Diseño Estructural eta Aplikazioa Kontrolo Garraitzen Diren Reaktoreentzat Smart Grids-entzat

Reaktoreak erreakzio indar kompentsazioan oinarritutako tresna garrantzitsuak dira elektrizitate sistemetan, magnetikoki kontrolatutako reaktoreen ikerketa da gaur egungo fokua. Smart grid teknologia, teknologi berri eta aurreratuekin, elektrizitate sistema tradizionalak hobetzen ditu, segurtasuna eta fidagarritasuna handituz, eta horrek kontrolatu gabeko reaktoreentzako eskariak handitzen ditu. Hala ere, tipo berriak garatzeko garrantzitsua da. Lan hau praktikan oinarrituta, euren diseinu egituraleen eta aplikazioen azterketa egiten du, inplentazio berriak sustatuz eta smart griden eraikuntza hobetzeko.

1 Kontrolatu gabeko reaktoreen funtzioak eta aplikazio egoera
1.1 Funtzioak

Sistemaren aldetik, kontrolatu gabeko reaktoreak sarrera galderak murriztu, faktor elektroindarra 0,9 baino gehiagora igotzen dute, oszilazioak murriztu, amortigatze-muga zabaldu, transmititze-kapazitatea handitu eta tensioaren estabilitatea hobetu. Erabiltzaileentzat, hauek dira ondorioak: ① Tensioa estabilizatzen dute, transformadoreen kalteak babesten dituzte eta kanpo-orduan luzatzen dute. ② Harmonikoak kendu, galderak murriztu eta segurtasuna hobetu. ③ Tensionaren fluktuazioa murriztu, elektrizitatearen kalitatea hobetu. ④ Indar erreaktibo handiak behar dituzten erabiltzaileentzat, galderak murriztu eta elektrizitatearen kostuak gutxitu. ⑤ Dinamikoki konpentsatuz, kostu txikitzat kapasitatea handitu.

1.2 Aplikazio egoera

Kontrolatu gabeko reaktoreak askotan erabiltzen dira elektrizitate sistemetan, hala nola elektrizitate lanbidean, industrian, energiar berrien produzioan eta beste eremu batzuetan. Elektrizitate eskariak handitzen diren eta transmititze eta banaketa sareak eguneratzen direnean, kontrolatu gabeko reaktoreen merkatuko eskariak ere goratu egiten dira.

Reaktoreak hiru motatan klasifikatzen dira: magnetikoki kontrolatutakoak, itxurako saltzaileak eta elektronikoki kontrolatutakoak. Magnetikoki kontrolatutako reaktoreek jarraitasunean egokitzapen bat ematen dute, kapasitate handia eta kostu txikiagoa izan arren, erantzun luzea, galdera altuak, oszilazioak eta harmonikoak dituzte. Itxurako saltzaileek oszilazioak eta harmonikoak saihesten dituzte, baina ez dute egokitzapen jarraituarik, hala eta guztiz ere erabilera mugatua dute. Elektronikoki kontrolatutakoak egokitzapen jarraitua eta erantzun azkarra ematen dute, baina harmonikoak eta kostu altuak dituzte. Magnetikoki kontrolatutako reaktoreak daude aukeratuta. Smart griden fitxategian, material eta egitura eguneraketa eta diseinu berriak beharrezkoak dira.

2 Kontrolatu gabeko reaktoreen egitura diseinua smart gridetan

Smart grid edo Grid 2.0, bi norabideko komunikazio sareetan oinarrituta, tresna, teknologia eta metodo berriak erabiltzen ditu sistema elektrikoaren segurtasuna, efizientzia, ingurumenarekin batera jardintasuna eta ekonomia hobetzeko, erabiltzaileen eskari elektrizitatekalitateen hobetzea lortuz. Kontrolatu gabeko reaktoreak smart griden eraikuntzan oso garrantzitsuak dira. Ondoren, nanokompositu magnetiko materialen oinarrian oinarritutako egitura diseinua azaltzen da.

2.1 Magnetiko materialen hautapena

Nanokompositu magnetiko materialak nanokristalino magnetiko indarrak dituzte. Ugartien arteko elkarrekintza, korrontearen bidez, elkarketa efektu bat sortzen du. Mikroskopikoki, interfasean, ugartien arteko elkarrekintza bitartez, magnetiko momentuak orientazioa aldatzen dute, remanentzia handituz. Kontrolatu gabeko reaktoreetan: DC korrontea aplikatzen da bobinaetara, excitazio-eremua sortuz, materiala magnetizatuz; AC korrontea atenuatzen du, demagnetizatzen du.

Materiala funditze eta azkarra jasotzeko modu batean prestatzen da, eta ondoren templatu egiten da mikroegiturak doitzeko. Prozesu hau ugartien tamaina handitzen du eta coercitibitatea gutxitzen du, egokitzapen-eskariak betetzeko.

