Akıllı Elektrik Voltaj Düzenleyicilerinde PLC Kontrol Teknolojisi Uygulamasının Analizi

Güç kalitesi değerlendirilirken, gerilim kritik bir etkileyici faktördür. Gerilim kalitesi genellikle gerilim sapması, dalgalanma, dalgacık bozulması ve üç faz simetrisi ölçerek değerlendirilir—gerilim sapmasının en önemli göstergesi olmasına rağmen. Yüksek gerilim kalitesini sağlamak için genellikle gerilim düzenleme gerekir. Şu anda, gerilim düzenlemesi için en yaygın ve etkili yöntem, güç transformatörlerinin tap değiştiricisini ayarlamaktır.

Bu makale, PLC ve mikrobilgisayar teknolojilerini entegre ederek zeki bir güç gerilim düzenleyicisi tasarımı ve analizini ele alır, sonunda hızlı gerilim düzenleme gerçekleştirirken, düzenleme sürecinde geçici gerilim sıçramalarını önler.

1. Zeki Güç Gerilim Düzenleyicisinin Çalışma Prensibi ve Önemli Özellikleri

1.1 Ana Çalışma Prensibi

Zeki güç gerilim düzenleyicisi, ana birim ve yardımcı birimlerden oluşur. Ana birim, birincil ve ikincil kondansatörler ile bir düzenleme transformatörü içerir, reaktif güç tazmini ve otomatik gerilim düzenleme sağlar.

Yardımcı birimler, bir zeki kontrol birimi ve üç tane uygulama ayarlama biriminden oluşur. Zeki kontrol birimi, kontrol komutları oluşturur ve gönderir, bu komutlar uygulama birimleri tarafından kablosuz olarak alınarak dağıtım hattında gerçek zamanlı gerilim düzenleme sağlanır.

Çekirdek bileşen olan zeki kontrol birimi, cihazın otomasyon seviyesini, zekasını ve düzenleme doğruluğunu belirler. Besleme hattı gerilimini hassas bir şekilde izler, uygun komutları üretir ve bunları tap değiştirici kontrol modülüne göndererek besleme hattı gerilimini hedeflenen setpointta tutar. Ana işlevleri şunlardır:

• Besleme hattı geriliminin gerçek zamanlı izlenmesi ve kontrolü—herhangi bir sapmanın derhal düzeltilmesi;

• Çıkış yük akımının gerçek zamanlı izlenmesi ve kontrolü;

• Alt gerilim, aşırı akım ve aşırı ısıl durumlar karşı koruma fonksiyonları sağlama.

1.2 Önemli Özellikler

Zeki güç gerilim düzenleyici aşağıdaki avantajları sunar:

• Çift işlevsellik: Hem reaktif güç tazmini hem de gerilim düzenleme sağlar. Gerilim düzenleme sırasında, aynı zamanda ağ reaktif gücünü kısmen tazmin eder, güç faktörünü iyileştirir, hat hasarını önler, ağ yük kapasitesini artırır ve gerilim kalitesini sağlar. Ayrıca, üç faz gerilim ve akımı izleyebilir.

• Optimize edilmiş ve çevre dostu yapı: Tasarım, dielektrik dayanımı artırmak için derecelendirilmiş yalıtım kullanır. Kontrol ve uygulama birimleri arasındaki veri aktarımı, gerilim yalıtımı kullanarak yağsız sinyal aktarımını sağlar. Tüm gerilim ve akım sensörleri dahili olarak entegre edilmiştir, dış potansiyel veya akım transformatörlerine ihtiyaç duyulmadığından güvenilirlik, istikrar ve kurulum kolaylığı artmaktadır.

• Zeki gerilim düzenleme: Kullanıcı tanımlı eşiğe göre otomatik olarak tap pozisyonlarını ölçer ve yanlış ayarları otomatik olarak düzeltir, böylece gridin istikrarlı çalışmasını sağlar.
  Bakım gerektirmeyen tap değiştirici işlemi: Düzenleme transformatörünün reaktif tazmin kapasitörleriyle seri bağlantılı olması, gerilim düzenleme sırasında kısa devre akımlarını düşük tutar, operasyonel etkiyi azaltır.

