Analyse van de toepassing van PLC-besturingstechnologie in intelligente elektrische spanningregelaars

Bij de beoordeling van elektriciteitskwaliteit is spanning een cruciale invloedrijke factor. De kwaliteit van de spanning wordt doorgaans beoordeeld door het meten van spanningsschommelingen, fluctuaties, golfvormvervorming en driefase symmetrie—waarbij spanningsschommelingen het belangrijkste indicatoren zijn. Om een hoge spanningkwaliteit te waarborgen, is regulatie van de spanning in het algemeen vereist. Momenteel is de meest wijdverspreide en effectieve methode voor spanningregulatie het aanpassen van de tapchanger van elektriciteitsverdelertransformatoren.

Dit artikel integreert voornamelijk PLC- en microcomputertechnologieën om een intelligente stroomspanningsregelaar te ontwerpen en analyseren, waarmee uiteindelijk snelle spanningregulatie wordt bereikt terwijl tijdelijke spanningsschommelingen tijdens het regelproces worden vermeden.

1. Werkingsprincipe en belangrijkste kenmerken van de intelligente stroomspanningsregelaar

1.1 Hoofdwerkingsprincipe

De intelligente stroomspanningsregelaar bestaat uit een hoofdeenheid en hulpstukken. De hoofdeenheid omvat primaire en secundaire condensatoren samen met een regulerende transformatoren, waardoor zowel reactieve vermogenscompensatie als automatische spanningregulatie mogelijk is.

De hulpstukken omvatten één intelligente controle-eenheid en drie uitvoeringsregelingsunits. De intelligente controle-eenheid genereert en verzendt controlecommando's, die draadloos door de uitvoeringsunits worden ontvangen om real-time spanningregulatie op de distributielijn mogelijk te maken.

Als kerncomponent bepaalt de intelligente controle-eenheid het automatiseringniveau, de intelligentie en de regelaccurate van het apparaat. Het monitort nauwkeurig de spanningsvoeding, genereert passende commando's en stuurt deze naar het tapchangercontrolemodule om de spanningsvoeding op het doelsetpoint te handhaven. De belangrijkste functies omvatten:

• Real-time monitoring en controle van voederlijnspanning—prompt corrigeren van eventuele afwijkingen;

• Real-time monitoring en controle van uitvoerbelastingstroom;

• Verlenen van beschermingsfuncties tegen onder- en overspanning, overstroming en oververhitting.

1.2 Belangrijkste kenmerken

De intelligente stroomspanningsregelaar biedt de volgende voordelen:

• Dubbele functionaliteit: Het levert tegelijkertijd reactieve vermogenscompensatie en spanningregulatie. Tijdens de spanningaanpassing compenseert het ook gedeeltelijk het netreactieve vermogen, verbetert de vermogensfactor, voorkomt lijnschade, verhoogt de belastbaarheid van het net en zorgt voor spanningkwaliteit. Bovendien kan het driefasespanning en -stroom monitoren.

• Geoptimaliseerde en milieuvriendelijke structuur: Het ontwerp maakt gebruik van gestructureerde isolatie om de diëlektrische sterkte te verhogen. Gegevensoverdracht tussen de controle- en uitvoeringsunits maakt gebruik van spanningisolatie, waardoor signaaloverdracht zonder olie mogelijk is. Alle spanning- en stroomsensoren zijn intern geïntegreerd, waardoor externe potentiaal- of stroomtransformatoren niet nodig zijn—wat betrouwbaarheid, stabiliteit en eenvoudige installatie verhoogt.

• Intelligente spanningregulatie: Het meet automatisch tapposities op basis van door de gebruiker gedefinieerde drempels en corrigeert onjuiste instellingen zelf om stabiele netwerkbedrijfsvoering te waarborgen.
  Onderhoudsarme tapchangeroperatie: Door de regulerende transformatoren in serie te verbinden met reactieve compensatiecondensatoren blijven kortsluitstroom tijdens de spanningaanpassing laag, waardoor de bedrijfsimpact wordt geminimaliseerd.

• Intelligente bescherming: Continu monitort het lijnbelasting en transformatortemperatuur; gaat automatisch uit regelmodus bij het detecteren van anomalieën en herneemt de operatie zodra de omstandigheden normaal zijn.

• Real-time datalogging: De controle-eenheid registreert nauwkeurig de spanning, stroom en het aantal tapwijzigingen voor en na elke regelgebeurtenis.

• Efficiënte draadloze communicatie: Ter plaatse kunnen gegevens direct worden gelezen, en regelparameters (bijvoorbeeld tijdsintervallen, spanningdrempels) kunnen op afstand worden aangepast—wat de bediening vereenvoudigt.

• Gezien de hoge kosteneffectiviteit, betrouwbaarheid en veiligheid, is de intelligente stroomspanningsregelaar geschikt voor wijdverspreide inzet in landelijke elektriciteitsnetwerken, wat significant bijdraagt aan de vermindering van spanningsschommelingen.

2. Toepassing van PLC-controletechnologie in het hardwareontwerp van de intelligente stroomspanningsregelaar

Op basis van de functionele vereisten en technische specificaties van de intelligente stroomspanningsregelaar, wordt de hardwarearchitectuur weergegeven in Figuur 1.

2.1 Opzet van het microcontrollerbasisysteem

Het microcontrollerbasisysteem maakt voornamelijk gebruik van een industriële persoonlijke computer (IPC), met een CPU-kaart genaamd All2In2One met 256MB geheugen, met twee seriële en één parallelle interface. Daarnaast maakt het gebruik van een PCI2S3-compatibele grafische versnellerchip, met de grafische kaartgrootte variërend van 1 tot 2MB. Om de betrouwbaarheid van het systeem te verhogen, worden lage energiecomponenten gebruikt om de stroomverbruik te verminderen.

