Ağıllı şəbəkələr üçün nəzarət edilə bilən reaktorların struktural dizaynı və tətbiqi

Reaktorlar elektrik sistemlərdə reaktiv gücü kompensasiya etməkdə kilit rol oynayır və manyetik idarə olunan reaktorlar araşdırma fokusudur. İleri texnologiyalara əsaslanan akıllı şəbəkə, tradisional şəbəkəni yüksəltir, tibqəti və məxfiliyi artırır, bu da idarə olunan reaktorlar üçün tələbləri yüksəldir. Bu səbəbdən, yeni növ reaktorların inkişafı önəmlidir. Bu məqalə praktikanın əsasında, onların strukturlu dizaynını və tətbiqini araşdırarak innovasiyaya və akıllı şəbəkənin qurulmasına tövsiyyə edir.

1 Idarə Olunan Reaktorların Funksiyaları və Tətbiq Durumu
1.1 Funksiyalar

Şəbəkələr üçün, idarə olunan reaktorlar şəbəkə zədələrini azaldır, güc faktorunu 0.9-dan yuxarı çəkir, osillasyonları azaldır, dempfərsiz limitləri genişləndirir, transmisyon kapasitesini artırır və voltaj stabilliyini artırır. İstifadəçilər üçün onlar: ① Voltaj stabilliyini artırır, transformator kimi ehtiyatları qoruyur və istehsal ömrünü uzadır. ② Harmonikləri silir, zədələri azaldır və tibqəti artırır. ③ Voltaj titrəməsini azaldır, enerji keyfiyyətini artırır. ④ Yüksək tələbli istifadəçilər üçün reaktiv zədələri azaldır, elektrik maliyyətini düşür. ⑤ Dinamik kompensasiya vasitəsilə ucuzda kapasite genişləndirməyə imkan verir.

1.2 Tətbiq Durumu

İdarə olunan reaktorlar elektrik sistemlərində, elektrik şirkətlərində, endüstriy dairələrində, yeni enerji nəqli və digər sahələrdə geniş şəkildə tətbiq olunur. Elektrik tələbinin artması və elektrik nəqli və tədbir sisteminin yüksəlməsi ilə birlikdə, idarə olunan reaktorlar üçün bazar tələbi də artmaqdadır.

Reaktorlar üç növə bölünür: manyetik idarə, kontakt atma və elektronik kontakt idarə. Manyetik idarə edilən reaktorlar davamlı ayarlamaya, böyük kapasiteyə və ucuz qiymətə malikdir, amma yavaş cavab verməyə, yüksək zədə titrəməsinə və harmoniklərə malikdir. Kontakt atma növləri titrəmə/harmoniklərdən qaçırır, amma davamlı ayarlamaq mümkün deyil, bu da onların istifadəsini məhdudlaşdırır. Elektronik kontakt növləri davamlı ayarlamaya və tez cavab verməyə imkan verir, amma harmoniklər və yüksək qiymət var. Manyetik idarə edilən reaktorlar üstünlük gətirir. Akıllı şəbəkələrə uyğun olaraq, material/struktural yeniliklər və yeni dizaynlar lazımdır.

2 Akıllı Şəbəkələrdə İdarə Olunan Reaktorların Strukturlu Dizaynı

Akıllı şəbəkə, ya da Grid 2.0, iki tərəfli kommunikasiya şəbəkələrinə əsaslanır. Yeni ehtiyat, texnologiya və üsullar istifadə edərək, şəbəkənin tibqətini, effektivliyini, ekoloji dostluğunu və iqtisadiyyətini artırır, istifadəçilərin enerji keyfiyyəti tələblərinə daha yaxşı cavab verir. İdarə olunan reaktorlar akıllı şəbəkə qurulumunda kilit rol oynayır. Aşağıda nanokompozit manyetik materiallar əsasında onların strukturlu dizaynı göstərilir.

2.1 Manyetik Materialların Seçimi

Nanokompozit manyetik materiallar nanokristallik çətin və yumşaq manyetik fazlardan ibarətdir. Onların zərələri bir-biri ilə münasibət qurur, cürək altında birgə mübadilə effektini yaratır. Mikroskopik olaraq, faz arayüzündə, manyetik momentlər müntəzəm interaksiyada olan sahələri yenidən oryentasiya edir, bu da reziduvarlığı artırır. İdarə olunan reaktorlarda: DC sarımların uzaqlığında bir təşviq sahəsi yaratır, materialı manyetizasiya edir; AC isə zayıflayan sahəni yaratır, onu demanyetizasiya edir.

Erəyən hərəkət metodu ilə hazırlanmış material, mikrostrukturunu düzəltmək üçün tempering edilir. Bu, zərələri böyütmək və zorlamalı xassələri azaltmaq üçün tələblərə uyğun gəlir.

2.2 Ümumi Strukturlu Dizayn

İdarə olunan reaktorun strukturu, bağlayıcı bacalar, demir çekirde, klamlar, işləmə sarımlar, idarə sarımlar və nanokompozit manyetik materialdan ibarətdir. Merkezində manyetik material və silis demirdən hazırlanmış təşviq stolbu yer alır. İşləmə sarımlar onun yanına yerləşir, ən dış qatları əsas manyetik konturlardır. İdarə sarımı manyetik materialın etrafına sarılır.

