انٹیلیجنٹ پاور ولٹیج ریگولیٹرز میں پی ایل سی کنٹرول ٹیکنالوجی کے اطلاق کا تجزیہ

بجلوگیری از کیفیت برق، ولتاژ عامل مؤثر بسیار مهم است. کیفیت ولتاژ معمولاً با اندازه‌گیری انحراف ولتاژ، نوسانات، تحریف موج و تقارن سه فاز ارزیابی می‌شود—که انحراف ولتاژ مهم‌ترین شاخص است. برای حفظ کیفیت ولتاژ بالا، تنظیم ولتاژ معمولاً ضروری است. در حال حاضر، روش پرکاربرد و موثر برای تنظیم ولتاژ شامل تنظیم دستگاه تغییر تقسیم‌بندی ترانسفورماتورهای قدرت است.

این مقاله به طور اصلی فناوری‌های PLC و کامپیوتر میکرو را برای طراحی و تحلیل یک تنظیم‌کننده ولتاژ هوشمند توان جمع‌آوری می‌کند، در نهایت تنظیم سریع ولتاژ را بدون ایجاد افزایش موقت ولتاژ در طول فرآیند تنظیم انجام می‌دهد.

1. اصل کار و ویژگی‌های کلیدی تنظیم‌کننده ولتاژ هوشمند

1.1 اصل کار اصلی

تنظیم‌کننده ولتاژ هوشمند شامل واحد اصلی و واحدهای کمکی است. واحد اصلی شامل خازنهای اصلی و ثانویه همراه با یک ترانسفورماتور تنظیم‌کننده است که همچنین جبران توان واکنشی و تنظیم ولتاژ خودکار را فراهم می‌کند.

واحدهای کمکی شامل یک واحد کنترل هوشمند و سه واحد تنظیم اجرا می‌شوند. واحد کنترل هوشمند دستورالعمل‌های کنترلی را تولید و منتقل می‌کند که توسط واحدهای اجرا به صورت بی‌سیم دریافت می‌شوند تا تنظیم ولتاژ در زمان واقعی در خط توزیع انجام شود.

به عنوان مؤلفه اصلی، واحد کنترل هوشمند سطح خودکار، هوشمندی و دقت تنظیم دستگاه را تعیین می‌کند. این واحد به صورت دقیق ولتاژ خط تغذیه را نظارت می‌کند، دستورالعمل‌های مناسب را تولید می‌کند و آنها را به ماژول کنترل تغییر تقسیم‌بندی ارسال می‌کند تا ولتاژ خط تغذیه را در نقطه تنظیم مورد نظر حفظ کند. عملکردهای اصلی آن عبارتند از:

• نظارت و کنترل واقعی ولتاژ خط تغذیه—تصحیح فوری هرگونه انحراف؛

• نظارت و کنترل واقعی جریان بار خروجی؛

• فراهم کردن عملکرد محافظت در برابر ولتاژ پایین، جریان بیش از حد و وضعیت گرم شدن.

1.2 ویژگی‌های کلیدی

تنظیم‌کننده ولتاژ هوشمند مزایای زیر را ارائه می‌دهد:

• دو عملکرد: همزمان جبران توان واکنشی و تنظیم ولتاژ را فراهم می‌کند. در حین تنظیم ولتاژ، همچنین بخشی از توان واکنشی شبکه را جبران می‌کند، عامل توان را بهبود می‌بخشد، خسارت خط را پیشگیری می‌کند، ظرفیت بار شبکه را افزایش می‌دهد و کیفیت ولتاژ را تضمین می‌کند. علاوه بر این، می‌تواند ولتاژ و جریان سه فاز را نظارت کند.

