Strukturele Ontwerp en Toepassing van Bestuurbare Reaktors vir Slimme Netwerke
Reaktors is essensieel vir reaktiewe kragkompensasie in kragstelsels, met magtig beheerde reaktors as 'n navorsingsfokus. 'n Slimme rooster wat die tradisionele een deur gevorderde tegnologie opskryf, verhoog veiligheid en betroubaarheid, wat die vraag na beheerbare reaktors verhoog. Daarom is dit belangrik om nuwe tipes te ontwikkel. Hierdie artikel ondersoek, in samehang met praktyk, hul strukturele ontwerp en toepassing om innovering te bevorder en slimme roosterkonstruksie te verbeter.
1 Funksies en Toepassingsstatus van Beheerbare Reaktors
1.1 Funksies
Vir roosters sny beheerbare reaktors netwerkverlies, verhoog die kragfaktor bo 0,9, verminder osillasies, brei dempinggrense uit, verhoog oordraagkapasiteit, en verhoog spantingstabiliteit. Vir gebruikers doen hulle: ① Stabiliseer spanting, beskerm toerusting soos transformateurs, en verleng diensleeftyd. ② Verwyder harmoniese, sny verliesse, en verbeter veiligheid. ③ Verminder spantingflakkering, wat kragkwaliteit verhoog. ④ Sny reaktiewe verliese vir hoëvraaggebruikers, wat elektrisiteitskoste verminder. ⑤ Maak kapasiteitsuitbreiding teen lae koste moontlik deur middel van dinamiese kompensasie.
1.2 Toepassingsstatus
Beheerbare reaktors word wyd toegepas in kragstelsels, soos by kragverskaffers, industriële nutsbedrywe, nuwe-energie-kragopwekking en ander velde. Met die toename in kragvraag en die opgradering van kragoordraag- en -verspreidingsroosters, neem die markvraag na beheerbare reaktors ook toe.
Reaktors val in drie tipes: magtige beheer, swaarbeheer, en elektroniese-swaarbeheer. Magtig beheerde reaktors bied kontinue aanpassing, groot kapasiteit, en lae koste, maar het traag reaksie, hoë verliesvibrasie, en harmoniese. Swaarbeheerde eenhede vermy vibrasie/harmoniese, maar pas diskontinu aan, wat gebruik beperk. Elektroniese-swaarbeheerde tipes maak kontinue aanpassing met vinnige reaksie moontlik, maar ly onder harmoniese en hoë koste. Magtig beheerde reaktors is voorkeurlik. Om slimme roosters te pas, is materiaal/strukturele opgraderings en nuwe ontwerpe nodig.
2 Strukturele Ontwerp van Beheerbare Reaktors in Slimme Roosters
Die slimme rooster, of Rooster 2.0, bou op twee-rigting kommunikasienetwerke. Dit gebruik nuwe toerusting, tegnologie, en metodes om roosterveiligheid, doeltreffendheid, omgewingsvriendelikheid, en ekonomie te verhoog, om beter aan gebruikers se kragkwaliteitbehoeftes te voldoen. Beheerbare reaktors is essensieel vir slimme roosterkonstruksie. Hieronder volg hul strukturele ontwerp gebaseer op nanokomposietmagnetiese materiale.
2.1 Seleksie van Magnetiese Materiale
Nanokomposietmagnetiese materiale bestaan uit nanokristalliene harde en sagte magnetiese fases. Hul korrels interakteer, wat 'n gekoppelde uitwisselingseffek genereer onder stroom. Mikroskopies, by fase-interfaces, heroriënteer magnetiese momente velds tydens interaksie, wat remanens verhoog. In beheerbare reaktors: DC toegepas op windings skep 'n opwindingveld, wat die materiaal magnetiseer; AC vorm 'n verminderingveld, wat dit demagnetiseer.
Gevat deur smeltvlugquenching, ondergaan die materiaal tempering om sy mikrostruktuur aan te pas. Dit vergroot korrels en verminder coerciviteit, wat aanpassingsbehoeftes voldoen.
