Struktuurilise disaini ja juhtimisvõimeliste reaktorite rakendamine tehisvõrkudes

Reaktorid on võimsuse kompensatsiooni jaoks võrkudes olulised, eriti magnetkontrollitud reaktorite uurimine. Targad võrgud, mis täiustavad traditsioonilisi võrke edasijõulis tehnoloogiaga, tõstavad turvalisust ja usaldusväärsust, suurendades nõudlust kontrollitavate reaktorite järele. Seega on uute tüüpide arendamine oluline. See artikkel, mis põhineb praktilisel kogemusel, uurib nende struktuurset disaini ja rakendamist, et edendada innovatsiooni ja parandada tarkade võrkude ehitamist.

1 Kontrollitavate reaktorite funktsioonid ja rakendusolukord
1.1 Funktsioonid

Võrkude jaoks vähendavad kontrollitavad reaktorid võrgukahju, tõstavad võimsuse tegurit üle 0,9, vähendavad oskilleerumist, laiendavad dempingi piire, tõstavad transpordivõimet ja parandavad pingetegurit. Kasutajatele: ① Stabiliseerivad pinget, kaitsevad seadmeid nagu transformaatorid ja pikendavad nende tööaastat. ② Eemaldavad harmonikad, vähendavad kahju ja parandavad ohutust. ③ Vähendavad pingeflikkerdamist, parandades võimsuse kvaliteeti. ④ Vähendavad reaktiivset kahju suure nõudlusega kasutajatele, vähendades elektriarvet. ⑤ Võimaldavad madala kuluga kapasiteedilaiendust dünaamilise kompensatsiooni kaudu.

1.2 Rakendusolukord

Kontrollitavad reaktorid on laialdaselt kasutusel võrkudes, näiteks elektriühingutes, tööstuslikeles utilites, taastuvenergia tootmisel ja muudes valdkondades. Kuna võimsuse nõudlus kasvab ja võrguteeninduse ja -jaotuse võrgud uuenevad, on kontrollitavate reaktorite turunõudlus ka kasvamas.

Reaktorid jagunevat kolmest tüübist: magnetkontroll, lülitiheitmine ja elektrooniline lülituskontroll. Magnetkontrollitud reaktorid pakuvad pidevat reguleerimist, suurt kapasitati ja madalaid kulusid, kuid vastuvõetavad on aeglane reageering, suured kahjukivid ja harmonikad. Lülitiheitmise abil saadud reaktorid vältivad kahjukive ja harmonikaid, kuid reguleerivad diskreetselt, piirides nende kasutamist. Elektrooniliste lülituste abil saadud reaktorid lubavad pidevat reguleerimist kiire reageeringuga, kuid kannatavad harmonikate ja kõrgete kulusid. Magnetkontrollitud reaktorid on eelistatud. Tänu tarkade võrkudele on vaja materjalide ja struktuuride uuendusi ning uusi disaine.

2 Kontrollitavate reaktorite struktuuriline disain tarkates võrkudes

Targad võrgud, või Grid 2.0, rajanevad kahepoolsetele kommunikatsioonivõrkudele. Nad kasutavad uusi seadmeid, tehnoloogiaid ja meetodeid, et tõsta võrgu turvalisust, efektiivsust, keskkonnasõbralikkust ja majanduslikkust, paremini rahuldataks kasutajate võimsuse kvaliteedi nõudmisi. Kontrollitavad reaktorid on olulised tarkade võrkude ehitamisel. Allpool on nende struktuuriline disain nanokomposiitmagnetmaterjalide põhjal.

2.1 Magnetmaterjalide valik

Nanokomposiitmagnetmaterjalid koosnevad nanokristallinest keerulistest ja pehmetest magnetfaasidest. Nende krundid interakteeruvad, genereerides kombineeritud vahetuse mõju. Mikroskoopiliselt, faaside piiride kohal, orienteeruvad magnetmomentid väljadel interaktsioonil, suurendades remanentsi. Kontrollitavates reaktorites: DC-pinge käigukontuurides loob stimuleeriva välja, magnetiseerides materjali; AC-pinge moodustab heideldava välja, demagnetiseerides selle.

Materjal valmistatakse kiirelt kütta jäädleva metalli kaudu, läbib temperatuuri kaudu, et reguleerida selle mikrostruktuuri. See suurendab krunde ja vähendab koonduvust, rahuldades reguleerimisnõudeid.

