智能電力調(diào)壓器中PLC控制技術(shù)的應(yīng)用分析

摘要：簡要概括了智能電力調(diào)壓器的主要工作原理和特點，分析了PLC控制技術(shù)在智能電力調(diào)壓器硬件以及軟件設(shè)計中的運用情況。在智能電力調(diào)壓器中通過應(yīng)用PLC控制技術(shù)能夠自動檢測和調(diào)節(jié)電壓，提高了調(diào)壓速度，簡化了操作，而且在電壓調(diào)整的過程中并不會出現(xiàn)沖擊現(xiàn)象，上位機發(fā)揮了實時監(jiān)控功能，極大地促進了變配電站的改造和管理。

關(guān)鍵詞：智能電力調(diào)壓器；PLC控制技術(shù)；運用情況

作者簡介：陳瑞芝（1984-），女，廣東澄海人，廣東省國防科技高級技工學(xué)校，助理講師，技師。（廣東 廣州 510515）

中圖分類號：TM73 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）20-0205-02

在對電能質(zhì)量進行衡量時，電壓是對其產(chǎn)生影響的一個重要指標(biāo)，而在對電壓進行衡量的過程中，則需要通過對電壓的偏差、波動、波形以及三相對稱性等進行衡量，其中最重要的一個衡量指標(biāo)則為電壓偏差。為了確保電壓的質(zhì)量，一般情況下會適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)電壓。而目前使用最多也是最有效的一種調(diào)節(jié)電壓的方法則為對電力變壓器分接開關(guān)進行調(diào)整。本文主要結(jié)合采用PLC與微機技術(shù)，通過設(shè)計并分析智能電力調(diào)壓器，最終實現(xiàn)了快速對電壓進行調(diào)節(jié)的目的，并在調(diào)節(jié)過程中避免了沖擊現(xiàn)象。

一、智能電力調(diào)壓器的主要工作原理和特點

1.主要工作原理

智能電力調(diào)壓器主要包括主機部分和輔機部分。其中主機的主要構(gòu)成部分包括主、副電容以及調(diào)壓變壓器，實現(xiàn)了智能電力調(diào)壓器能夠進行無功補償并自動調(diào)整電壓的目的。[1]輔機部分的主要構(gòu)成部分包括智能控制單元（1個）和執(zhí)行調(diào)整單元（3個）。其中智能控制單元主要功能是發(fā)送控制指令，由執(zhí)行調(diào)整單元通過無線的方式接收指令，最終實現(xiàn)對線路電壓進行實時調(diào)整的目的。而由于智能電力調(diào)壓器的核心組成部分為智能控制單元，因此裝置的自動化水平、智能化水平以及調(diào)節(jié)電壓過程中精度大小等都取決于該部分。智能控制單元需要對饋線電壓進行精確檢測，然后生成指令并將指令傳送到控制單元調(diào)節(jié)分接開關(guān)處，以確保饋線電壓能夠達到設(shè)計規(guī)定值。智能控制單元的主要作用包括以下幾方面：一是對饋線電壓進行實時的監(jiān)測和控制，一旦線路電壓發(fā)生偏離現(xiàn)象，需要及時將其調(diào)整到預(yù)定值；二是對線路輸出負(fù)荷電流進行實時的監(jiān)測和控制；三是在發(fā)生欠壓問題、過流現(xiàn)象以及超溫問題時要求其能夠發(fā)揮良好的保護作用。

2.主要特點

智能電力調(diào)壓器主要包括下述幾個特點：

（1）具有一機雙功能的特點。該裝置不僅可以實現(xiàn)無功補償，還可以對電壓進行調(diào)整。而在對電壓調(diào)整的過程中，也可以在一定程度上補償電網(wǎng)無功，進一步提高了功率因數(shù)，防止了線路損壞。另外，智能電力調(diào)壓器在提高電網(wǎng)的負(fù)載能力方面也起著重要作用，可以確保供電的電壓質(zhì)量；該裝置還具有監(jiān)測電網(wǎng)三相電壓以及電流的重要功能。

