите се нормализираат.

• Реално време записување на податоци: Контролниот модул точно запишува напон, ток и бројот на промени на тап ченџер пред и после секое регулација.

• Ефикасна безжична комуникација: Податоците на местото можат да се прочитаат директно, а параметрите за регулација (на пример, временски интервали, прагови за напон) можат да се прилагодаат оддалечено - попростувајќи операцијата.

• Затоа што е со висока цена-польза, надежност и безбедност, интелигентниот регулатор на напонот е добро прилажен за широко применување во селски електрични мрежи, значајно намалувајќи проблемите со девиација на напонот.

2. Примена на технологијата за контрола на PLC во хардверскиот дизајн на интелигентниот регулатор на напонот

На база на функционалните барања и техничките спецификации на интелигентниот регулатор на напонот, неговата хардверска архитектура е прикажана на Слика 1.

2.1 Поставување на основниот систем на микроконтролерот

Основниот систем на микроконтролерот главно го користи индустриски личен рачунар (IPC), со користење на CPU карта наречена All2In2One со 256MB меморија, со две серијски и една паралелна интерфејс. Покрај тоа, користи PCI2S3-компатибилен чип за графичко забрзане, со големина на графичката карта од 1 до 2MB. За да се зголеми надежноста на системот, се користат компоненти со ниска мощност за намалување на потрошувачката.

2.2 Конфигурација на входните канал

Во текот на поставувањето на входните канал, входните сигнали се идентификуваат како вторични сигнали од преобразувачите на напон и ток. Овие сигнали се обработуваат пред да се конвертираат преку ADC за внес во MCU. Циркуитот за обработка на сигнали главно се состои од преобразувачи на ток и напон заедно со тростепен операционен амплификатор. Преобразувачите на ток и напон ефикасно ги конвертираат високите напони и токови во помали со висока точност и добра линеарност. Тристепениот операционен амплификатор ги амплифицира овие конвертирани и правоугулене сигнали.

2.3 Конфигурација на контролниот јазол PLC

За овој интелигентен регулатор на напонот, избран е сериски Panasonic FP1 PLC, што нуди до 5000 чекори на капацитет за програма, прости команди за работа и комплетна функционалност. Тоа исто така се користат RS485 скрсени парови кабели, со достигнување на трансферна брзина од 100bps и овозможува мрежирање на до 32 PLC-и во опсег од 1200 метри. Овој модел PLC има одлични капацитети за надзор, способен да прави реално време на надзор на дијаграмите лесница и динамичко времеуредување за осигурување на гладко регулирање на напонот.

2.4 Конфигурација на излезните канал

Излезните канал избираат логички начин на излез. За постигнување на стабилно регулирање на напонот преку минимален превклучувачки напон и преминување на строј, потребно е активирање на тригерот на нулата, заедно со поставувањето на контактни електронски превклучувачи.

3. Примена на технологијата PLC контрола во дизајнот на софтверот на интелигентниот регулатор на напонот

3.1 Специфичен оперативен процес на програмата

После подесување на напонот и иницијализација на интелигентниот регулатор на напонот, мора да се провежат процедури за иницијализација и само-проверка. По успешна само-проверка, се определува дали уредот е во режим на работа или конфигурација. Во режим на конфигурација, параметрите можат да се подесат со користење на тастатура со влез во менито за подесување, избор на специфични подесувања и прилагодување на вредности со горни/долните клучи. Во режим на работа, се случува примерок и дигитален филтер, следејќи со избор на соодветни методи за регулирање на напонот:

• Аутоматско регулирање: Изведува соодветни програми за судење дали напонот е во зададениот опсег. Ако е така, не е потребно промена; во спротивно, се прават прилагодби за враќање на напонот во границите.

• Ручно регулирање: Ручни операции преку копчета на панелот прилагодуваат нивоа на напонот. Постојано работен режим се осигурува со прикажување на вторичен напон и струја на трансформаторот, како и дејства на регулаторот секој ден, после завршување на прилагодба на напонот.

3.2 Специфичен алгоритам за контрола на програмата

За да се исполнат потребите на корисниците за девијација на напонот, е суштинска ефективна примена на алгоритми за контрола. Тоа вклучува пресметување на вредности независни од временските точки на примероци од дискретни сетови податоци преку математички операции, споредба со дизајнерските спецификации и извршување на логички операции за прилагодба на тап чангери. Формули за пресметување на струја, напон и активна мощност се следниве:

(Забелешка: Специфичните формули за пресметување на струја, напон и активна мощност не се обезбедени во вашиот текст, но типични се стандардни инженерски пресметки како законот на Ом, пресметки на факторот на мощност, итн.)

Овие описи даваат детален објаснување за тоа како функционира интелигентниот регулатор на напонот, неговата хардверска конфигурација, и софтверските процеси вклучени во одржувањето на оптимално регулирање на напонот.

Во формулите, i(k) и u(k) претставуваат k-тиот примерок на струја и напон, соодветно. На основа на овие, други количества како Q и cosφ можат да се изведат и пресметаат.

4. Заклучок

Кроз тестиранието на интелигентниот регулатор на напонот, овој труд открива дека уредот може ефективно да регулира напонот во краток период, избегнувајќи проблеми како сурги и кратки поврзувања, осигурувајќи стабилност на регулирање на напонот, и постигнувајќи релативно идеален ефект на регулирање на напонот. Може да се види дека примената на технологијата PLC контрола во интелигентниот регулатор на напонот може ефективно да реализира автоматско детектирање и регулирање на напонот, да забрза брзината на регулирање на напонот, и практичната работа е релативно едноставна. Повеќе од тоа, нема сурги во текот на регулирањето на напонот, и горниот компјутер може да ги мониторира различните работни состојби на уредот во реално време, што игра голема улога во трансформацијата и управувањето на трансформаторни станции и распределителни станции.