Κατασκευαστικό Σχεδιασμός και Εφαρμογή Κατάλληλων Αντίδρασης για Φυσικά Δίκτυα

Οι αντίστροφες συσκευές είναι κλειδί για την αντιστροφή της ανεπτυγμένης ισχύος στα συστήματα ενέργειας, με τους μαγνητικά ελεγχόμενους αντιστρόφους να αποτελούν το επίκεντρο της έρευνας. Ένα προηγμένο δίκτυο, που ενημερώνει το παραδοσιακό μέσω προηγμένων τεχνολογιών, αυξάνει την ασφάλεια και την αξιοπιστία, αυξάνοντας τις απαιτήσεις για ελεγχόμενους αντιστρόφους. Επομένως, η ανάπτυξη νέων τύπων είναι σημαντική. Αυτό το έγγραφο, συνδυάζοντας την πρακτική, εξερευνά την κατασκευαστική σχεδίαση και την εφαρμογή τους για να προωθήσει την καινοτομία και να ενισχύσει την κατασκευή προηγμένων δικτύων.

1 Λειτουργίες και Κατάσταση Εφαρμογής των Ελεγχόμενων Αντιστρόφων
1.1 Λειτουργίες

Για τα δίκτυα, οι ελεγχόμενοι αντιστρόφοι μειώνουν τις απώλειες δικτύου, αυξάνουν τον συντελεστή ρύθμισης πάνω από 0.9, μειώνουν τις ταλαντώσεις, επεκτείνουν τους ορίους απόσβεσης, αυξάνουν την ικανότητα μεταφοράς και ενισχύουν τη σταθερότητα τάσης. Για τους χρήστες, οι λειτουργίες είναι: ① Σταθεροποίηση τάσης, προστασία εξοπλισμού όπως τρανσφορμάτων, και επέκταση ζωής. ② Αφαίρεση αρμονικών, μείωση απώλειων και βελτίωση ασφάλειας. ③ Περιορισμός ταλαντώσεων τάσης, ενισχύοντας την ποιότητα ενέργειας. ④ Μείωση ανεπτυγμένων απώλειων για χρήστες με υψηλή ζήτηση, μειώνοντας το κόστος ενέργειας. ⑤ Δυνατότητα επέκτασης δυναμικότητας με χαμηλό κόστος μέσω δυναμικής αντιστάθμισης.

1.2 Κατάσταση Εφαρμογής

Οι ελεγχόμενοι αντιστρόφοι είναι ευρέως εφαρμοσμένοι σε συστήματα ενέργειας, όπως σε εταιρείες ενέργειας, βιομηχανικές εταιρείες, νέες ενεργειακές πηγές και άλλους τομείς. Με την αύξηση της ζήτησης ενέργειας και την ενημέρωση των δικτύων μεταφοράς και διανομής, η αγοραστική ζήτηση για ελεγχόμενους αντιστρόφους αυξάνεται επίσης.

Οι αντίστροφοι χωρίζονται σε τρία τύπου: μαγνητικής ελεγχόμενες, μετατροπής και ηλεκτρονικής-ελεγχόμενες. Οι μαγνητικά ελεγχόμενοι αντιστρόφοι παρέχουν συνεχή προσαρμογή, μεγάλη δυναμικότητα και χαμηλό κόστος, αλλά έχουν βραδύ αντίδραση, υψηλή απώλεια ταλαντώσεων και αρμονικών. Οι μετατροπής αποφεύγουν ταλαντώσεις/αρμονικές, αλλά προσαρμόζονται μη συνεχώς, περιορίζοντας την εφαρμογή. Οι ηλεκτρονικά-ελεγχόμενοι τύποι επιτρέπουν συνεχή προσαρμογή με γρήγορη αντίδραση, αλλά υποφέρουν από αρμονικές και υψηλό κόστος. Οι μαγνητικά ελεγχόμενοι αντιστρόφοι είναι προτιμώμενοι. Για να ταιριάζουν σε προηγμένα δίκτυα, απαιτούνται ενημερώσεις υλικών και κατασκευής και νέες σχεδιαστικές λύσεις.