2.2 Algemene Strukturele Ontwerp
Die struktuur van die beheerbare reaktor bestaan uit skakelaars, 'n yserkerne, klems, werkwindings, beheerwindings, en nanokomposietmagnetiese materiale. Die opwindingkolom, gemaak van magnetiese materiale en silikonstaalplaatjies, sit in die middel. Werkwindings flank dit, met hul buiteste liggings as hoofmagnetiese sirkels. Die beheerwinding wond om die magnetiese materiale.
Prinsip: Tydens normale roosteroperasie (geen harmoniese onderdrukking/reaktiewe regulering nodig), detekteer die reaktor spanting, stroom, en reaktiewe krag. Hierdie data gaan na die beheersisteem vir roosterstatus evaluering. Vir harmoniese onderdrukking of reaktiewe regulering, pas die beheersisteem windingstroom aan. Magnetiese materiale verander reactansie deur magnetisering. Eenmaal parameters aan ontwerpsoekers voldoen, word windingstroom weer aangepas om materiale terug tot nul remanens te demagnetiseer.
Volgens die ontwerp-sirkel, ignorerende primêre- en sekondêre-kant lekfluxe, kry ons:
Waar: E1 voorstel die geïnduseerde elektromotiewe krag van W1; E2 voorskryf die geïnduseerde elektromotiewe krag van W2; E3 voorskryf die geïnduseerde elektromotiewe krag van W3. Verder, deur 'n T-tipe sirkel te gebruik om die twee-poortnetwerk van die beheerbare reaktor te evalueer, kan ons verkry:
Laat Ik = β Ig, en die spoedheidswaarde van die werkpoort is:
Die reactansiebeheerkoëffisiënt is α, en Ik = &α;Ig. Die verhouding tussen die reactansie van die werkpoort en &α; is:
Deur die werkpoort parallel met die kragrooster te verbind en U1 as konstant te behandel, kan die volgende stelsel van vergelykings verkry word:
Waar: Ig en Ik dui die effektiewe waardes van die strome by die twee poorte aan; Uk voorskryf die effektiewe waarde van die spanting by die beheerpoort. Deur die stelsel van vergelykings in Formule (5) op te los, kan ons die bedryfsprestasie-indikatore van die beheerbare reaktor verkry.
2.3 Beheersisteem Ontwerp
Die beheersisteem bestaan uit 'n hoofkring (wat die remanens van magnetiese materiale aanpas) en 'n opsporing-beheer-onderstelsel (wat elektriese parameters moniteer), wat saamwerk om bestuurdoelwitte te bereik. Wanneer roosteroperasie reactansie-aanpassing vereis, pas die hoofkring strome aan om materiale te magnetiseer/demagnetiseer, terwyl die onderstelsel belastings moniteer om parameters optimaal te hou, wat roosterstabiliteit verseker. Reactansie-veranderinge kom van kernmagnetiese toestandswisselinge. Beheerbare rektifikasie maak millisekondevlak AC-uitset moontlik, wat snelle magnetiese toestandswisselings behoefte vervul. Die stelsel gee bevels om die reaktor te laat harmoniese onderdruk en reaktiewe krag reguleer, om roosterstabiliteit te handhaaf.
Operasieproses: 1) Opspoor roosterstatus, versamel parameters, en evalueer stabiliteit. 2) Wanneer spantingsfluktuasies/harmoniese voorkom, gee die reaktor se beheersisteem bevels. 3) Die hoofkring gee aanpasbare induktansie uit; materiale magnetiseer, verander remanens/kerntoestand, en dus reaktor induktansie. 4) Na aanpassing, keerom induktansie aanpas om materiale te demagnetiseer en die reaktor te herstel. Matlab simulasies het stelselakkuraatheid bevestig: 15 A magnetiseringsstroom en 220 V demagnetiseringspanning met stabiele golwe, wat magnetiserings/demagnetiseringsbehoeftes vervul.
3 Eksperimentele Analise van Reactansie-aanpassing Effek
Om die reaktor se reactansie-aanpassingprestasie te verifieer, is 'n prototipe en ondersteunende beheersisteem gebou volgens ontwerp en simulasies. Eksperimente het induktansieverdelingskenmerke geanaliseer en roosterkragkwaliteitsveranderinge geëvalueer.