Prinsip: Normal şəbəkə işləməsində (harmonik ləğv/reaktiv regulyasiya tələb olunmur), reaktor voltaj, cərəyan və reaktiv gücü aşkar edir. Bu məlumatlar şəbəkə statusunun qiymətləndirilməsi üçün idarə sistemindən keçir. Harmonik ləğv və ya reaktiv regulyasiya üçün, idarə sistemi sarım cərəyanını ayarlar. Manyetik materiallar manyetizasiya vasitəsilə reaktivlik dəyişir. Parametrlər dizayn spesifikasiyalara uyğun olduğunda, sarım cərəyanı yenidən ayarlanır və materiallar sıfır reziduvarlığa qədər demanyetizasiya olunur.

Dizayn şəmasına görə, birinci və ikinci tərəfdəki sızmaları nəzərə almadan, alınır:

Burada: E₁ W₁-in induksiya edilmiş elektrik potansialını ifadə edir; E₂ W₂-nin induksiya edilmiş elektrik potansialını ifadə edir; E₃ W₃-ün induksiya edilmiş elektrik potansialını ifadə edir. Daha sonra, T-növ şəması ilə idarə olunan reaktorun iki port şəbəkəsinə bərabər edərək, aşağıdakı nəticələr alınır:

Birinji portun induktiv qiyməti:

Reaktivlik idarə koeffisiyenti α və I_k = αI_g. Birinji portun reaktivliyi və α arasındakı əlaqə:

Birinji portu elektrik şəbəkəsi ilə paralel qoşduqda və U₁ sabit kimi qəbul etdikdə, aşağıdakı sistem tənlikləri alınır:

Burada: I_g və I_k iki portdakı cərəyanların effektiv qiymətlərini ifadə edir; U_k idarə portundakı voltajın effektiv qiymətini ifadə edir. Formula (5) sistem tənliklərinin həlli, idarə olunan reaktorun işləmə performans göstəricilərini əldə etməyə imkan verir.

2.3 İdarə Sisteminin Dizaynı

İdarə sistemi, manyetik materialın reziduvarlığını ayarlamaq (əsas şəbəkə) və elektrik parametrlərini izləmək (idarə-izləmə alt sistemi) olan iki hissədən ibarətdir və bu hissələr birlikdə idarə etmə məqsədləri həqiqiyyətə çevirmək üçün işləyirlər. Şəbəkənin reaktivlik ayarlanması tələb edildiyi zaman, əsas şəbəkə materialı manyetizasiya və ya demanyetizasiya etmək üçün cərəyanlar təmin edir, idarə-izləmə alt sistemi isə yükü izləyir və parametrləri optimallaşdırır, şəbəkənin tibqətini saxlayır. Reaktivlik dəyişiklikləri demir çekirde manyetik vəziyyətinin dəyişməsi nəticəsində yaranır. İdarə olunan redaksiya millisekund səviyyəsində AC çıxışı təmin edir, bu da sürətli manyetik vəziyyət dəyişməsinə imkan verir. Sistem reaktora harmonikləri ləğv etmək və reaktiv gücləri idarə etmək üçün buyruqlar verir, bu da şəbəkənin tibqətini saxlayır.

İşləmə prosesi: 1) Şəbəkə statusunu aşkar edin, parametrləri toplayın və tibqəti qiymətləndirin. 2) Voltaj dalgalanması və ya harmoniklər baş verdiqda, reaktorun idarə sistemi buyruqlar verir. 3) Əsas şəbəkə dəyişə bilən induktivlik təmin edir; material manyetizasiya olunur, reziduvarlıq və demir çekirde dəyişir, bu da reaktorun induktivliyini dəyişir. 4) Ayarlandıqdan sonra, induktivliyi tərs ayarla, materialı demanyetizasiya edin və reaktoru sıfırlayın. Matlab simulasiyaları sistemin dəqiqliğını təsdiqləyib: 15 A manyetizasiya cərəyanı və 220 V demanyetizasiya voltajı ilə stabil dalga forması, manyetizasiya və demanyetizasiya tələblərinə uyğun gəlir.

3 Reaktivlik Ayarlanmanın Eksperimental Analizi

Reaktorun reaktivlik ayarlanma performansını təsdiqləmək üçün, dizayn və simulasiyalar əsasında prototip və dəstəkləyici idarə sistemi quruldu. Eksperimentlər, induktivlik paylanmasını analiz edib və şəbəkə enerji keyfiyyətinin dəyişməsini qiymətləndirdi.

3.1 İdarə Olunan Reaktorun Stabililiyi

Eksperimendə, idarə olunan reaktorun volt-amper xüsusiyyət qarisasını və işləmə cərəyan qarisasını təsvir etmək üçün məlumat toplandı. Nəticələr göstərir ki: ① Voltaj dəyəri artıqca, işləmə sarımının cərəyanı artır, və iki dəyər arasında xətti əlaqə yaranır, bu da fərqli manyetizasiya voltajlarında induktivlik dəyəri nisbətən sabit qalan diapazona daxildir. ② Manyetizasiya voltajı 0-35 V olduqda, induktivlik 0.74 H-dən 0.61 H-ə qədər azalır və induktivlik çıxışı sabitdir, mütləq ayarlanma tələblərinə uyğun gəlir. Manyetizasiya voltajına görə induktivliyin dəyişməsi Cədvəl 2-də göstərilir.

