Analiza primene tehnologije upravljačkih logičkih procesora u pametnim uređajima za regulaciju napona

Kada se procenjuje kvalitet struje, napona je ključan uticajni faktor. Kvalitet napona obično se ocenjuje merenjem odstupanja napona, fluktuacije, deformacije talasa i simetrije tri faze—odstupanje napona je najvažniji pokazatelj. Za osiguranje visokog kvaliteta napona, opšte se zahteva regulacija napona. Trenutno, najšire korišćena i efikasna metoda regulacije napona uključuje prilagođavanje tap changer-a transformatora.

Ovaj rad uglavnom integriše PLC i mikro računar tehnologiju kako bi dizajnirao i analizirao inteligentni regulator napona, na kraju ostvarivši brzu regulaciju napona, izbegavajući privremene skokove napona tokom procesa prilagođavanja.

1. Radni princip i ključne karakteristike inteligentnog regulatora napona

1.1 Glavni radni princip

Inteligentni regulator napona sastoji se od glavnog i pomoćnih modula. Glavni modul uključuje primarne i sekundarne kondenzatore zajedno sa regulacionim transformatorom, omogućavajući kompenzaciju reaktivne snage i automatsku regulaciju napona.

Pomoćni moduli uključuju jednu inteligentnu kontrolnu jedinicu i tri izvršne prilagođivačke jedinice. Inteligentna kontrolna jedinica generiše i šalje komande kontrole, koje prenosile putem bežične veze do izvršnih jedinica, omogućavajući stvarno-vremensku regulaciju napona na distribucijskoj liniji.

Kao centralni element, inteligentna kontrolna jedinica određuje nivo automatizacije, inteligencije i tačnosti regulacije uređaja. Ona tačno nadgleda napon na feeder-u, generiše odgovarajuće komande i šalje ih na modul kontrole tap changer-a kako bi održala napon na feeder-u na ciljanoj postavci. Njene glavne funkcije uključuju:

• Stvarno-vremenski nadzor i kontrola napona na feeder-u—brzo ispravljanje bilo kakvih odstupanja;

• Stvarno-vremenski nadzor i kontrola izlaznog naponskog toka;

• Pružanje zaštita protiv podnapona, prekomernog toka i pregrejanja.

1.2 Ključne karakteristike

Inteligentni regulator napona nudi sledeće prednosti:

• Dvostruka funkcija: Istovremeno pruža kompenzaciju reaktivne snage i regulaciju napona. Tijekom prilagođavanja napona, delimično kompenzira reaktivnu snagu mreže, poboljšava faktor snage, sprječava oštećenje linija, povećava kapacitet opterećenja mreže i osigurava kvalitet napona. Također može nadgledati trofazni napon i tok.

• Optimizovana i ekološka struktura: Dizajn koristi stepenjenu izolaciju kako bi povećao dielektričnu čvrstoću. Prijenos podataka između kontrolne i izvršne jedinice koristi izolaciju napona, omogućavajući prenos signala bez ulja. Svi senzori napona i toka su unutrašnji, eliminirajući potrebu za vanjskim potencijalnim ili točnim transformatorima—poboljšavajući pouzdanost, stabilnost i lakoću instalacije.

• Inteligentna regulacija napona: Automatski mjeri položaje tapova na temelju korisnički definiranih praga i samokoriguje ne tačne postavke kako bi osigurala stabilno funkcioniranje mreže.
  Rad bez održavanja tap changer-a: Spajanjem regulacionog transformatora u seriju s kondenzatorima za kompenzaciju reaktivne snage, strujni toki tokom prilagođavanja napona ostaju niski, minimizirajući operativni uticaj.

• Inteligentna zaštita: Stalno nadgleda opterećenje linije i temperaturu transformatora; automatski izlazi iz režima regulacije pri otkrivanju anomalija i nastavlja rad kada se stanje normalizuje.

• Stvarno-vremensko zabeležavanje podataka: Kontrolna jedinica tačno bilježi napon, tok i broj promjena tapova prije i poslije svakog događaja regulacije.

• Efikasna bežična komunikacija: Podaci na mestu mogu se direktno čitati, a parametri regulacije (npr. vremenski intervali, pragovi napona) mogu se daljinski prilagoditi—pojednostavljujući operaciju.

• Uz svoju visoku cijenovnu dobitnost, pouzdanost i sigurnost, inteligentni regulator napona idealno odgovara širokoj upotrebi u ruralnim električnim mrežama, značajno smanjujući probleme sa odstupanjem napona.

2. Primjena PLC kontrolne tehnologije u hardverskom dizajnu inteligentnog regulatora napona

Na osnovu funkcionalnih zahtjeva i tehničkih specifikacija inteligentnog regulatora napona, njegova hardverska arhitektura prikazana je na slici 1.

2.1 Postavljanje osnovnog sustava mikrokontrolera

Osnovni sustav mikrokontrolera uglavnom usvaja industrijski osobni računar (IPC), koristeći CPU karticu modela All2In2One sa 256MB memorije, s dva serijska i jednim paralelnim sučeljem. Također koristi grafički ubrzivač kompatibilan s PCI2S3, s veličinom grafičke kartice od 1 do 2MB. Da bi se poboljšala pouzdanost sistema, koriste se niskopotrosni komponenti kako bi se smanjila potrošnja struje.

