Pangutana sa Pagdisenyo ug Pagtumong sa Makontrol nga Reactors alang sa Smart Grids

Ang mga reactor mahimongon ka importante sa pagkompensar sa reactive power sa sistema sa kuryente, uban ang magnetically controlled reactors isip pundok sa pananaliksik. Ang smart grid, nga nag-upgrade sa tradisyonal nga grid pinaagi sa advanced na teknolohiya, nag-ataas sa seguridad ug reliability, nag-ataas usab sa demand alang sa controllable reactors. Kini nagpahayag sa importansya sa pag-develop og bag-ong tipo. Ang makadaot nga dokumento, kasama ang praktikal, naghulagway sa ilang structural design ug aplikasyon aron mopadayon sa inobasyon ug mapataas ang construction sa smart grid.

1 Pungtud ug Status sa Aplikasyon sa Controllable Reactors
1.1 Pungtud

Para sa mga grid, ang controllable reactors nakapadaghan sa network losses, nagtaas sa power factor ngadto sa higit pa sa 0.9, nagsunod sa pagbawas sa oscillations, nagpadaghan sa damping limits, nagtaas sa transmission capacity, ug nagpadayon sa voltage stability. Para sa mga users, sila: ① Nagstabilize sa voltage, protektado ang mga equipment sama sa transformers, ug nagpadaghan sa service life. ② Nagwala sa harmonics, nagbawas sa losses, ug nagpadayon sa seguridad. ③ Nagkurba sa voltage flicker, nagpadayon sa kalidad sa kuryente. ④ Nagbawas sa reactive losses para sa mga high-demand users, nagbawas sa gasto sa kuryente. ⑤ Nag-enable sa capacity expansion sa mubo nga presyo pinaagi sa dynamic compensation.

1.2 Status sa Aplikasyon

Ang controllable reactors adunay maluwas nga aplikasyon sa mga sistema sa kuryente, sama sa mga power utilities, industrial utilities, renewable energy generation, ug uban pang mga sakop. Tungod sa pagdako sa demand sa kuryente ug upgrade sa mga transmission ug distribution grids, ang market demand alang sa controllable reactors usa ra ang nagdako.

Ang mga reactor adunay tulo ka klase: magnetic control, switch-throwing, ug electronic-switch control. Ang magnetic control reactors maghatag og continuous adjustment, dako nga kapasidad, ug mubo nga presyo pero may slow response, mataas nga loss vibration, ug harmonics. Ang switch-throwing ones nagsugyot sa pagwala sa vibration/harmonics pero nag-adjust discontinuously, limitado ang uso. Ang electronic-switch types maghatag og continuous adjustment pinaagi sa fast response pero may harmonics ug mataas nga presyo. Ang magnetic control reactors mas preferido. Aron matugutan ang smart grids, kinahanglan ang material/structural upgrades ug bag-ong designs.

2 Structural Design sa Controllable Reactors sa Smart Grids

Ang smart grid, o Grid 2.0, nabuo batas sa two-way communication networks. Igi-usa ang bag-ong equipment, teknolohiya, ug methods aron mapadayon ang grid safety, efficiency, environmental-friendliness, ug economy, mas maayo nga mogamit sa mga users' power quality needs. Ang controllable reactors mahimongon ka importante sa construction sa smart grid. Sumala ania ang ilang structural design batas sa nanocomposite magnetic materials.

2.1 Pagpili sa Magnetic Materials

Ang nanocomposite magnetic materials gihimo gikan sa nanocrystalline hard ug soft magnetic phases. Ang ilang grains nag-interact, nag-generate og coupled exchange effect batas sa current. Sa microscopically, sa phase interfaces, ang magnetic moments reorient fields batas sa interaction, nagtaas sa remanence. Sa controllable reactors: DC applied sa windings nag-create og excitation field, magnetizing the material; AC forms an attenuating field, demagnetizing it.