2.2 Egitura orokorra

Kontrolatu gabeko reaktorearen egitura barra, nukele, klemak, lanbobinak, kontrol-bobinak eta nanokompositu magnetiko materialak ditu. Excitazio-zutabea, magnetiko material eta siliko-ferro laminatua ditu, erdigunean kokatuta. Lanbobinak haien aurpegiera, ugarti nagusietan kokatuta. Kontrol-bobina magnetiko materialaren inguruan kokatuta dago.

Principioa: Sare normala (harmonikoak edo indar erreaktiboak kontrolatzeko beharrik ez badago), reaktoreak tensioa, korrontea eta indar erreaktiboa detektatzen ditu. Datu hauek kontrol-sistema bati bidaltzen zaizkio, saioaren egoera ebaluatzen duen. Harmonikoak edo indar erreaktiboak kontrolatzeko, kontrol-sistema bobinen korrontea aldatzen du. Magnetiko materialak magnetizatzen dira, reaktantzia aldaketarako. Parametroak diseinu-especifikazioei errekonpenseatzen badira, bobinen korrontea berriro aldatzen da, materialak zeroko remanentziara itzultzen ditu.

Diseinu-sarea, lehenengo eta bigarren aldeko fluxuak baztertuta, ondorengo formula lortzen da:

Non: E₁ W₁-rako induzitutako electromotive force-a adierazten du; E₂ W₂-rako induzitutako electromotive force-a adierazten du; E₃ W₃-rako induzitutako electromotive force-a adierazten du. Aldiz, T motako sarea erabiliz, kontrolatu gabeko reaktorearen bi portu sarea ekuatzen dugu, honela:

Eta I_k = β I_g, lanportuaren induktantzia balioa hau da:

Reaktantzia kontrol-koeffizientea α da, eta I_k = αI_g. Lanportuko reaktantzia eta α arteko harremana hau da:

Lanportua elektrizitate sarearekin paralelo konektatuz, U₁ konstante gisa hartuz, hurrengo ekuazio-sistema lortzen da:

Non: I_g eta I_k bi portuen korronteen balio absolutuak adierazten dituzte; U_k kontrol-portuko tensioaren balio absolutua adierazten du. Ekuazio-sistema (5) ebatzi ondoren, kontrolatu gabeko reaktorearen eragile-performante-indikadoreak lortzen dira.

2.3 Kontrol-sistema diseinua

Kontrol-sistema nagusiak (magnetiko materialen remanentziak aldatzeko) eta neurketako-kontrol-subsistema (elektriko parametroak monitorizatzeko) ditu, elkarrekin lanean egon arren, xede-helburuak lortzeko. Sarearen eragilea reaktantzia aldatu behar badu, nagusiak korrontea aplikatzen du materialak magnetizatzeko/demagnetizatzeko, eta subsistema kargaak monitorizatzen ditu, parametroak optimo mantentzen ditu, sistema elektrikoaren estabilitatea segurtatuz. Reaktantziaren aldaketa magnetiko nukleonaren egoera aldatzeko datza. Kontrolatu gabeko rektilatzea milisegundo mailako AC irteera ematen du, magnetiko egoera aldatzeko eskariak betetzen ditu. Sistema komandoak eman dizkio reaktoreari harmonikoak eta indar erreaktiboa kontrolatzeko, sistema elektrikoaren estabilitatea mantentzen du.

Erabilera prozesua: 1) Sarearen egoera detektatu, parametroak bildu eta estabilitatea ebaluatu. 2) Tensionaren fluktuazioak/harmonikoak gertatzen direnean, reaktorearen kontrol-sistema komandoak eman. 3) Nagusiak induktantzia aldaezina ematen du; materialak magnetizatzen dira, remanentzia/nukleoaren egoera aldatuz, eta beraz, reaktorearen induktantzia. 4) Aldaketaren ostean, induktantzia aldaezina aldatu, materialak demagnetizatzeko eta reaktorea berrezartzeko. Matlab simulazioak sistema zehatztasuna frogatu zuten: 15 A magnetizatzeko korrontea eta 220 V demagnetizatzeko tenesioa, forma oso estabilak, magnetizazioa/demagnetizazioaren eskariak betetzen ditu.

3 Reaktantzia aldatzearen efektuaren analisi eksperimentala

Reaktorearen reaktantzia aldatzearen performantea frogatzeko, diseinu eta simulazioen arabera prototipoa eta kontrol-sistema laguntzailea eraikitzan. Eskuizko inductantziaren banaketa karakteristikoak aztertu eta sistema elektrikoaren kalitatea ebaluatu zen.