2.2 Üldine struktuuriline disain

Kontrollitava reaktori struktuur koosneb sidumispüstidest, raudkernist, klemmidest, töökäigukontuuridest, juhtimiskäigukontuuridest ja nanokomposiitmagnetmaterjalidest. Stimuleerimispulk, mis on valmistatud magnetmaterjalidest ja silitsiumteraselehtedest, asub keskel. Töökäigukontuurid asuvad selle ümber, nende välised kihtid on peamised magnetringid. Juhtimiskäigukontuur keertub magnetmaterjalide ümber.

Printsiip: Tavalises võrgutöös (kui ei ole tarvet harmooniate vähendamiseks või reaktiivse reguleerimiseks) reaktor tuvastab pinged, voolud ja reaktiivse võimu. Need andmed lähevad juhtimissüsteemi, et hinnata võrgu staatust. Harmooniate vähendamiseks või reaktiivse reguleerimiseks juhtimissüsteem reguleerib käigukontuuride voolu. Magnetmaterjalid muutuvad reaktansiga magneetmise kaudu. Kui parameetrid vastavad disainispetsifikatsioonile, reguleeritakse käigukontuuride voolu uuesti, et demagnetiseerida materjalid tagasi nullremanentsini.

Disainitsirkuiti järgides, ignoreerides esimese ja teise poole lekke fluxe, saame:

Kus: E₁ tähistab W₁ poolt induktseeritud elektromotorkõrbet; E₂ tähistab W₂ poolt induktseeritud elektromotorkõrbet; E₃ tähistab W₃ poolt induktseeritud elektromotorkõrbet. Lisaks, kasutades T-tüübilist tsirkuiti, võrdlema kontrollitava reaktori kaheportaalset võrgut, saame:

Olgu I_k = β I_g, ja tööporti induktiivsus on:

Reaktansikontrollikoefitsient on α, ja I_k = αI_g. Tööporti reaktansi ja α vaheline seos on:

Ühendades tööport paralleelselt võrguga ja käsitledes U₁ kui konstanti, saame järgmise võrrandisüsteemi:

Kus: I_g ja I_k tähistavad kahe porti voolu efektiivsed väärtused; U_k tähistab juhtimisporti pingeväärtust. Võrrandisüsteemi (5) lahendamine võimaldab meil saada kontrollitava reaktori töötamise indikaatorid.

2.3 Juhtimissüsteemi disain

Juhtimissüsteem koosneb peamisest tsirkuitist (magnetmaterjalide remanentsi reguleerimine) ja detektorijuhtimisalamsüsteemist (elektriliste parameetrite jälgimine), mis töötavad koos, et saavutada juhtimiseesmärkid. Kui võrgu töö nõuab reaktansireguleerimist, peamisest tsirkuitist antakse voolu, et magnetiseerida/demagnetiseerida materjale, samas kui alamsüsteem jälgib laadimist, et hoida parameetreid optimaalsena, tagades võrgu stabiilsuse. Reaktansimuutused tulenevad rauakerni magnetseisundi muutustest. Kontrollitav rektifeerimine võimaldab millisekunditase AC-väljundit, rahuldades kiire magnetseisundi muutmise nõudeid. Süsteem annab käsklusi reaktorile, et vähendada harmoonikaid ja reguleerida reaktiivset võimu, säilitades võrgu stabiilsust.

Tööprotsess: 1) Tuvasta võrgu staatust, kogu parameetreid ja hindake stabiilsust. 2) Kui esineb pingeflikkerdamist/harmoonikaid, annab reaktori juhtimissüsteem käsklusi. 3) Peamisest tsirkuitist saadetakse reguleeritav induktiivsus; materjalid magnetiseeruvad, muutes remanentsi/rauakerni seisundit ja seega reaktori induktiivsust. 4) Pärast reguleerimist reverseeritakse induktiivsust, demagnetiseerides materjale ja resetides reaktori. Matlabi simulatsioonid kinnitasid süsteemi täpsust: 15 A magnetiseerimisvool ja 220 V demagnetiseerimispinge, stabiilsed lainekujud, rahuldades magnetiseerimise/demagnetiseerimise nõudeid.

3 Reaktansireguleerimise efekti eksperimentaarne analüüs

Reaktori reaktansireguleerimise võimekuse kinnitamiseks ehitati prototüüp ja toetav juhtimissüsteem vastavalt disainile ja simulatsioonidele. Eksperimendid analüüsivad induktiivsuse jaotuse omadusi ja hinnaksid võrgu võimsuse kvaliteedi muutusi.