Gihimo pinaagi sa melt rapid quenching, ang material gi-temper aron i-adjust ang iyang microstructure. Kini nagpadaghan sa grains ug nagbawas sa coercivity, natugotan ang adjustment needs.

2.2 Overall Structural Design

Ang structure sa controllable reactor adunay tie rods, iron core, clamps, working windings, control windings, ug nanocomposite magnetic materials. Ang excitation column, gihimo gikan sa magnetic materials ug silicon steel sheets, nahimutang sa center. Ang working windings naka-flank niini, ang ilang outermost layers isip main magnetic circuits. Ang control winding nag-wrap sa magnetic materials.

Principle: Durante sa normal nga operasyon sa grid (walay harmonic suppression/reactive regulation needed), ang reactor nag-detect sa voltage, current, ug reactive power. Kini nga data migo sa control system aron ipatuman ang evaluation sa status sa grid. Batas sa harmonic suppression o reactive regulation, ang control system mag-adjust sa winding current. Ang magnetic materials mag-change sa reactance pinaagi sa magnetization. Kapag ang parameters naka-meet sa design specs, ang winding current mag-adjust balik aron idemagnetize ang materials back to zero remanence.

Sumala sa design circuit, ignoring primary- and secondary-side leakage fluxes, kita makakuhog:

Kung diin: E₁ representa ang induced electromotive force sa W₁; E₂ representa ang induced electromotive force sa W₂; E₃ representa ang induced electromotive force sa W₃. Mas padayon, pinaagi sa paggamit sa T-type circuit aron equire sa two-port network sa controllable reactor, kita makakuhog:

Pagbutang I_k = β I_g, ug ang inductance value sa working port mao kini:

Ang reactance control coefficient mao ang α, ug I_k = αI_g. Ang relasyon sa pagitan sa reactance sa working port ug α mao kini:

Pinaagi sa pag-connect sa working port sa parallel sa power grid ug trating U₁ isip constant, kita makakuhog sa sumala nga system of equations:

Kung diin: I_g ug I_k representa ang effective values sa currents sa duha ka ports; U_k representa ang effective value sa voltage sa control port. Pag-solve sa system of equations sa Formula (5) kita makakuhog sa operating performance indicators sa controllable reactor.

2.3 Control System Design

Ang control system adunay main circuit (adjusting magnetic material remanence) ug detection-control subsystem (monitoring electrical parameters), nagtrabaho sama-sama aron mapatuman ang management goals. Batas sa grid operation nga nanginahanglan og reactance adjustment, ang main circuit mag-apply og currents aron magnetize/demagnetize materials, samantalang ang subsystem nag-monitor sa loads aron mapadayon ang parameters optimal, sigurado ang grid stability. Ang changes sa reactance gikan sa shifts sa core magnetic state. Ang controllable rectification maghatag og millisecond-level AC output, natugotan ang rapid magnetic state conversion needs. Ang sistema mag-issue og commands aron suppresion sa harmonics ug regulate reactive power, maintaining grid stability.

Operasyon process: 1) Detect grid status, collect parameters, ug assess stability. 2) Batas sa voltage fluctuations/harmonics, ang control system sa reactor mag-issue og commands. 3) Ang main circuit mag-output adjustable inductance; materials magnetize, altering remanence/core state ug thus reactor inductance. 4) Post-adjustment, reverse-adjust inductance aron demagnetize materials ug reset the reactor. Ang Matlab simulations verified system accuracy: 15 A magnetizing current ug 220 V demagnetizing voltage nga stable waveforms, meeting magnetization/demagnetization requirements.

3 Experimental Analysis sa Reactance Adjustment Effect

Batason pag-verify sa reactor's reactance adjustment performance, gibuild ang prototype ug supporting control system sumala sa design ug simulations. Ang experiments analyzed inductance distribution characteristics ug evaluated grid power quality changes.

