การวิเคราะห์การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีควบคุม PLC ในระบบปรับแรงดันไฟฟ้าอัจฉริยะ

เมื่อประเมินคุณภาพไฟฟ้า แรงดันเป็นปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อคุณภาพ คุณภาพของแรงดันโดยทั่วไปจะถูกประเมินโดยการวัดความเบี่ยงเบนของแรงดัน การเปลี่ยนแปลงของแรงดัน การบิดเบือนของรูปคลื่น และความสมมาตรของเฟสสามเฟส โดยความเบี่ยงเบนของแรงดันเป็นตัวชี้วัดที่สำคัญที่สุด เพื่อให้ได้คุณภาพแรงดันที่สูง การควบคุมแรงดันโดยทั่วไปจำเป็นต้องมี ในขณะนี้ วิธีการควบคุมแรงดันที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและมีประสิทธิภาพมากที่สุดคือการปรับแต่งแท็ปชันเนอร์ของหม้อแปลงไฟฟ้า

เอกสารนี้นำเสนอการรวมเทคโนโลยี PLC และไมโครคอมพิวเตอร์ในการออกแบบและวิเคราะห์เครื่องปรับแรงดันไฟฟ้าอัจฉริยะ ทำให้สามารถควบคุมแรงดันได้อย่างรวดเร็วในขณะหลีกเลี่ยงแรงดันเกินชั่วคราวระหว่างกระบวนการปรับแต่ง

1. หลักการทำงานและคุณสมบัติหลักของเครื่องปรับแรงดันไฟฟ้าอัจฉริยะ

1.1 หลักการทำงานหลัก

เครื่องปรับแรงดันไฟฟ้าอัจฉริยะประกอบด้วยหน่วยหลักและหน่วยเสริม หน่วยหลักประกอบด้วยตัวเก็บประจุหลักและรองพร้อมกับหม้อแปลงสำหรับการปรับแต่ง ทำให้สามารถชดเชยกำลัง реакทีฟและการควบคุมแรงดันแบบอัตโนมัติได้

หน่วยเสริมประกอบด้วยหน่วยควบคุมอัจฉริยะหนึ่งหน่วยและหน่วยปรับแต่งการดำเนินการสามหน่วย หน่วยควบคุมอัจฉริยะสร้างและส่งคำสั่งควบคุมซึ่งถูกส่งผ่านทางไร้สายไปยังหน่วยดำเนินการเพื่อให้สามารถควบคุมแรงดันบนสายจำหน่ายได้แบบเรียลไทม์

ในฐานะส่วนประกอบหลัก หน่วยควบคุมอัจฉริยะกำหนดระดับของการทำงานอัตโนมัติ ความฉลาด และความแม่นยำในการควบคุม มันตรวจสอบแรงดันของสายจำหน่ายอย่างแม่นยำ สร้างคำสั่งที่เหมาะสม และส่งไปยังโมดูลควบคุมแท็ปชันเนอร์เพื่อรักษาแรงดันของสายจำหน่ายที่ค่าที่ตั้งไว้ ฟังก์ชันหลักของมันประกอบด้วย:

• การตรวจสอบและควบคุมแรงดันของสายจำหน่ายแบบเรียลไทม์—แก้ไขความเบี่ยงเบนทันท่วงที;

• การตรวจสอบและควบคุมกระแสโหลดออกแบบเรียลไทม์;

• การให้ฟังก์ชันป้องกันแรงดันต่ำ กระแสเกิน และภาวะร้อนเกิน.

1.2 คุณสมบัติหลัก

เครื่องปรับแรงดันไฟฟ้าอัจฉริยะมีข้อได้เปรียบดังนี้:

• ฟังก์ชันคู่: มันให้การชดเชยกำลัง реакทีฟและการควบคุมแรงดันในเวลาเดียวกัน ในระหว่างการปรับแรงดัน มันยังชดเชยกำลัง реакทีฟบางส่วนของระบบไฟฟ้า ทำให้เพิ่มแฟคเตอร์กำลัง ป้องกันความเสียหายของสายไฟ ปรับปรุงความสามารถในการแบกรับโหลดของระบบ และรักษาคุณภาพแรงดัน นอกจากนี้ยังสามารถตรวจสอบแรงดันและกระแสของเฟสสามเฟสได้

• โครงสร้างที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม: การออกแบบใช้ฉนวนที่มีระดับเพื่อเพิ่มความแข็งแรงของฉนวน การส่งข้อมูลระหว่างหน่วยควบคุมและหน่วยดำเนินการใช้วิธีแยกแรงดัน ทำให้สามารถส่งสัญญาณโดยไม่ต้องใช้น้ำมัน เซ็นเซอร์แรงดันและกระแสทั้งหมดถูกรวมไว้ภายใน ทำให้ไม่ต้องใช้หม้อแปลงแรงดันหรือกระแสภายนอก—เพิ่มความเชื่อถือได้ ความมั่นคง และความสะดวกในการติดตั้ง