• ساختار بهینه و محیط‌زیستی: طراحی از دی الکتریک چند مرحله‌ای برای افزایش مقاومت دی الکتریک استفاده می‌کند. انتقال داده‌ها بین واحدهای کنترل و اجرا با استفاده از جدا سازی ولتاژ انجام می‌شود، که انتقال سیگنال بدون روغن را ممکن می‌سازد. تمام سنسورهای ولتاژ و جریان داخلی هستند، که نیاز به ترانسفورماتورهای پتانسیل یا جریان خارجی را حذف می‌کند—قابلیت اطمینان، ثبات و راحتی نصب را افزایش می‌دهد.

• تنظیم ولتاژ هوشمند: به صورت خودکار موقعیت تقسیم‌بندی را بر اساس آستانه‌های تعریف شده توسط کاربر اندازه‌گیری می‌کند و تنظیمات غیردقیق را خودکار تصحیح می‌کند تا عملکرد پایدار شبکه تضمین شود.
  عملکرد بدون نگهداری تغییر تقسیم‌بندی: با اتصال ترانسفورماتور تنظیم‌کننده به صورت سری با خازنهای جبران توان واکنشی، جریان کوتاه‌مدار در حین تنظیم ولتاژ کم می‌ماند، تأثیر عملیاتی را کاهش می‌دهد.

• محافظت هوشمند: به طور مداوم بار خط و دما را نظارت می‌کند؛ به صورت خودکار از حالت تنظیم خارج می‌شود و در صورت بازگشت به وضعیت عادی، عملیات را ادامه می‌دهد.

• ضبط داده‌های واقعی: واحد کنترل به صورت دقیق ولتاژ، جریان و تعداد تغییرات تقسیم‌بندی قبل و بعد از هر رویداد تنظیم را ضبط می‌کند.

• ارتباط بی‌سیم کارآمد: داده‌های محلی می‌توانند مستقیماً خوانده شوند و پارامترهای تنظیم (مثل فواصل زمانی، آستانه‌های ولتاژ) می‌توانند به صورت دوردست تنظیم شوند—که عملیات را ساده می‌کند.

• با توجه به هزینه‌ای بسیار کم، قابلیت اطمینان و ایمنی بالا، تنظیم‌کننده ولتاژ هوشمند برای استقرار گسترده در شبکه‌های برق روستایی مناسب است و مشکلات انحراف ولتاژ را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد.

2. کاربرد فناوری کنترل PLC در طراحی سخت‌افزار تنظیم‌کننده ولتاژ هوشمند

بر اساس نیازهای عملکردی و مشخصات فنی تنظیم‌کننده ولتاژ هوشمند، معماری سخت‌افزاری آن در شکل 1 نشان داده شده است.

2.1 راه‌اندازی سیستم پایه میکروکنترلر

سیستم پایه میکروکنترلر به طور اصلی از یک کامپیوتر شخصی صنعتی (IPC) استفاده می‌کند، که از یک کارت CPU به نام All2In2One با حافظه 256MB، دارای دو رابط سریال و یک رابط موازی است. علاوه بر این، از یک تراشه شتاب‌دهنده گرافیکی سازگار با PCI2S3 استفاده می‌کند، با اندازه کارت گرافیکی بین 1 تا 2MB. برای افزایش قابلیت اطمینان سیستم، اجزای کم مصرف استفاده می‌شوند تا مصرف جریان را کاهش دهند.

2.2 پیکربندی کانال‌های ورودی

در طی راه‌اندازی کانال‌های ورودی، سیگنال‌های ورودی به عنوان سیگنال‌های ثانویه از ترانسفورماتورهای ولتاژ و جریان شناسایی می‌شوند. این سیگنال‌ها قبل از تبدیل ADC برای ورود به MCU شرایط‌بندی می‌شوند. مدار شرایط‌بندی سیگنال عمدتاً شامل ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ همراه با یک آمپلیفایر عملیاتی سه مرحله‌ای است. ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ به طور موثر ولتاژ و جریان بالا را به مقادیر کوچک‌تر با دقت بالا و خطی بسیار خوب تبدیل می‌کنند. آمپلیفایر عملیاتی سه مرحله‌ای این سیگنال‌های تبدیل شده و مستقیم شده را تقویت می‌کند.