3.1 Stability sa Controllable Reactor

Sa eksperimento, gicollect ang data aron plot-on ang volt-ampere characteristic curve ug operating current curve sa controllable reactor. Ang resulta mosulti nga: ① Kon ang voltage value mag-increase, ang current sa working winding mag-increase, ug ang duha adunay linear relationship, mosulti nga sa uban sa different magnetizing voltages, ang inductance value stay within a relatively constant range. ② Kon ang magnetizing voltage 0-35 V, ang inductance mag-decrease gikan sa 0.74 H ngadto sa 0.61 H, ug ang inductance output stable, meeting the requirement for smooth adjustment. Ang change sa inductance batas sa magnetizing voltage mosulti sa Table 2.

Sa karon nga pag-aaral, ang change sa inductance value sa controllable reactor gipahibalo pinaagi sa magnetization ug demagnetization sa magnetic materials, nga depende sa alternating current ug direct current passed into the control winding. Kini nga operasyon maghatag usab og disturbances sa working winding. Kini nimo-necessitate ang further analysis sa iyang working transient process. Batas niini, gigamit ang mixed-domain oscilloscope aron icollect ang current waveforms sa magnetic materials batas sa magnetization ug demagnetization. Ang resulta mosulti nga ang reactor respond rapido, ug ang current waveform naka-stable state human natapos ang magnetization.

3.2 Measured Results sa Inductance Value

Sa actual operation sa controllable reactor, ang inductance values obtained sa pag-apply sa different magnetizing voltages mosulti sa Table 3. Ang analysis mosulti nga: ① Ang inductance value sa reactor change approximately linearly batas sa variation sa remanence sa magnetic material. Kini mosulti nga mesmo ang slight change sa DC voltage kay mag-effective adjust sa inductance value sa reactor. ② Pinaagi sa precise regulation sa magnetic state sa magnetic material, ang controllable reactor mahimo flexible change sa iyang inductance value, thereby achieving effective compensation sa reactive power sa power line.

3.3 Changes sa Power Grid Power Quality

Sa power system, ang current ug voltage changes sa high-voltage side sa transformer bago ug human sa paggamit sa controllable reactor girecord, ug ang harmonic characteristics giotsohan. Ang resulta mosulti sa Table 4. Ang analysis mosulti nga: ① Bago ang paggamit sa controllable reactor, ang current ug voltage changes sa high-voltage side komplikado, ug ang ilang waveforms walay regular features; human sa paggamit sa controllable reactor, ang current ug voltage waveforms sa high-voltage side gi-improve ug adunay obvious regular features. ② Human sa paggamit sa controllable reactor, ang harmonic content nagbawas, ang active power nagtaas, ug ang power quality significantly improved.

4 Conclusion

Sa conclusion, ang mga reactor naglupot og crucial role sa mga sistema sa kuryente, stabilizing voltage, suppressing harmonics, damping oscillations, ug boosting power factor. Sa existing types, ang magnetically controlled reactors, may continuous reactance adjustment, large capacity, ug low cost, adunay maluwas nga ginagamit sa mga sistema sa kuryente. Batas sa pag-address sa issues sama sa slow response ug high loss vibration sa magnetically controlled reactors, kini nga pag-aaral nagdesign og controllable reactor gamit ang nanocomposite magnetic materials.

Experimental conclusions: ① Ang reactor respond rapido, may stable current waveforms human natapos ang magnetization. ② Ang even small DC voltage changes kay mag-effective adjust sa inductance. Pinaagi sa precise regulation sa magnetic state sa materials, ang reactor flexible change sa inductance aron compensate reactive power sa power lines. ③ Human sa paggamit, ang high-voltage side current/voltage waveforms ug power quality improve significantly, suitable sa smart grid promotion. Sa future, pinaagi sa new materials, technologies, ug processes, ang controllable reactors mahimo optimize aron mas maayo nga tugotan ang smart grid needs ug ensure stable grid operation.