• การควบคุมแรงดันแบบอัจฉริยะ: ทำการวัดตำแหน่งแท็ปตามค่าที่กำหนดโดยผู้ใช้และทำการแก้ไขการตั้งค่าที่ไม่ถูกต้องโดยอัตโนมัติเพื่อรักษาการดำเนินงานของระบบให้เสถียร.
  การทำงานของแท็ปชันเนอร์แบบไม่ต้องบำรุงรักษา: โดยการเชื่อมต่อหม้อแปลงสำหรับการปรับแต่งเข้ากับตัวเก็บประจุสำหรับการชดเชยกำลังปฏิกิริยา กระแสไฟฟ้าลัดวงจรระหว่างการปรับแรงดันจะต่ำ ลดผลกระทบจากการดำเนินงาน

• การป้องกันแบบอัจฉริยะ: ตรวจสอบโหลดของสายและอุณหภูมิของหม้อแปลงอย่างต่อเนื่อง; หยุดการทำงานในโหมดควบคุมเมื่อตรวจพบความผิดปกติและกลับมาดำเนินการเมื่อสภาพกลับสู่ภาวะปกติ

• การบันทึกข้อมูลแบบเรียลไทม์: หน่วยควบคุมบันทึกแรงดัน กระแส และจำนวนการเปลี่ยนแท็ปก่อนและหลังแต่ละเหตุการณ์การควบคุมอย่างแม่นยำ

• การสื่อสารแบบไร้สายที่มีประสิทธิภาพ: สามารถอ่านข้อมูลในสถานที่ได้โดยตรง และสามารถปรับค่าการควบคุม (เช่น ช่วงเวลา ค่าแรงดัน) จากระยะไกล—ทำให้การดำเนินการง่ายขึ้น

• ด้วยความคุ้มค่า ความเชื่อถือได้ และความปลอดภัยสูง เครื่องปรับแรงดันไฟฟ้าอัจฉริยะเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานอย่างแพร่หลายในระบบไฟฟ้าในชนบท ลดปัญหาความเบี่ยงเบนของแรงดันอย่างมาก

2. การใช้เทคโนโลยีควบคุม PLC ในการออกแบบฮาร์ดแวร์ของเครื่องปรับแรงดันไฟฟ้าอัจฉริยะ

จากความต้องการทางฟังก์ชันและข้อกำหนดทางเทคนิคของเครื่องปรับแรงดันไฟฟ้าอัจฉริยะ สถาปัตยกรรมฮาร์ดแวร์ของมันแสดงในรูปที่ 1.

2.1 การตั้งค่าระบบพื้นฐานของไมโครคอนโทรลเลอร์

ระบบพื้นฐานของไมโครคอนโทรลเลอร์ใช้คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลอุตสาหกรรม (IPC) เป็นหลัก โดยใช้การ์ด CPU รุ่น All2In2One ที่มีความจำ 256MB มีสองพอร์ตอนุกรมและหนึ่งพอร์ตขนาน นอกจากนี้ยังใช้ชิปเร่งกราฟิก PCI2S3 ที่มีขนาดการ์ดจอระหว่าง 1 ถึง 2MB เพื่อเพิ่มความเชื่อถือได้ของระบบ ส่วนประกอบที่ใช้พลังงานต่ำถูกนำมาใช้เพื่อลดการบริโภคกระแสไฟฟ้า

2.2 การตั้งค่าช่องทางป้อนข้อมูล

ในการตั้งค่าช่องทางป้อนข้อมูล สัญญาณป้อนข้อมูลถูกระบุเป็นสัญญาณรองจากหม้อแปลงแรงดันและกระแส สัญญาณเหล่านี้จะผ่านกระบวนการปรับสภาพก่อนถูกแปลงเป็นดิจิตอลโดย ADC เพื่อป้อนเข้าสู่ MCU วงจรปรับสภาพสัญญาณประกอบด้วยหม้อแปลงแรงดันและกระแสพร้อมกับแอมปลิฟายเออร์สามขั้น หม้อแปลงแรงดันและกระแสแปลงแรงดันและกระแสสูงให้เป็นค่าที่ต่ำกว่าด้วยความแม่นยำและความเชิงเส้นที่ดี แอมปลิฟายเออร์สามขั้นขยายสัญญาณที่ถูกแปลงและทำให้เป็นสัญญาณตรง