• Zeki koruma: Hat yükünü ve transformatör sıcaklığını sürekli izler; anormallikleri tespit ederse otomatik olarak düzenleme modundan çıkar ve koşullar normalleştiğinde tekrar çalışmaya devam eder.

• Gerçek zamanlı veri kaydı: Kontrol birimi, her düzenleme olayından önce ve sonra gerilim, akım ve tap değişiklik sayısını hassas bir şekilde kaydeder.

• Verimli kablosuz iletişim: Sahada veriler doğrudan okunabilir ve düzenleme parametreleri (örneğin, zaman aralıkları, gerilim eşiği) uzaktan ayarlanabilir—işlemi basitleştirir.

• Yüksek maliyet etkinliği, güvenilirlik ve güvenliği nedeniyle, zeki güç gerilim düzenleyici kırsal güç ağlarında yaygın olarak kullanılma konusunda idealdir, bu da gerilim sapması sorunlarını büyük ölçüde azaltır.

2. Zeki Güç Gerilim Düzenleyicinin Donanım Tasarımında PLC Kontrol Teknolojisinin Uygulaması

Zeki güç gerilim düzenleyicinin işlevsel gerekliliklerine ve teknik özelliklerine dayanarak, donanım mimarisi Şekil 1'de gösterilmiştir.

2.1 Mikrodenetleyici Temel Sisteminin Kurulumu

Mikrodenetleyici temel sistemi, çoğunlukla endüstriyel kişisel bilgisayar (IPC) kullanılarak kurulmuştur, 256MB bellek kapasiteli All2In2One modeli CPU kartı ile, iki seri ve bir paralel arayüze sahiptir. Ayrıca, PCI2S3 uyumlu grafik hızlandırma çipini kullanır, grafik kartı boyutu 1 ile 2MB arasındadır. Sistem güvenilirliğini artırmak için düşük güç tüketimli bileşenler kullanılmıştır.

2.2 Giriş Kanallarının Yapılandırılması

Giriş kanallarının kurulumu sırasında, giriş sinyalleri gerilim ve akım transformatörlerinden elde edilen ikincil sinyaller olarak tanımlanır. Bu sinyaller, ADC'ye girmeden önce koşullandırılır. Sinyal koşullandırma devresi, akım ve gerilim transformatörleri ile üç aşamalı operasyonel amfilerden oluşur. Akım ve gerilim transformatörleri, yüksek gerilim ve akımları küçük değerlerine, yüksek hassasiyet ve iyi doğrusallıkla dönüştürür. Üç aşamalı op-amp, bu dönüştürülmüş ve dikdörtgenleştirilmiş sinyalleri amplifikasyon eder.

2.3 PLC Kontrol Biriminin Yapılandırılması

Bu akıllı güç gerilim düzenleyici için Panasonic serisi FP1 PLC seçildi, bu model en fazla 5000 adımlık program kapasitesi, basit işlem komutları ve kapsamlı işlevler sunmaktadır. Ayrıca RS485 telifli kablo kullanılarak 100bps iletim hızına sahip olup, 1200 metre mesafede en fazla 32 PLC'yi ağlandırmayı sağlar. Bu PLC modeli, merdiven diyagramlarının ve dinamik zamanlamaların gerçek zamanlı izlenmesine olanak tanıyan mükemmel izleme yetenekleri sunar, böylece düzgün gerilim düzenleme sağlanır.

2.4 Çıkış Kanallarının Yapılandırılması

Çıkış kanalları mantıksal çıkış yöntemlerini benimser. Düşük geçiş gerilimi ve çapraz akım ile dengeli gerilim düzenleme sağlamak için sıfır geçiş tetiklemesi gerekir, ayrıca temassız elektronik anahtarların kurulumu da gereklidir.