3.1 Kontrollitava reaktori stabiilsus

Eksperimendis koguti andmeid, et joonistada kontrollitava reaktori volt-ampere karakteristik ja töövoolu karakteristik. Tulemused näitavad, et: ① Kui pinge väärtus kasvab, siis töökäigukontuuride vool kasvab, ja mõlemad näitavad lineaarset suhet, mis tähendab, et erinevate magnetiseerimispingete korral jääb induktiivsuse väärtus suhteliselt stabiilseks. ② Kui magnetiseerimispinge on 0–35 V, siis induktiivsus väheneb 0,74 H-st 0,61 H-ni, ja induktiivsuse väljund on stabiilne, rahuldades sileda reguleerimise nõuet. Induktivsuse muutus magnetiseerimispinge kaudu on näidatud tabelis 2.

Selles uuringus saavutatakse kontrollitava reaktori induktiivsuse väärtuse muutus magnetmaterjalide magnetiseerimise ja demagnetiseerimise kaudu, mis sõltub kontrollekäigukontuuride kaudu läbitud alterneerivast ja otsesest voolust. See toiming toob kaasa ka töökäigukontuuridele segadust. Seetõttu on vaja analüüsida selle töö ajutist protsessi. Selleks kasutati segadomaailma oscilloskoopi, et koguda magnetmaterjalide voolu lainekujusid magnetiseerimise ja demagnetiseerimise ajal. Tulemused näitavad, et reaktor reageerib kiiresti, ja voolu lainekuju on stabiilne pärast magnetiseerimise lõpetamist.

3.2 Mõõdetud induktiivsuse väärtused

Kontrollitava reaktori tegeliku töö ajal erinevate magnetiseerimispingete rakendamisel saadud induktiivsuse väärtused on näidatud tabelis 3. Analüüs näitab, et: ① Reaktori induktiivsuse väärtus muutub umbes lineaarselt magnetmaterjali remanentsi muutusega. See tähendab, et isegi väike DC-pinge muutus võimaldab tõhusalt reguleerida reaktori induktiivsuse väärtust. ② Magnetmaterjali magnetseisundi täpse reguleerimise kaudu saab kontrollitav reaktor paindlikult muuta oma induktiivsuse väärtust, nii et saavutada võrguliini reaktiivse võimu tõhus kompenseerimine.

3.3 Muutused võrgu võimsuse kvaliteedis

Võrgus jälgiti transformaatori kõrgepingeosal voolu ja pingemuuutusi enne ja pärast kontrollitava reaktori kasutamist, ja vaadeldi harmoonikate omadusi. Tulemused on näidatud tabelis 4. Analüüs näitab, et: ① Enne kontrollitava reaktori kasutamist oli kõrgepingeosal voolu ja pingemuuutused keerulised, nende lainekujud polnud regulaarseid; pärast kontrollitava reaktori kasutamist paranenud kõrgepingeosal voolu ja pingemuuutuste lainekujud ja need olid selged. ② Pärast kontrollitava reaktori kasutamist vähendasid harmoonikad, aktiivne võim kasvas, ja võimsuse kvaliteet paranedes oluliselt.

4 Järeldus

Lõplikult, reaktorid mängivad võrkudes olulist rolli, stabiliseerides pinget, vähendades harmoonikaid, dämpides oskilleerumist ja tõstes võimsuse tegurit. Olemasolevatest tüüpides magnetkontrollitud reaktorid, mis pakuvad pidevat reaktansireguleerimist, suurt kapasitati ja madalaid kulusid, on laialdaselt kasutusel võrkudes. Et lahendada magnetkontrollitud reaktorite probleeme, nagu aeglane reageering ja kõrge kahju, see uuring disainib kontrollitava reaktori nanokomposiitmagnetmaterjalide kasutamisel.

Eksperimentaarsed järeldused: ① Reaktor reageerib kiiresti, ja voolu lainekuju on stabiilne pärast magnetiseerimist. ② Isegi väikesed DC-pinge muutused võimaldavad tõhusalt reguleerida induktiivsust. Materjalide magnetseisundi täpse reguleerimise kaudu saab reaktor paindlikult muuta oma induktiivsuse väärtust, nii et saavutada võrguliini reaktiivse võimu tõhus kompenseerimine. ③ Pärast rakendamist paranenud kõrgepingeosal voolu ja pingemuuutuste lainekujud ja võimsuse kvaliteet, sobivad tarkade võrkude edendamiseks. Tulevikus, uute materjalide, tehnoloogiate ja protsesside abil, kontrollitavad reaktorid optimeeritakse, et paremini rahuldada tarkade võrkude nõudeid ja tagada võrgu stabiilne töö.