2 Κατασκευαστική Σχεδίαση Ελεγχόμενων Αντιστρόφων σε Προηγμένα Δίκτυα

Το προηγμένο δίκτυο, ή Grid 2.0, βασίζεται σε δίκτυα διπλής επικοινωνίας. Χρησιμοποιεί νέο εξοπλισμό, τεχνολογίες και μέθοδοι για να αυξήσει την ασφάλεια, την αποτελεσματικότητα, τη φιλικότητα προς το περιβάλλον και την οικονομικότητα του δικτύου, καλύτερα εξυπηρετώντας τις ανάγκες ποιότητας ενέργειας των χρηστών. Οι ελεγχόμενοι αντιστρόφοι είναι κλειδί για την κατασκευή προηγμένων δικτύων. Παρακάτω είναι η κατασκευαστική σχεδίασή τους με βάση τα νανοσύνθετα μαγνητικά υλικά.

2.1 Επιλογή Μαγνητικών Υλικών

Τα νανοσύνθετα μαγνητικά υλικά αποτελούνται από νανοκρυσταλλικές σκληρές και μαλακές μαγνητικές φάσεις. Τα κρύσταλλα τους αλληλεπιδρούν, παράγοντας έναν συνδεδεμένο ανταλλακτικό αποτέλεσμα υπό ρεύμα. Μικροσκοπικά, στις διεπιφάνειες των φάσεων, τα μαγνητικά μομέντα ανακατευθύνουν τα πεδία κατά την αλληλεπίδραση, αυξάνοντας την υπολείμματα. Σε ελεγχόμενους αντιστρόφους: Η DC που εφαρμόζεται στα στροφιά παράγει ένα ενεργοποιητικό πεδίο, μαγνητοποιώντας το υλικό. Η AC δημιουργεί ένα πεδίο απόσβεσης, διαμαγνητοποιώντας το.

Ετοιμασμένο μέσω ταχείας ψύξης ρευστού, το υλικό υποστέλλεται για να προσαρμοστεί η μικροδομή του. Αυτό επεκτείνει τα κρύσταλλα και μειώνει την αναγκαστικότητα, επιτυγχάνοντας τις απαιτήσεις προσαρμογής.

2.2 Συνολική Κατασκευαστική Σχεδία

Η δομή του ελεγχόμενου αντιστρόφου περιλαμβάνει τεντωτήρες, σιδηρούχο πυρήνα, σταυρούδες, εργασιακά στροφιά, ελεγχόμενα στροφιά και νανοσύνθετα μαγνητικά υλικά. Το ενεργοποιητικό στήλιο, που φτιάχνεται από μαγνητικά υλικά και πλάκες σιδήρου, βρίσκεται στο κέντρο. Τα εργασιακά στροφιά το περιβάλλουν, με τις εξωτερικές τους στρώσεις ως κύριες μαγνητικές διαδρομές. Το ελεγχόμενο στροφιά περιβάλλει τα μαγνητικά υλικά.

Αρχή: Κατά την κανονική λειτουργία του δικτύου (χωρίς ανάγκη καταστολής αρμονικών/ρύθμισης ανεπτυγμένης), ο αντιστρόφος ανιχνεύει τάση, ρεύμα και ανεπτυγμένη. Αυτά τα δεδομένα πηγαίνουν στο σύστημα ελέγχου για αξιολόγηση της κατάστασης του δικτύου. Για καταστολή αρμονικών ή ρύθμιση ανεπτυγμένης, το σύστημα ελέγχου προσαρμόζει το ρεύμα των στροφιών. Τα μαγνητικά υλικά αλλάζουν την αντίδραση μέσω μαγνητοποίησης. Όταν τα παράμετρα πληρούν τις προδιαγραφές σχεδιασμού, το ρεύμα των στροφιών προσαρμόζεται ξανά για να διαμαγνητοποιήσει τα υλικά πίσω σε μηδενική υπόλοιπο.

