Strukturdesign und Anwendung steuerbarer Reaktoren für intelligente Netze

Reaktoren sind entscheidend für die Blindleistungskompensation in Stromnetzen, wobei magnetisch gesteuerte Reaktoren ein Forschungsschwerpunkt sind. Ein Smart Grid, das traditionelle Netze durch fortschrittliche Technologien verbessert, erhöht Sicherheit und Zuverlässigkeit, was die Nachfrage nach steuerbaren Reaktoren anhebt. Daher ist die Entwicklung neuer Typen von Bedeutung. Dieser Artikel untersucht anhand der Praxis ihre strukturelle Gestaltung und Anwendung, um Innovationen zu fördern und den Aufbau des Smart Grids zu verbessern.

1 Funktionen und Anwendungsstatus von steuerbaren Reaktoren
1.1 Funktionen

Für Netze reduzieren steuerbare Reaktoren Netzverluste, heben den Leistungsfaktor über 0,9, verringern Schwingungen, erweitern Dämpfungsgrenzen, erhöhen die Transmissionskapazität und verbessern die Spannungsstabilität. Für Nutzer bieten sie: ① Stabilisierung der Spannung, Schutz von Ausrüstungen wie Transformator und Verlängerung der Lebensdauer. ② Eliminierung von Harmonischen, Reduzierung von Verlusten und Verbesserung der Sicherheit. ③ Minderung von Spannungsschwankungen, Verbesserung der Stromqualität. ④ Reduzierung von Blindleistungsverlusten bei starken Verbrauchern, Senkung der Stromkosten. ⑤ Kostengünstige Kapazitätserweiterung durch dynamische Kompensation.

1.2 Anwendungsstatus

Steuerbare Reaktoren finden weite Anwendung in Stromsystemen, wie in Energieversorgungsunternehmen, Industrieversorgungen, Erneuerbarer-Energien-Generierung und anderen Bereichen. Mit dem Anstieg der Stromnachfrage und dem Upgrade der Stromübertragungs- und -verteilungsnetze steigt auch die Marktnachfrage nach steuerbaren Reaktoren.

Reaktoren werden in drei Typen unterteilt: magnetisch gesteuert, schaltend und elektronisch-schaltend. Magnetisch gesteuerte Reaktoren bieten kontinuierliche Anpassung, große Kapazität und niedrige Kosten, aber langsame Reaktion, hohe Verlustvibrationen und Harmonische. Schaltende Reaktoren vermeiden Vibrationen/Harmonische, passen sich jedoch diskontinuierlich an, was ihre Nutzung einschränkt. Elektronisch-schaltende Reaktoren ermöglichen kontinuierliche Anpassung mit schneller Reaktion, leiden jedoch unter Harmonischen und hohen Kosten. Magnetisch gesteuerte Reaktoren sind bevorzugt. Um Smart Grids gerecht zu werden, sind Material- und Strukturverbesserungen sowie neue Designs erforderlich.

2 Strukturdesign von steuerbaren Reaktoren in Smart Grids

Das Smart Grid, oder Grid 2.0, baut auf bidirektionalen Kommunikationsnetzen auf. Es verwendet neue Geräte, Technologien und Methoden, um die Sicherheit, Effizienz, Umweltfreundlichkeit und Wirtschaftlichkeit des Netzes zu steigern und die Qualitätsanforderungen der Nutzer besser zu erfüllen. Steuerbare Reaktoren sind entscheidend für den Aufbau des Smart Grids. Im Folgenden wird ihr strukturelles Design auf Basis von Nanokompositmagnetmaterialien dargestellt.

2.1 Auswahl von Magnetmaterialien

Nanokompositmagnetmaterialien bestehen aus nanokristallinen harten und weichen magnetischen Phasen. Ihre Körner interagieren und erzeugen einen gekoppelten Austauscheffekt unter Strom. Mikroskopisch reorientieren sich die magnetischen Momente an den Phasengrenzen während der Interaktion, was die Remanenz erhöht. In steuerbaren Reaktoren: Gleichstrom, der in Wicklungen angewendet wird, erzeugt ein Anregungsfeld, das das Material magnetisiert; Wechselstrom bildet ein abfallendes Feld, das es demagnetisiert.

Das Material wird durch Schmelzen und schnelles Abkühlen hergestellt und anschließend temperiert, um seine Mikrostruktur anzupassen. Dies vergrößert die Körner und reduziert die Coercitivität, um Anpassungsbedürfnisse zu erfüllen.