2.3 پی ایل سی کنٹرول یونٹ کی کنفیگریشن

اس ذکی برقی ولٹیج ریگولیٹر کے لئے، پاناسونک سیریز FP1 پی ایل سی منتخب کیا گیا ہے، جس میں تقریباً 5000 قدم کی پروگرام کیپیسٹی، آسان آپریشن کمانڈز، اور شامل تمام فنکشنلٹی ہے۔ یہ RS485 ٹوائیسٹڈ پیر کیبل کا استعمال کرتا ہے، جس کی ترسیل کی رفتار 100bps ہوتی ہے اور 1200 میٹر کے رینج میں تقریباً 32 پی ایل سی کو نیٹ ورکنگ کرنے کی صلاحیت ہوتی ہے۔ اس پی ایل سی ماڈل کی نمایاں مونیٹرنگ کی صلاحیت ہے، جس کے ذریعے لاڈر ڈائرگرام کی ریل ٹائم مونیٹرنگ اور دائرہ زمانی کی متحرک ٹائم کو یقینی بنایا جا سکتا ہے تاکہ ولٹیج کو موثر طور پر ریگول کیا جا سکے۔

2.4 آؤٹ پٹ چینلز کی کنفیگریشن

آؤٹ پٹ چینلز منطقی آؤٹ پٹ طریقوں کا استعمال کرتے ہیں۔ مستقل ولٹیج ریگولیشن کو حاصل کرنے کے لئے، کم ترین سوئچنگ ولٹیج اور کراس اوور کرنٹ کے ساتھ، صفر کراس ٹرگر کی ضرورت ہوتی ہے، ساتھ ہی سنسپرشر الیکٹرانک سوئچز کی سیٹنگ کی ضرورت ہوتی ہے۔

3. پی ایل سی کنٹرول ٹیکنالوجی کا ذکی برقی ولٹیج ریگولیٹر کے سافٹ وئیر ڈیزائن میں اطلاق

3.1 پروگرام کا مخصوص آپریشن پروسیسر

ذکی برقی ولٹیج ریگولیٹر کو آپریشن کرنے کے بعد، انیشیلائزیشن اور سلف چیک پروسیڈرز کو کیا جانا چاہئے۔ سلف چیک کے کامیاب ہونے کے بعد، یہ تعین کرنا ہوتا ہے کہ ڈیوس کون سی مود میں ہے، آپریشن مود یا کنفیگریشن مود۔ کنفیگریشن مود میں، کیبورڈ کا استعمال کرتے ہوئے پیرامیٹرز کو سیٹ کیا جا سکتا ہے، سیٹ اپ منیو میں داخل ہونے کے بعد، مخصوص سیٹنگ کو منتخب کرتے ہوئے، اپ/ڈاؤن کیز کے ذریعے قیمتیں تبدیل کی جا سکتی ہیں۔ آپریشن مود میں، سمپلنگ اور ڈیجیٹل فلٹرنگ کے بعد، مناسب ولٹیج ریگولیشن طریقوں کا انتخاب کیا جاتا ہے:

• آٹومیٹک ریگولیشن: متعلقہ پروگرام کو اجرا کرتے ہوئے یہ جانچتے ہیں کہ ولٹیج مخصوص رینج میں ہے یا نہیں۔ اگر ہاں تو کوئی تبدیلی کی ضرورت نہیں؛ ورنہ ولٹیج کو محدودیتوں کے اندر لانے کے لئے تبدیلیاں کی جاتی ہیں۔