（2）智能電力調(diào)壓器的結(jié)構(gòu)組成更加合理，在大量節(jié)約能源的同時起到了一定的環(huán)保效果。結(jié)構(gòu)合理主要是因為其采用了分級絕緣，提高了裝置的耐壓等級；而智能控制單元在和執(zhí)行調(diào)整單元進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中則通過采用電壓隔離的措施，實現(xiàn)了無油化傳遞；另外，電壓以及電流等測量元件全部都安裝在了該裝置的內(nèi)部，不再需要設(shè)置電壓互感器以及電流互感器等，提高了裝置運行的穩(wěn)定性和可靠性，而且在安裝的過程中操作也較為簡單。[2]

（3）智能電力調(diào)壓器實現(xiàn)了對電壓的智能化調(diào)整，可以按照用戶設(shè)定的門限對分接開關(guān)的檔位進行自動測量，檢測出檔位不準(zhǔn)確的情況可以自動調(diào)整，進一步確保了電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

（4）在運行過程中不需要再繼續(xù)維護調(diào)壓開關(guān)。這主要是因為將調(diào)壓變壓器和無功補償電容器串聯(lián)在了一起，在調(diào)整電壓時如果發(fā)生短路問題，電流的數(shù)值不會很大，對運行造成的影響較小。

（5）具有裝置保護智能化的特點。能夠?qū)€路負(fù)荷情況以及變壓器溫度的實際變化情況進行實時檢測，一旦發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象可以自動退出調(diào)壓狀態(tài)，在裝置恢復(fù)正常以后再自動投入運行。

（6）具有實時測量以及記錄功能。每次調(diào)壓的前后，智能控制單元都能夠?qū)€路的電壓、電流以及電壓調(diào)整的次數(shù)等各項參數(shù)信息進行準(zhǔn)確記錄。

（7）數(shù)據(jù)傳輸具有高效性。該裝置具有無線通訊結(jié)構(gòu)，能夠在設(shè)備運行現(xiàn)場對運行數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場抄讀，并隨時對調(diào)壓的間隔時間以及門限等進行調(diào)節(jié)，操作更加簡單便捷。由此可見，智能電力調(diào)壓器由于性價比高、可靠性良好、安全性較高等優(yōu)點，將會廣泛的應(yīng)用于農(nóng)村電網(wǎng)中，進一步減少了農(nóng)村電壓發(fā)生的電壓偏差問題。

二、PLC控制技術(shù)在智能電力調(diào)壓器硬件設(shè)計過程中的運用情況

根據(jù)智能電力調(diào)壓器具有的各項功能以及各種參數(shù)指標(biāo)，可以得到其硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.微控制器基本系統(tǒng)的設(shè)置

微控制器基本系統(tǒng)主要采用了工業(yè)控制機（IPC），選擇了型號為All2In2One的CPU卡，該卡的內(nèi)存為256MB，而且是兩串一并接口，另外還使用了PCI2S3兼容的圖形加速芯片，顯卡的大小在1～2MB之間。此外，為了提高系統(tǒng)運行的可靠性，采用了低功耗器件，降低了電流值。

2.輸入通道的設(shè)置

在設(shè)置輸入通道的過程中，將輸入信號確定為電壓以及電流互感器的二次信號，經(jīng)過信號調(diào)理之后需要將其進行轉(zhuǎn)換，通過ADC送入到微控制器MCU。其中信號條例電路主要選擇了電流、電壓互感器以及三級運放。其中電流、電壓互感器可以把較大的電壓和電流有效的轉(zhuǎn)換為小電壓、小電流，而且轉(zhuǎn)換精確度較高，具有良好的線性；而三級運放則能夠放大電流和電壓的轉(zhuǎn)換以及整流。