3.1 Stabiliteit van die Beheerbare Reaktor
In die eksperiment is data ingesamel om die volt-ampère kenmerkkromme en bedryfstroomkromme van die beheerbare reaktor te teken. Die resultate wys dat: ① As die spanningswaarde verhoog, styg die stroom van die werkwindings, en die twee vertoon 'n lineêre verhouding, wat dui dat onder verskillende magnetiseringspannings, die induktansiewaarde binne 'n relatief konstante reeks bly. ② Wanneer die magnetiseringspanning 0–35 V is, daal die induktansie van 0,74 H na 0,61 H, en die induktansie-uitset is stabiel, wat die vereiste vir gladde aanpassing voldoen. Die verandering van induktansie met die magnetiseringspanning word in Tabel 2 getoon.
In hierdie studie word die verandering in die induktansiewaarde van die beheerbare reaktor deur die magnetisering en demagnetisering van magnetiese materiale bereik, wat op sy beurt afhang van die wisselstroom en direkstroom wat in die beheerwinding gegee word. Hierdie operasie sal ook stoornisse bring aan die werkwindings. Daarom is dit nodig om sy werktransiëntproses verder te analiseer. Hiervoor is 'n gemengde-domein oscilloscoop gebruik om die stroomgolwe van die magnetiese materiale tydens magnetisering en demagnetisering in te samel. Die resultate wys dat die reaktor vinnig reageer, en die stroomgolf is in 'n stabiele toestand nadat magnetisering voltooi is.
3.2 Gemete Resultate van Induktansiewaarde
Tydens die werklike operasie van die beheerbare reaktor, word die induktansiewaardes verkry deur verskillende magnetiseringspannings toe te pas, soos in Tabel 3 getoon. Die analise wys dat: ① Die induktansiewaarde van die reaktor verander ongeveer lineêr met die variasie van die remanens van die magnetiese materiaal. Dit beteken dat selfs 'n klein verandering in die DC-spanning effektief die induktansiewaarde van die reaktor kan aanpas. ② Deur die magnetiese toestand van die magnetiese materiaal presies te reguleer, kan die beheerbare reaktor sy induktansiewaarde flexibel verander, en dus effektiewe kompensasie van die reaktiewe krag in die kraglyn bewerkstellig.
3.3 Veranderinge in Kragroosterkragkwaliteit
In die kragstelsel is die stroom- en spanningsveranderinge aan die hoogspanningskant van die transformator voor en na die gebruik van die beheerbare reaktor opgeteken, en die harmoniese kenmerke waargeneem. Die resultate word in Tabel 4 getoon. Die analise wys dat: ① Voor die gebruik van die beheerbare reaktor was die stroom- en spanningsveranderinge aan die hoogspanningskant kompleks, en hul golwe het geen regelmatige kenmerke nie; na die gebruik van die beheerbare reaktor is die stroom- en spanningsgolwe aan die hoogspanningskant verbeter en het duidelike regelmatige kenmerke. ② Na die gebruik van die beheerbare reaktor het die harmoniese inhoud verminder, die aktiewe krag verhoog, en die kragkwaliteit beduidend verbeter.
4 Gevolgtrekking
In die opsomming speel reaktors 'n kritieke rol in kragstelsels, deur spanting te stabiliseer, harmoniese te onderdruk, osillasies te demp, en die kragfaktor te verhoog. Onder bestaande tipes bied magtig beheerde reaktors, met kontinue reactansie-aanpassing, groot kapasiteit, en lae koste, wyd toegepas in kragstelsels. Om probleme soos traag reaksie en hoë verliesvibrasie van magtig beheerde reaktors aan te spreek, ontwerp hierdie studie 'n beheerbare reaktor met nanokomposietmagnetiese materiale.
Eksperimentele gevolgtrekkings: ① Die reaktor reageer vinnig, met stabiele stroomgolwe na magnetisering. ② Selfs klein DC-spanningsveranderinge kan effektief induktansie aanpas. Deur die magnetiese toestand van materiale presies te reguleer, kan die reaktor sy induktansie flexibel verander om reaktiewe krag in kraglyne te kompenseer. ③ Na toepassing, verbeter die hoogspanningskant stroom/spanningsgolwe en kragkwaliteit beduidend, geskik vir slimme roosterpromosie. In die toekoms, met nuwe materiale, tegnologie, en prosesse, sal beheerbare reaktors geoptimeer word om beter aan slimme roosterbehoeftes te voldoen en stabiele roosteroperasie te verseker.