2.2 Configuratie van ingangskanalen

Tijdens de opzet van ingangskanalen worden ingangssignalen geïdentificeerd als secundaire signalen van spanning- en stroomtransformatoren. Deze signalen ondergaan voorwaartsconditionering voordat ze via ADC worden omgezet voor invoer in de MCU. Het signaalconditioneringcircuit bestaat voornamelijk uit stroom- en spanningtransformatoren samen met een drietraps operationele versterker. Stroom- en spanningtransformatoren zetten efficiënt hoge spanningen en stromen om in kleinere met hoge precisie en goede lineariteit. De drietraps opamp versterkt deze omgezette en gerectificeerde signalen.

2.3 Configuratie van PLC-besturingseenheid

Voor deze slimme stroomspanningsregelaar is een Panasonic series FP1 PLC geselecteerd, die tot 5000 stappen aan programma-capaciteit biedt, eenvoudige bedieningscommando's en uitgebreide functionaliteit. Het maakt ook gebruik van RS485 twisted pair kabels, waarmee een overdrachtsnelheid van 100 bps wordt bereikt en het netwerken van maximaal 32 PLC's binnen een bereik van 1200 meter mogelijk wordt. Dit PLC-model heeft uitstekende monitoringcapaciteiten, waardoor ladderdiagrammen en dynamische timing in real-time kunnen worden bewaakt om soepel spanningsregeling te garanderen.

2.4 Configuratie van uitvoerkanalen

Uitvoerkanalen maken gebruik van logische uitvoermethoden. Om stabiele spanningsregeling te bereiken met minimale schakelspanning en kruistromen, is nulpunttriggering vereist, evenals het instellen van contactloze elektronische schakelaars.

3. Toepassing van PLC-besturingstechnologie in de softwareontwerp van slimme stroomspanningsregelaar

3.1 Specifiek operatieproces van het programma

Na het inschakelen en opstarten van de slimme stroomspanningsregelaar moeten initialisatie- en zelftestprocedures worden uitgevoerd. Bij een succesvolle zelftest wordt bepaald of het apparaat zich in bedrijfsmodus of configuratiemodus bevindt. In de configuratiemodus kunnen parameters worden ingesteld door middel van een toetsenbord, waarbij het setupmenu wordt ingegaan, specifieke instellingen worden geselecteerd en waarden worden aangepast met behulp van op/omhoogknoppen. In bedrijfsmodus vinden sampling en digitaal filter plaats, gevolgd door het kiezen van passende spanningsregelingsmethoden:

• Automatische regeling: Voert overeenkomstige programma's uit om te beoordelen of de spanning binnen het gespecificeerde bereik zit. Zo ja, dan is geen aanpassing nodig; zo niet, dan worden aanpassingen gedaan om de spanning terug te brengen naar binnen de grenzen.

• Handmatige regeling: Handmatige bewerkingen via paneelknoppen stellen de spanning in. Na het volttooien van de spanningaanpassingen tonen weergaveprogramma's de secundaire transformatorspanning en -stroomwaarden, evenals de dagelijkse regelaaracties, waardoor continu bedrijf wordt verzekerd.

3.2 Specifiek algoritme voor programmacontrole

Om aan de gebruikersvereisten voor spanningsscheefstand te voldoen, is de effectieve toepassing van controlealgoritmen essentieel. Dit houdt in dat waarden onafhankelijk van geteste tijdstippen van discrete datasets worden berekend via wiskundige operaties, vergeleken met ontwerpspecificaties, en logische operaties worden uitgevoerd voor de tap changer-aanpassingen. De berekeningsformules voor het meten van stroom, spanning en actief vermogen zijn als volgt:

(Opmerking: De specifieke formules voor stroom-, spanning- en actieve vermogensmeting werden niet in uw tekst vermeld, maar omvatten doorgaans standaard elektrotechnische berekeningen zoals Ohm's wet, vermogensfactorberekeningen, etc.)

Deze beschrijvingen geven een gedetailleerde uitleg van hoe de slimme stroomspanningsregelaar werkt, zijn hardwareconfiguratie, en de softwareprocessen die betrokken zijn bij het handhaven van optimale spanningsregeling.

In de formules vertegenwoordigen i(k) en u(k) respectievelijk de k-de stroomsteekproefwaarde en de spanningsteekproefwaarde. Op basis hiervan kunnen andere grootheden zoals Q en cosφ worden afgeleid en berekend.

4. Conclusie

Via het testen van de slimme stroomspanningsregelaar concludeert dit artikel dat het apparaat in korte tijd de spanning effectief kan aanpassen, problemen zoals pieken en kortsluitingen kan voorkomen, de stabiliteit van de spanningsregeling garandeert, en een relatief ideaal spanningsregelingsresultaat bereikt. Het blijkt dat de toepassing van PLC-besturingstechnologie in de slimme stroomspanningsregelaar automatische detectie en regeling van de spanning effectief kan realiseren, de snelheid van spanningsregeling kan versnellen, en dat de feitelijke bediening relatief eenvoudig is. Bovendien treedt er tijdens de spanningaanpassing geen piek op, en de bovenliggende computer kan verschillende werktoestanden van het apparaat in real time monitoren, wat een grote rol speelt in de transformatie en beheer van onderstations en distributiestations.