3. PLC Kontrol Teknolojisinin Akıllı Elektrik Gerilim Düzenleyicisindeki Yazılım Tasarımındaki Uygulaması

3.1 Programın Spesifik İşlem Süreci

Akıllı güç gerilim düzenleyicisini güçlendirdikten ve başlatıldıktan sonra, başlangıç ​​ve kendinden kontrol işlemleri gerçekleştirilmelidir. Başarılı bir self-check sonucunda, cihazın çalışma modunda mı yoksa yapılandırma modunda mı olduğuna karar verilir. Yapılandırma modunda, klavye kullanılarak ayar menüsüne girilerek, belirli ayarlar seçilip değerler yukarı/aşağı tuşlarıyla ayarlanabilir. Çalışma modunda, örnekleme ve dijital filtreleme gerçekleşir, ardından uygun gerilim düzenleme yöntemleri seçilir:

• Otomatik Düzenleme: Belirli programlar yürütülerek gerilimin belirlenen aralıkta olup olmadığını değerlendirir. Eğer öyleyse, herhangi bir düzenleme gerekmez; aksi halde, gerilim sınırların içinde kalacak şekilde düzenlenir.

• Manuel Düzenleme: Panel düğmeleri üzerinden manuel işlemlerle gerilim seviyeleri ayarlanır. Gerilim düzenlemeleri tamamlandıktan sonra, gösterim programları dönüştürücü ikincil gerilim ve akım değerlerini, ayrıca günlük düzenleyici eylemlerini göstererek sürekli işlemi sağlar.

3.2 Program Kontrolü İçin Spesifik Algoritma

Kullanıcıların gerilim sapması taleplerini karşılamak için etkili kontrol algoritmalarının uygulanması önemlidir. Bu, ayrık veri setlerinden örnek alınan zaman noktalarından bağımsız olarak matematiksel işlemlerle hesaplama yapmayı, bunları tasarım speksiyonlarıyla karşılaştırıp, lansman değiştirici ayarlamaları için mantıksal işlemler gerçekleştirmeyi içerir. Akım, gerilim ve aktif güç ölçümü için hesaplama formülleri şu şekildedir:

(Not: Mevcut metinde akım, gerilim ve aktif güç ölçümü için spesifik formüller verilmedi, ancak genellikle Ohm yasası, faktör hesaplamaları gibi standart elektrik mühendisliği hesaplamaları içerir.)

Bu açıklamalar, akıllı güç gerilim düzenleyicinin nasıl çalıştığını, donanım yapılandırmasını ve ideal gerilim düzenleme işlemini sürdürmek için gerekli olan yazılım süreçlerini detaylı bir şekilde anlatmaktadır.

Formüllerde, i(k) ve u(k) sırasıyla k. akım örnekleme değeri ve gerilim örnekleme değerini temsil eder. Bunlar üzerine, diğer nicelikler de Q ve cosφ gibi hesaplanabilir.

4. Sonuç

Akıllı güç gerilim düzenleyicisini test ederek, bu makale cihazın kısa sürede etkili bir şekilde gerilim düzenleme yapabildiğini, ani yükselti ve kısa devre gibi sorunları önleyerek gerilim düzenlemenin istikrarını sağladığını ve nispeten ideal bir gerilim düzenleme etkisi elde ettiğini buldu. Bu, PLC kontrol teknolojisinin akıllı güç gerilim düzenleyicisindeki uygulamasının, otomatik gerilim tespiti ve düzenleme, gerilim düzenleme hızının artırılmasını ve gerçek işlemin oldukça basit olmasını sağlayabileceğini gösterir. Ayrıca, gerilim düzenleme sırasında ani yükselti meydana gelmez ve üst bilgisayar, cihazın çeşitli çalışma durumlarını gerçek zamanlı olarak izleyebilir, bu da trafiği ve dağıtım istasyonlarının dönüşümü ve yönetimi konusunda büyük rol oynar.