2.3 การตั้งค่าหน่วยควบคุม PLC

สำหรับอุปกรณ์ปรับแรงดันไฟฟ้าอัจฉริยะนี้ ได้เลือกใช้ Panasonic series FP1 PLC ที่มีความจุโปรแกรมสูงสุดถึง 5000 ขั้นตอน มีคำสั่งการทำงานที่ง่ายและมีฟังก์ชันที่ครอบคลุม นอกจากนี้ยังใช้สายคู่บิด RS485 สามารถส่งข้อมูลได้ที่อัตรา 100bps และรองรับการเชื่อมต่อของ PLC ได้มากถึง 32 เครื่องภายในระยะทาง 1200 เมตร โมเดล PLC นี้มีความสามารถในการตรวจสอบที่ยอดเยี่ยม สามารถตรวจสอบแผนภาพวงจร梯形图和动态定时的实时监控，以确保平稳的电压调节。

2.4 输出通道配置

输出通道采用逻辑输出方式。为了通过最小的切换电压和交叉电流实现稳定的电压调节，需要进行过零触发，并设置无触点电子开关。

3. PLC控制技术在智能电力稳压器软件设计中的应用

3.1 程序的具体操作过程

在开启并启动智能电力稳压器后，必须进行初始化和自检程序。自检成功后，确定设备是处于运行模式还是配置模式。在配置模式下，可以通过键盘进入设置菜单，选择特定设置，并使用上下键调整值。在运行模式下，进行采样和数字滤波，然后选择适当的电压调节方法：

• 自动调节：执行相应的程序来判断电压是否在指定范围内。如果在范围内，则不需要调整；否则，进行调整以使电压回到限制内。

• 手动调节：通过面板按钮进行手动操作以调整电压水平。完成电压调整后，显示程序会显示变压器二次侧电压和电流值，以及日常调节动作，确保连续运行。

3.2 程序控制的具体算法

为了满足用户对电压偏差的要求，有效应用控制算法是必要的。这涉及到通过数学运算从离散数据集中独立于采样时间点计算值，将其与设计规范进行比较，并执行逻辑运算以进行分接头调整。测量电流、电压和有功功率的计算公式如下：

(注意：您的文本中没有提供具体的电流、电压和有功功率测量公式，但通常涉及标准电气工程计算，如欧姆定律、功率因数计算等)

这些描述详细解释了智能电力稳压器如何工作，其硬件配置以及为保持最佳电压调节所涉及的软件过程。

在公式中，i(k) 和 u(k) 分别代表第 k 个电流采样值和电压采样值。基于这些值，可以推导并计算其他量，如 Q 和 cosφ。

4. 结论

通过对智能电力稳压器的测试，本文发现该设备可以在短时间内有效调节电压，避免了浪涌和短路等问题，保证了电压调节的稳定性，实现了较为理想的电压调节效果。可以看出，在智能电力稳压器中应用PLC控制技术可以有效地实现电压的自动检测和调节，加快电压调节速度，实际操作相对简单。此外，在电压调节过程中不会发生浪涌，上位机可以实时监控设备的各种工作状态，这对变电站和配电站的改造和管理起到了很大的作用。

2.3 การตั้งค่าหน่วยควบคุม PLC

สำหรับอุปกรณ์ปรับแรงดันไฟฟ้าอัจฉริยะนี้ ได้เลือกใช้ Panasonic series FP1 PLC ที่มีความจุโปรแกรมสูงสุดถึง 5000 ขั้นตอน มีคำสั่งการทำงานที่ง่ายและมีฟังก์ชันที่ครอบคลุม นอกจากนี้ยังใช้สายคู่บิด RS485 สามารถส่งข้อมูลได้ที่อัตรา 100bps และรองรับการเชื่อมต่อของ PLC ได้มากถึง 32 เครื่องภายในระยะทาง 1200 เมตร โมเดล PLC นี้มีความสามารถในการตรวจสอบที่ยอดเยี่ยม สามารถตรวจสอบแผนภาพวงจร梯形图和动态定时的实时监控，以确保平稳的电压调节。

2.4 การตั้งค่าช่องทางออก

ช่องทางออกใช้วิธีการออกแบบลอจิก ในการปรับแรงดันไฟฟ้าอย่างมั่นคงผ่านแรงดันสลับและกระแสข้ามที่น้อยที่สุด จำเป็นต้องใช้วิธีการทริกเกอร์ที่จุดศูนย์กลางพร้อมกับการตั้งค่าสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ไร้สัมผัส

3. การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีควบคุม PLC ในการออกแบบซอฟต์แวร์ของอุปกรณ์ปรับแรงดันไฟฟ้าอัจฉริยะ

