Analyse av PLC-kontrollteknikkens anvendelse i intelligente strømspenningsregulatører

Når man vurderer strømkvalitet, er spenning en kritisk påvirkende faktor. Spenningens kvalitet vurderes vanligvis ved å måle spenningsavvik, fluktuasjoner, bølgeformforvrenging og trefase symmetri—med spenningsavvik som den mest viktige indikatoren. For å sikre høy spenningkvalitet, kreves generelt spenningregulering. I dag er den mest utbredte og effektive metoden for spenningregulering å justere tapendekteren på strømtransformatorer.

Dette artikkelen integrerer hovedsakelig PLC- og mikrodatateknologi for å designe og analysere en intelligent strømspenningregulator, med det endelige målet å oppnå rask spenningregulering samtidig som man unngår midlertidige spenningsstøt under justeringsprosessen.

1. Arbeidsprinsipp og nøkkelfunksjoner til den intelligente strømspenningregulatoren

1.1 Hovedarbeidsprinsipp

Den intelligente strømspenningregulatoren består av et hovedenhet og hjelpeenheter. Hovedenheten inneholder primære og sekundære kondensatorer sammen med en regulerende transformator, noe som gjør det mulig for både reaktiv effektkompensasjon og automatiske spenningregulering.

Hjelpeenheter inkluderer én intelligent kontrollenhet og tre eksekverende justeringsenheter. Den intelligente kontrollenheten genererer og sender kontrollkommandoer, som mottas trådløst av eksekverende enheter for å muliggjøre sanntidspenningregulering på distribusjonslinjen.

Som kjernen komponent, bestemmer den intelligente kontrollenheten enhetens automatiseringsnivå, intelligens og reguleringssikkerhet. Den overvåker nøyaktig spenningen i feederen, genererer passende kommandoer, og sender dem til tapendekterkontrollmodulen for å holde feederens spenning på målsetpunktet. Dets hovedfunksjoner inkluderer:

• Sanntidsovervåking og -kontroll av feederens spenning—rask korrigering av eventuelle avvik;

• Sanntidsovervåking og -kontroll av utgangslaststrøm;

• Forsyning av beskyttelsesfunksjoner mot lavspenning, overstrømning og overoppvarming.

1.2 Nøkkelfunksjoner

Den intelligente strømspenningregulatoren har følgende fordeler:

• Dobbelt funksjon: Den gir både reaktiv effektkompensasjon og spenningregulering. Under spenningjustering delvis kompenserer den også nettets reaktive effekt, forbedrer effektfaktoren, forebygger linjeskader, øker nettlastkapasiteten og sikrer spenningkvaliteten. I tillegg kan den overvåke trefase spenning og strøm.

• Optimalisert og miljøvennlig struktur: Designet bruker gradert isolasjon for å øke dielektrisk styrke. Dataoverføring mellom kontroll- og eksekverende enheter bruker spenningisolering, noe som muliggjør oljefri signaloverføring. Alle spenning- og strømsensorer er integrert internt, noe som eliminerer behovet for eksterne potensielle eller strømtransformatorer—øker pålitelighet, stabilitet og lett installasjon.

• Intelligent spenningregulering: Den måler automatisk tapposisjoner basert på brukerdefinerte terskler og selvretter usikre innstillinger for å sikre stabil nettoperasjon.
  Vedlikeholdsfri tapendekteroperasjon: Ved å koble regulerende transformator i serie med reaktive kompensasjonskondensatorer, forbli kortslutningsstrømmene under spenningjustering lave, minimerer operasjonsinnvirkning.

• Intelligent beskyttelse: Overvåker konstant linjelast og transformator temperatur; går automatisk ut av reguleringmodus ved oppdagelse av anormaliteter og gjenopptar operasjon når betingelsene normaliseres.

• Sanntidsprotokollering: Kontrolleenheten registrerer nøyaktig spenning, strøm og antall tapendekterendringer før og etter hver reguleringshending.

• Effektiv trådløs kommunikasjon: Påstedsdata kan leses direkte, og reguleringsparametre (som tidsintervaller, spenningsgrenser) kan justeres eksternt—forenkler operasjon.

• Gitt dens høye kostnadseffektivitet, pålitelighet og sikkerhet, er den intelligente strømspenningregulatoren godt egnet for bred anvendelse i landlige strømnett, noe som betydelig reduserer spenningsavvik.

2. Anvendelse av PLC-kontrollteknologi i hardware-designet av den intelligente strømspenningregulatoren

Basert på funksjonell krav og tekniske spesifikasjoner til den intelligente strømspenningregulatoren, illustreres dens hardwarearkitektur i figur 1.

2.1 Oppsett av mikrokontrollerbasissystemet

Mikrokontrollerbasissystemet bruker hovedsakelig en industriell personlig datamaskin (IPC), med en CPU-kort modell navngitt All2In2One med 256MB minne, og to serielle og en parallell grensesnitt. I tillegg bruker det en PCI2S3-kompatibel grafikkakselereringschip, med grafikkort størrelse fra 1 til 2MB. For å forbedre systemets pålitelighet, brukes lavstrømkomponenter for å redusere strømforbruk.