Σύμφωνα με το σχεδιασμένο κύκλωμα, αγνοώντας τις διαρροές ρεύματος στην πρωτογενή και δευτερεύουσα πλευρά, παίρνουμε:

Όπου: E₁ παραπέμπει στην επεικασμένη ηλεκτροκινητική δύναμη του W₁; E₂ παραπέμπει στην επεικασμένη ηλεκτροκινητική δύναμη του W₂; E₃ παραπέμπει στην επεικασμένη ηλεκτροκινητική δύναμη του W₃. Επιπλέον, χρησιμοποιώντας ένα T-τύπο κύκλωμα για να ισοπεδώσει το δίκτυο δύο θυρών του ελεγχόμενου αντιστρόφου, μπορούμε να πάρουμε:

Έστω I_k = β I_g, και η τιμή της αυξαντικότητας του εργασιακού θυραίου είναι:

Ο συντελεστής ελέγχου αντίδρασης είναι α, και I_k = αI_g. Η σχέση μεταξύ της αντίδρασης του εργασιακού θυραίου και α είναι:

Με τη σύνδεση του εργασιακού θυραίου παράλληλα με το δίκτυο ενέργειας και θεωρώντας U₁ ως σταθερή, μπορούμε να πάρουμε το εξής σύστημα εξισώσεων:

Όπου: I_g και I_k αναφέρονται στις αποτελεσματικές τιμές των ρευμάτων στα δύο θύρα. U_k αναφέρεται στην αποτελεσματική τιμή της τάσης στο θύρα ελέγχου. Η λύση του συστήματος εξισώσεων στην Εξίσωση (5) μας επιτρέπει να πάρουμε τους δείκτες λειτουργίας του ελεγχόμενου αντιστρόφου.

2.3 Σχεδίαση Συστήματος Ελέγχου

Το σύστημα ελέγχου αποτελείται από ένα κύριο κύκλωμα (που προσαρμόζει την υπόλοιπη των μαγνητικών υλικών) και ένα υποσύστημα ελέγχου-ανίχνευσης (που παρακολουθεί τα ηλεκτρικά παράμετρα), εργαζόμενα μαζί για να επιτευχθούν οι στόχοι διαχείρισης. Όταν η λειτουργία του δικτύου απαιτεί προσαρμογή της αντίδρασης, το κύριο κύκλωμα εφαρμόζει ρεύματα για να μαγνητοποιήσει/διαμαγνητοποιήσει τα υλικά, ενώ το υποσύστημα παρακολουθεί τις φορτίες για να διατηρήσει τα παράμετρα επταίνους, εξασφαλίζοντας τη σταθερότητα του δικτύου. Οι αλλαγές της αντίδρασης προέρχονται από αλλαγές της μαγνητικής κατάστασης του πυρήνα. Η ελεγχόμενη ορθογωνική τροποποίηση επιτρέπει την έξοδο AC σε επίπεδο χιλιοσεκόντων, εξυπηρετώντας την απαίτηση για γρήγορη μετατροπή μαγνητικής κατάστασης. Το σύστημα εκδίδει εντολές για τον αντιστρόφο να καταστείλει αρμονικές και να ρυθμίσει την ανεπτυγμένη, διατηρώντας τη σταθερότητα του δικτύου.

Διαδικασία λειτουργίας: 1) Ανίχνευση της κατάστασης του δικτύου, συλλογή παραμέτρων και αξιολόγηση σταθερότητας. 2) Όταν συμβαίνουν ταλαντώσεις τάσης/αρμονικές, το σύστημα ελέγχου του αντιστρόφου εκδίδει εντολές. 3) Το κύριο κύκλωμα εξάγει προσαρμοστέα αυξαντικότητα. Τα υλικά μαγνητοποιούνται, αλλάζοντας την υπόλοιπη/κατάσταση του πυρήνα και έτσι την αυξαντικότητα του αντιστρόφου. 4) Μετά την προσαρμογή, αντίστροφη προσαρμογή της αυξαντικότητας για να διαμαγνητοποιήσει τα υλικά και να επαναφέρει τον αντιστρόφο. Προσομοιώσεις Matlab επιβεβαίωσαν την ακρίβεια του συστήματος: 15 A μαγνητοποιητικό ρεύμα και 220 V διαμαγνητοποιητική τάση με σταθερά μορφή, πληρούντας τις απαιτήσεις μαγνητοποίησης/διαμαγνητοποίησης.

3 Αναλυτική Ανάλυση της Προσαρμογής της Αντίδρασης

Για να επαληθευτ