3.1 กระบวนการดำเนินงานเฉพาะของโปรแกรม

หลังจากเปิดเครื่องและเริ่มทำงานอุปกรณ์ปรับแรงดันไฟฟ้าอัจฉริยะ จะต้องทำการตรวจสอบและการทดสอบตนเอง หลังจากทดสอบตนเองสำเร็จ จะต้องตรวจสอบว่าอุปกรณ์อยู่ในโหมดการทำงานหรือโหมดการตั้งค่า ในโหมดการตั้งค่า สามารถตั้งค่าพารามิเตอร์โดยใช้แป้นพิมพ์โดยเข้าสู่เมนูการตั้งค่า เลือกการตั้งค่าเฉพาะและปรับค่าด้วยปุ่มขึ้น/ลง ในโหมดการทำงาน จะมีการสุ่มตัวอย่างและกรองดิจิตอล ตามด้วยการเลือกวิธีการปรับแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสม:

• การปรับอัตโนมัติ: ดำเนินการโปรแกรมที่เหมาะสมเพื่อตรวจสอบว่าแรงดันไฟฟ้าอยู่ในช่วงที่กำหนดไว้ หากอยู่ในช่วงที่กำหนดไว้ ไม่จำเป็นต้องปรับแต่ง แต่หากไม่ใช่ จะปรับแต่งเพื่อให้แรงดันไฟฟ้ากลับมาอยู่ในช่วงที่กำหนดไว้

• การปรับด้วยมือ: ปรับแรงดันไฟฟ้าผ่านปุ่มบนแผงควบคุม หลังจากปรับแรงดันไฟฟ้าแล้ว โปรแกรมแสดงผลจะแสดงค่าแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าของตัวแปลงแรงดันระดับที่สอง รวมถึงการกระทำของตัวปรับแรงดันประจำวัน เพื่อให้มั่นใจว่าการทำงานต่อเนื่อง

3.2 อัลกอริทึมควบคุมโปรแกรมเฉพาะ

เพื่อตอบสนองความต้องการของผู้ใช้ในการเบี่ยงเบนแรงดันไฟฟ้า การใช้อัลกอริทึมควบคุมอย่างมีประสิทธิภาพเป็นสิ่งสำคัญ ซึ่งรวมถึงการคำนวณค่าจากการตัวอย่างข้อมูลที่แยกจากกันผ่านการดำเนินการทางคณิตศาสตร์ ทำการเปรียบเทียบกับข้อกำหนดการออกแบบ และดำเนินการทางตรรกศาสตร์เพื่อปรับเปลี่ยนตำแหน่งสวิตช์ คำนวณค่ากระแสไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้า และพลังงานไฟฟ้าที่ใช้งานดังนี้:

(หมายเหตุ: สูตรคำนวณกระแสไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้า และพลังงานไฟฟ้าที่ใช้งานไม่ได้ระบุในข้อความของคุณ แต่ทั่วไปแล้วจะใช้การคำนวณทางวิศวกรรมไฟฟ้ามาตรฐาน เช่น กฎของโอห์ม การคำนวณแฟคเตอร์กำลัง ฯลฯ)

คำอธิบายเหล่านี้ให้รายละเอียดเกี่ยวกับการทำงานของอุปกรณ์ปรับแรงดันไฟฟ้าอัจฉริยะ การตั้งค่าฮาร์ดแวร์ และกระบวนการซอฟต์แวร์ที่เกี่ยวข้องในการรักษาการปรับแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสม

ในสูตร i(k) และ u(k) แทนค่าตัวอย่างกระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าลำดับที่ k ตามลำดับ จากรายการเหล่านี้ สามารถสร้างและคำนวณค่าอื่น ๆ เช่น Q และ cosφ

4. สรุป

จากการทดสอบอุปกรณ์ปรับแรงดันไฟฟ้าอัจฉริยะ พบว่าอุปกรณ์สามารถปรับแรงดันไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพในเวลาอันสั้น โดยหลีกเลี่ยงปัญหาเช่น แรงดันไฟฟ้าเกินและความสั้นวงจร ทำให้มั่นใจได้ว่าการปรับแรงดันไฟฟ้ามีความมั่นคง และได้ผลการปรับแรงดันไฟฟ้าที่ค่อนข้างดี สามารถเห็นได้ว่า การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีควบคุม PLC ในอุปกรณ์ปรับแรงดันไฟฟ้าอัจฉริยะ สามารถทำให้การตรวจจับและปรับแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติได้ ทำให้เร็วขึ้นในการปรับแรงดันไฟฟ้า และการปฏิบัติงานจริงค่อนข้างง่าย นอกจากนี้ ไม่มีแรงดันไฟฟ้าเกินระหว่างการปรับแรงดันไฟฟ้า และคอมพิวเตอร์ส่วนบนสามารถตรวจสอบสถานะการทำงานต่าง ๆ ของอุปกรณ์ได้ในเวลาจริง ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการเปลี่ยนแปลงและการจัดการสถานีไฟฟ้าและสถานีกระจายพลังงาน