3.1 Kontrolatu gabeko reaktorearen estabilitatea

Esperimentuan, datuak bildu ziren kontrolatu gabeko reaktorearen volt-amperio karakteristikoko kurba eta eragile-korronteko kurba marrazteko. Emaitzak hauen antzera dira: ① Tensionaren balioa handitu ahala, lanbobinen korrontea igo eta biak erlazio lineal bat dituzte, hots, magnetizazio-tension desberdinetan, induktantziaren balioa tartean mantentzen da. ② Magnetizazio-tensiona 0-35 V denean, induktantziak 0,74 H-etik 0,61 H-ra jaisten dira, eta induktantziaren irteera estabilitatea du, aldatze soila eskaintzen du. Induktantziaren aldaketa magnetizazio-tensionarekin Tabla 2-n agertzen da.

Ikerketan, kontrolatu gabeko reaktorearen induktantziaren balioen aldaketa magnetiko materialen magnetizazioa eta demagnetizazioa bidez lortzen da, hau da, kontrol-bobinean pasatutako korronte alternoa eta korronte zuzena mendebaldetik dator. Operazio hau lanbobinean zabaltzaileak eragiko dizkie. Beraz, bere transitorio-prozesu lanista ulertzeko beharrezkoa da. Horretarako, espektrografia domeinu nahastua erabili zen material magnetikoaren korronte-forma magnetizazio eta demagnetizazioan bildutzeko. Emaitzak adierazten dute reaktoreak erantzun azkar bat ematen duela, eta korronte-forma estabilitate estatu batean dago magnetizazioa amaitu ondoren.

3.2 Induktantziaren balioen neurketa-emaitzak

Kontrolatu gabeko reaktorearen erabilera errealan, magnetizazio-tension desberdinetan lortutako induktantziaren balioak Tabla 3-n agertzen dira. Analisiak adierazten du: ① Reaktorearen induktantziaren balioak material magnetikoaren remanentziaren aldaketarekin linealki aldatzen dira. Hau da, DC tensionaren aldaketa txikiak induktantziaren balioa aldatzeko eraginkorra izan daiteke. ② Material magnetikoaren egoera magnetiko zehatzak kontrolatuz, kontrolatu gabeko reaktoreak induktantziaren balioa oso moldagarria aldatzen du, hala nola, elektrizitate lerroko indar erreaktiboa konpentsatzeko.

3.3 Sistema elektrikoaren kalitatearen aldaketa

Sistema elektrikoan, kontrolatu gabeko reaktorea erabili aurretik eta ondoren, transformadorearen alto tensio aldeko korronte eta tension aldaketak erregistratu ziren, eta harmoniko-en karakteristikak ikusi ziren. Emaitzak Tabla 4-n agertzen dira. Analisiak adierazten du: ① Kontrolatu gabeko reaktorea erabili aurretik, alto tensio aldeko korronte eta tension aldaketak konplexuak ziren, eta forma geometrikoak ez zituzten ezaugarri erregularririk; kontrolatu gabeko reaktorea erabili ondoren, alto tensio aldeko korronte eta tension formak hobetu ziren, eta ezaugarri erregularririk dituzte. ② Kontrolatu gabeko reaktorea erabili ondoren, harmoniko-kontentua gutxiagokoa izan zen, indar aktiboa handitu zen, eta kalitate elektriko oso hobetu zen.

4 Iraultza

Iraultzetik, reaktoreak elektrizitate sistemetan papel garrantzitsuak jokatzen dituzte, tensioa estabilizatuz, harmonikoak supresatuz, oszilazioak amortigatuz eta faktor indar handituz. Lehendik dagoenak, magnetikoki kontrolatutako reaktoreek, reaktantzia jarraitasunean aldatzen dutenez, kapasitate handiarekin eta kostu txikiagorekin, elektrizitate sistemetan askotan erabiltzen dira. Magnetikoki kontrolatutako reaktoreen erantzun luzea eta galdera altua ebazteko, ikerketa hau nanokompositu magnetiko materialen erabiliz kontrolatu gabeko reaktore bat diseinatu du.

Eskuizko iraultza: ① Reaktoreak erantzun azkar bat ematen du, eta korronte-forma estabilitate estatu batean dago magnetizazioa amaitu ondoren. ② DC tensionaren aldaketa txikiak induktantziaren balioa aldatzeko eraginkorra izan daitezke. Materialen egoera magnetiko zehatzak kontrolatuz, reaktoreak induktantziaren balioa oso moldagarria aldatzen du, hala nola, elektrizitate lerroko indar erreaktiboa konpentsatzeko. ③ Kontrolatu gabeko reaktorea erabili ondoren, alto tensio aldeko korronte eta tension formak hobetu ziren, eta kalitate elektriko oso hobetu zen, smart griden hedapentzat oso egokia. Eskuizko material, teknologia eta prozesu berriak erabiliz, kontrolatu gabeko reaktoreak hobetu egingo dira, smart griden eskariak hobeto betetzeko eta sistema elektrikoaren eragilea estabilizatzeko.