2.2 Konfiguracija ulaznih kanala

Tijekom postavljanja ulaznih kanala, ulazni signali identificiraju se kao sekundarni signali s transformatora napona i toka. Ovi signali podliježu obradi prije konverzije putem ADC za ulaz u MCU. Obrada signala uglavnom sastoji se od transformatora toka i napona zajedno s tri-etapnim operacionalnim pojačavajućim čvorom. Transformatori toka i napona efektivno pretvaraju visoke napone i tokove u manje, sa visokom preciznošću i dobrom linearnošću. Tri-etapski operacionalni pojačavajući čvor pojačava ove pretvorene i pravokutne signale.

2.3 Konfiguracija kontrolne jedinice PLC

Za ovaj inteligentni regulator napona struje izabrana je Panasonic serija FP1 PLC, koja nudi kapacitet programa do 5000 koraka, jednostavne operativne komande i kompleksnu funkcionalnost. Takođe se koriste RS485 zavojnici, ostvarujući brzinu prenosa od 100bps i omogućavajući mrežiranje do 32 PLC-a u rastojanju od 1200 metara. Ovaj model PLC-a poseduje izuzetne mogućnosti nadzora, sposoban za stvarno vreme praćenja šematičkih dijagrama i dinamičkog vremena kako bi osigurao gladko regulisanje napona.

2.4 Konfiguracija izlaznih kanala

Izlazni kanali koriste logičke metode izlaza. Da bi se postiglo stabilno regulisanje napona kroz minimalno preklapanje naponskih i prelaznih tokova, potrebno je aktivirati otkucaj na nuli, uz postavljanje kontaktne elektronske prekidnice.

3. Primena tehnologije upravljanja PLC u softverskom dizajnu inteligentnog regulatora napona

3.1 Specifičan radni proces programa

Nakon uključivanja i pokretanja inteligentnog regulatora napona, moraju se sprovesti inicijalizacija i samoprovjera. Nakon uspešne samoprovjere, određuje se da li uređaj radi u operativnom ili konfiguracijskom režimu. U konfiguracijskom režimu, parametri se mogu podesiti koristeći tastaturu pristupanjem meniju podešavanja, odabirom specifičnih postavki i prilagođavanjem vrednosti putem tipki gore/dole. U operativnom režimu, vrši se uzorkovanje i digitalna filtracija, nakon čega se biraju odgovarajuće metode regulisanja napona:

• Automatsko regulisanje: Izvršavaju se odgovarajući programi kako bi se procenilo da li je napon unutar određenog opsega. Ako jeste, ne treba praviti prilagodbe; u suprotnom, prave se prilagodbe kako bi se napon vratio unutar granica.

• Ručno regulisanje: Ručne operacije putem dugmića na panelu prilagođavaju nivoe napona. Nakon završetka prilagođavanja napona, programi prikaza pokazuju napon i tok na sekundarnoj strani transformatora, kao i dnevne akcije regulatora, osiguravajući kontinuiran rad.

3.2 Specifičan algoritam za kontrolu programa

Da bi se ispunili zahtevi korisnika za odstupanje napona, neophodna je efikasna primena algoritama upravljanja. To uključuje izračunavanje vrednosti nezavisno od uzorkovanih tačaka vremena iz diskretnih skupova podataka kroz matematičke operacije, poređenje sa specifikacijama dizajna i izvođenje logičkih operacija za prilagođavanje tap changer-a. Formule za merenje toka, napona i aktivne snage su sledeće:

(Napomena: Specifične formule za merenje toka, napona i aktivne snage nisu date u vašem tekstu, ali obično uključuju standardne inženjerske izračune kao što su Ohmov zakon, izračuni faktora snage itd.)

Ovi opisi pružaju detaljan pregled kako funkcionira inteligentni regulator napona, njegove hardverske konfiguracije i softverskih procesa uključenih u održavanje optimalnog regulisanja napona.

U formulama, i(k) i u(k) predstavljaju k-tu vrednost uzorkovanja toka i napona, redom. Na osnovu ovoga, druge količine, kao što su Q i cosφ, mogu biti izvedene i izračunate.

4. Zaključak

Kroz testiranje inteligentnog regulatora napona, ovaj rad utvrđuje da uređaj može efektivno prilagoditi napon u kratkom vremenu, izbegavajući probleme poput talasa i krajnjih krugova, osiguravajući stabilnost regulisanja napona i dostižući relativno idealan efekat regulisanja napona. Može se videti da primena tehnologije upravljanja PLC u inteligentnom regulatoru napona može efektivno realizovati automatsko detektovanje i regulisanje napona, ubrzati brzinu regulisanja napona, a realna operacija je relativno jednostavna. Takođe, tokom prilagođavanja napona ne dolazi do talasa, a gornji računar može u stvarnom vremenu pratiti različite radne stanja uređaja, što ima veliku ulogu u transformaciji i upravljanju pretvorbnim i distribucijskim stanicama.