3.PLC控制單元的設(shè)置

在該智能電力調(diào)壓器的硬件設(shè)置過程中，主要選擇了型號為松下系列FP1的PLC，其程序的總?cè)萘磕軌蜻_到5000步，操作指令較為簡單，各項功能較為齊全，而且還使用了RS2485雙絞線，實際傳輸速率能夠達到100b/s，最多可以在1200m的范圍內(nèi)將32臺PLC全部聯(lián)網(wǎng)，并利用上位機對其進行實時監(jiān)控。另外，該型號的PLC具有非常優(yōu)越的監(jiān)控能力，能夠?qū)μ菪螆D以及動態(tài)時序等進行實時監(jiān)控，以確保調(diào)壓監(jiān)控能夠順利完成。

4.輸出通道的設(shè)置

輸出通道主要采用了邏輯輸出的方法，而且為了通過最小切換電壓以及交越電流來實現(xiàn)穩(wěn)步調(diào)壓的目的，要求過零觸發(fā)，同時設(shè)置了無觸電電子開關(guān)。

三、PLC控制技術(shù)在智能電力調(diào)壓器軟件設(shè)計過程中的運用情況

1.程序的具體運行過程

在智能電力調(diào)壓器接通電源并開始運行之后，需要做好初始化以及自檢工作，通過自檢后要準(zhǔn)確判斷智能電力調(diào)壓器處于運行狀態(tài)還是設(shè)定狀態(tài)。如果處于設(shè)定狀態(tài)，則可以利用鍵盤來設(shè)定相關(guān)的參數(shù)，點擊進入鍵，選中設(shè)定菜單，選擇需要對設(shè)定參數(shù)進行改變的具體位置，然后利用上鍵以及下鍵來調(diào)整數(shù)值。[3]而如果處于運行狀態(tài)，則需要開展采樣工作，對數(shù)字進行濾波和處理，之后選擇合理的調(diào)壓方式：

（1）如果處于自動調(diào)壓的位置，要通過執(zhí)行相應(yīng)的程序?qū)﹄妷菏欠裨谝?guī)定范圍內(nèi)進行判斷。如果在規(guī)定范圍內(nèi)，則電壓滿足裝置的運行要求，不需要調(diào)壓直接可以進入顯示程序。如果電壓超出了上限范圍應(yīng)該適當(dāng)降壓；如果在下限范圍以外則應(yīng)該升壓，然后將實際調(diào)壓檔數(shù)計算出來，對變壓器分接頭所在的位置進行相應(yīng)調(diào)整，最終完成電壓的調(diào)整工作。

（2）如果處于手動調(diào)壓位置，需要對面板按鈕進行手動操作，實現(xiàn)電壓升降的目的。在完成調(diào)壓工作之后進入顯示程序，能夠?qū)⒆儔浩鞫螠y得的電壓值、電流值以及當(dāng)日調(diào)壓器的動作次數(shù)等實時顯示出來，以確保調(diào)壓器能夠保持連續(xù)不斷的運行。

2.程序控制的具體算法

四、結(jié)語

本文通過對智能電力調(diào)壓器進行試驗，發(fā)現(xiàn)該裝置都能夠在短時間內(nèi)有效的對電壓進行調(diào)節(jié)，避免了沖擊以及短路等問題，確保了電壓調(diào)節(jié)的平穩(wěn)性，達到了較為理想的調(diào)壓效果。由此可見，在智能電力調(diào)壓器中通過應(yīng)用PLC控制技術(shù)，能夠有效的實現(xiàn)對電壓自動檢測和調(diào)節(jié)的目的，加快了調(diào)壓速度，實際操作較為簡單，并且電壓調(diào)整不會發(fā)生沖擊問題，上位機能夠?qū)ρb置的各種工作狀態(tài)進行實時監(jiān)控，在變配電站改造以及管理方面發(fā)揮了極大的作用。

參考文獻：

[1]劉介才.工廠供電[M].第4版.北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[2]南京工學(xué)院.電力系統(tǒng)[M].北京：電力工業(yè)出版社，1998.

[3]林明星.電器控制及可編程序控制器[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[4]廖常初.PLC編程與應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

（責(zé)任編輯：孫晴）