2.2 Konfigurasjon av inngangskanaler

Under oppsettet av inngangskanaler, identifiseres inngangssignaler som sekundære signalet fra spenning- og strømtransformatorer. Disse signalene undergår betingelse før de konverteres via ADC for inngang til MCU. Signalbetingelseskretsen består hovedsakelig av strøm- og spenningtransformatorer sammen med en tretrinns operasjonsforsterker. Strøm- og spenningtransformatorer konverterer effektivt høye spenninger og strømmer til mindre med høy presisjon og god lineæritet. Tretrinns op-amp forsterker disse konverterte og rettede signalene.

2.3 Konfigurasjon av PLC-styringsenhet

For denne intelligente strømspenningsregulatoren er Panasonic-serien FP1 PLC valgt, som tilbyr opptil 5000 steg med programkapasitet, enkle driftskommandoer og omfattende funksjonalitet. Den bruker også RS485-twisted-pair-kabler, som oppnår en overføringsrate på 100 bps og muliggjør nettverk av opptil 32 PLC-er innenfor et areal på 1200 meter. Dette PLC-modellen har fremragенде overvåkningsfunksjoner, som kan overvåke trappediagrammer i sanntid og dynamisk timing for å sikre glatt spenningssammenstilling.

2.4 Konfigurasjon av utdatakanaler

Utdatakanaler bruker logiske utdata-metoder. For å oppnå stabil spenningssammenstilling gjennom minimal skiftespenning og kryssstrøm, kreves nullgjennomgangsutløsning, sammen med oppsett av kontaktløse elektroniske skruer.

3. Anvendelse av PLC-styringsteknologi i programvaredesign av intelligent strømspenningsregulator

3.1 Spesifikk driftsprosess for programmet

Etter at strømmen er slått på og den intelligente strømspenningsregulatoren er startet, må initialiserings- og selvkontrollprosedurer utføres. Etter vellykket selvkontroll, bestemmes det om enheten er i driftsmodus eller konfigurasjonsmodus. I konfigurasjonsmodus kan parametere settes ved hjelp av tastatur ved å gå inn i konfigurasjonsmenyen, velge spesifikke innstillinger og justere verdier med opp/ned-taster. I driftsmodus forekommer prøvetaking og digital filtrering, etterfulgt av valg av passende metoder for spenningssammenstilling:

• Automatisk regulering: Utfører tilsvarende programmer for å vurdere om spenningen ligger innenfor angitt område. Hvis dette er tilfellet, trengs ingen justering; ellers blir justeringer gjort for å bringe spenningen tilbake innenfor grenser.

• Manuell regulering: Manuelle operasjoner via panelknapper justerer spenningnivåer. Etter fullført spenningjustering viser visningsprogrammer transformatorsekundærspenning og -strømverdier, samt daglige regulator-handlinger, for å sikre kontinuerlig drift.

3.2 Spesifikk algoritme for programstyring

For å møte brukerkravene til spenningsavvik, er effektiv bruk av styringsalgoritmer nødvendig. Dette involverer beregning av verdier uavhengig av prøvetakingspunkter fra diskrete datamengder gjennom matematiske operasjoner, sammenligning med designspesifikasjoner, og utførelse av logiske operasjoner for tapendring. Beregningsformlene for måling av strøm, spenning og aktiv effekt er som følger:

(Merk: De spesifikke formlene for strøm-, spenning- og aktiveffekt-måling ble ikke gitt i din tekst, men involverer typisk standard elektrotekniske beregninger som Ohms lov, effektfaktor-beregninger, etc.)

Disse beskrivelser gir en detaljert forklaring av hvordan den intelligente strømspenningsregulatoren fungerer, dens hardwaresammenstilling, og de programvareprosesser som er involvert i å opprettholde optimal spenningssammenstilling.

I formlene representerer i(k) og u(k) henholdsvis det k-te prøvetaket for strøm og spenning. Basert på disse, kan andre størrelser som Q og cosφ deriveres og beregnes.

4. Konklusjon

Gjennom testing av den intelligente strømspenningsregulatoren, finner denne artikkelen at enheten kan effektivt justere spenningen i kort tid, unngå problemer som strømstøt og kortslutning, sikre stabilitet i spenningssammenstilling, og oppnå en relativt ideell effekt av spenningssammenstilling. Det kan sees at anvendelsen av PLC-styringsteknologi i den intelligente strømspenningsregulatoren kan effektivt realisere automatisk deteksjon og regulering av spenning, akselerere hastigheten av spenningssammenstilling, og den faktiske drift er relativt enkel. Dessuten oppstår ingen strømstøt under spenningjustering, og overordnet datamaskin kan overvåke ulike arbeidsstater til enheten i sanntid, noe som spiller en stor rolle i transformasjon og administrasjon av understasjoner og distribusjonsstasjoner.