Bu araşdırmada, idarə olunan reaktorun induktivlik dəyərinin dəyişməsi, manyetik materialın manyetizasiya və demanyetizasiya olunması vasitəsilə həyata keçirilir, bu da növbəti olaraq idarə sarımına alternativ və direkt cərəyan keçirilərə asılıdır. Bu əməliyyat, işləmə sarımına da təsir edə bilər. Bu səbəbdən, onun işləmə köhnəsindən daha da analiz edilməlidir. Bu məqsədə, manyetik materialın manyetizasiya və demanyetizasiya olunması zamanı cərəyan dalga formalarını toplamaq üçün bir qarışık domen osiloskopu istifadə edildi. Nəticələr göstərir ki, reaktor tez cavab verir və manyetizasiya tamamlandıqdan sonra cərəyan dalga forması sabit vəziyyətdədir.

3.2 Induktivlik Dəyərinin Ölçülən Nəticələri

İdarə olunan reaktorun faktiki işləməsi zamanı, fərqli manyetizasiya voltajlarına tətbiq edilən induktivlik dəyərləri Cədvəl 3-də göstərilir. Analiz göstərir ki: ① Reaktorun induktivlik dəyəri, manyetik materialın reziduvarlığının dəyişməsi ilə təxminən xətti əlaqədə dəyişir. Bu, DC voltajında hətta kiçik dəyişikliklər də reaktorun induktivlik dəyərini effektiv şəkildə ayarlaya bilər. ② Manyetik materialın manyetik vəziyyətini dəqiqliklə idarə edərək, idarə olunan reaktor induktivlik dəyərini fleksibil şəkildə dəyişdirə bilər, bu da elektrik şəbəkəsində reaktiv gücün effektiv kompensasiyasını təmin edir.

3.3 Elektrik Şəbəkəsindəki Güc Keyfiyyətinin Dəyişmələri

Elektrik sistemində, idarə olunan reaktorun istifadəsi əvvəl və sonra, transformatorun yüksək voltaj tərəfindəki cərəyan və voltaj dəyişiklikləri qeyd edildi və harmonik xüsusiyyətləri nəzərə alındı. Nəticələr Cədvəl 4-də göstərilir. Analiz göstərir ki: ① İdarə olunan reaktorun istifadəsi əvvəl, transformatorun yüksək voltaj tərəfindəki cərəyan və voltaj dəyişiklikləri mürəkkəb idi və onların dalga formaları qaydalı xüsusiyyətlərə malik deyildi; idarə olunan reaktorun istifadəsi sonra, yüksək voltaj tərəfindəki cərəyan və voltaj dalga formaları iyileşdi və qaydalı xüsusiyyətlərə malik oldular. ② İdarə olunan reaktorun istifadəsi sonra, harmonik məzmunu azaldıldı, aktiv güc arttı və enerji keyfiyyəti nəticəsən yüksəldi.

4 Nəticə

Nəticədə, reaktorlar elektrik sistemlərdə kilit rol oynayır, voltajı sabitləşdirir, harmonikləri azaldır, osillasyonları dempe edir və güc faktorunu artırır. Mövcud növlər arasında, davamlı reaktivlik ayarlaması, böyük kapasite və ucuz qiymətlə malik manyetik idarə olunan reaktorlar elektrik sistemlərində geniş şəkildə tətbiq olunur. Manyetik idarə olunan reaktorların yavaş cavab verməsi və yüksək zədə titrəməsi kimi problemləri həll etmək üçün, bu araşdırmada nanokompozit manyetik materiallardan istifadə edərək idarə olunan reaktor dizayn edildi.

Eksperimental nəticələr: ① Reaktor tez cavab verir, manyetizasiya bitdikdən sonra cərəyan dalga formaları sabit vəziyyətdədir. ② Hətta kiçik DC voltaj dəyişiklikləri də induktivlik dəyərini effektiv şəkildə ayarlaya bilər. Manyetik materialın manyetik vəziyyətini dəqiqliklə idarə edərək, reaktor induktivlik dəyərini fleksibil şəkildə dəyişdirə və elektrik şəbəkəsində reaktiv gücü kompensasiya etmək üçün imkan yaradır. ③ İdarə olunan reaktorun tətbiqindən sonra, yüksək voltaj tərəfindəki cərəyan və voltaj dalga formaları və enerji keyfiyyəti nəticəsən yüksəldi, bu da akıllı şəbəkənin yayılmasına uyğundur. Gələcəkdə, yeni materiallar, texnologiyalar və prosesslər ilə, idarə olunan reaktorlar akıllı şəbəkələrin tələblərinə daha yaxşı uyğunlaşdırıla bilər və şəbəkənin tibqətli işləməsini təmin edə bilər.