• منوال ریگولیشن: پینل بٹن کے ذریعے منوال آپریشن کے ذریعے ولٹیج کی سطح کو تبدیل کیا جاتا ہے۔ ولٹیج کی تبدیلی کے مکمل ہونے کے بعد، ڈسپلے پروگرام کے ذریعے ترانسفارمر کی سیکنڈری ولٹیج اور کرنٹ کی قیمتیں، ساتھ ہی روزانہ ریگولیٹر کے ایکشن کو ظاہر کیا جاتا ہے، تاکہ مستقل آپریشن کی یقینی بنائی جا سکے۔

3.2 پروگرام کنٹرول کا مخصوص الگورتھم

ولٹیج ڈیوییشن کے لئے صارفین کی ضروریات کو پورا کرنے کے لئے، کنٹرول الگورتھمز کا موثر اطلاق ضروری ہے۔ یہ متعدد وقت کے سیمپل کے بغیر ڈسکریٹ ڈیٹا سیٹس سے قیمتیں کیلکولیشن کرنا شامل ہوتا ہے، ان کو ڈیزائن سپیسیفیکیشنز کے ساتھ میچ کرنا، اور ٹیپ چینجر کی تبدیلیوں کے لئے لوژکل آپریشن کرنا۔ کرنٹ، ولٹیج، اور ایکٹو پاور کی میسنگ کے لئے کیلکولیشن فارمولے درج ذیل ہیں:

(نوٹ: کرنٹ، ولٹیج، اور ایکٹو پاور میسنگ کے مخصوص فارمولے آپ کے متن میں فراہم نہیں کیے گئے تھے، لیکن عام طور پر اسٹینڈرڈ الیکٹریکل انجینئرنگ کیلکولیشنز جیسے اوہم کا قانون، پاور فیکٹر کیلکولیشنز، وغیرہ شامل ہوتے ہیں۔)

یہ وضاحتیں ذکی برقی ولٹیج ریگولیٹر کے آپریشن، ہارڈ وئیر کنفیگریشن، اور ولٹیج ریگولیشن کو محفوظ رکھنے میں ملوث سافٹ وئیر پروسیسز کے بارے میں مفصل وضاحت فراہم کرتی ہیں۔

فارمولوں میں، i(k) اور u(k) کا مطلب k-واں کرنٹ سمپل کی قیمت اور ولٹیج سمپل کی قیمت ہوتی ہے۔ ان کے مبنی پر، دیگر مقداریں جیسے Q اور cosφ کو نکالا اور کیلکول کیا جا سکتا ہے۔

4. نتیجہ

ذکی برقی ولٹیج ریگولیٹر کو ٹیسٹ کرنے کے بعد، یہ مقالہ پایا ہے کہ ڈیوس کو کم وقت میں ولٹیج کو موثر طور پر ریگول کرنے کی صلاحیت ہے، جس سے سرچ شگرفتہ اور شارٹ سرکٹ کی مسئلہ سے بچا جا سکتا ہے، ولٹیج ریگولیشن کی استحکام کی یقینی بنائی جا سکتی ہے، اور نسبتاً ایدیل ولٹیج ریگولیشن کا اثر حاصل کیا جا سکتا ہے۔ دیکھا جا سکتا ہے کہ ذکی برقی ولٹیج ریگولیٹر میں پی ایل سی کنٹرول ٹیکنالوجی کا اطلاق ولٹیج کی خودکار تشخیص اور ریگولیشن کو موثر طور پر حقیقی بناتا ہے، ولٹیج ریگولیشن کی رفتار کو تیز کرتا ہے، اور عملی آپریشن نسبتاً آسان ہوتا ہے۔ علاوہ ازیں، ولٹیج کی تبدیلی کے دوران کوئی سرچ شگرفتہ نہیں ہوتا، اور اپر کمپیوٹر مختلف کام کرنے کی حالت کو ریل ٹائم میں مونیٹر کر سکتا ہے، جو سب سٹیشنز اور ڈسٹری بیشن سٹیشنز کی تبدیلی اور مینجمنٹ میں بہت بڑا کردار ادا کرتا ہے۔